Wie funktioniert ein Stromspeicher?
Stromspeicher funktionieren nach einem einfachen Prinzip: Energie speichern, intelligent steuern und bei Bedarf wieder abgeben. Sie erhöhen den Eigenverbrauch, senken Stromkosten und können in Zukunft sogar mit e-Autos als Speicher kombiniert werden.
Eine möglichst hohe Eigennutzung des PV-Stroms ist das Ziel von vielen Besitzerinnen und Besitzern einer Photovoltaikanlage. Die Herausforderung: Stromerzeugung und Verbrauch stimmen nicht immer überein. Mit einem Speicher kann der selbst produzierte Solarstrom nicht nur dann genutzt werden, wenn er produziert wird, sondern auch später. Damit wird der Eigenverbrauchsanteil des PV-Stroms erhöht.
Technische Grundlagen
Speicher von elektrischer Energie werden als Akkumulatoren (Akkus), Sekundär-Batterien oder aufladbare Batterien bezeichnet. Sie können grundsätzlich nur mit Gleichstrom aufgeladen werden.
Ein Stromspeicher besteht im Kern aus einer Batterieeinheit, einem Wechselrichter und einem Batteriemanagement-System (BMS).
- Batterie: speichert elektrische Energie chemisch
- Wechselrichter: wandelt Gleichstrom (Direct Current = DC) von der PV-Anlage oder vom Stromspeicher in haushaltsüblichen Wechselstrom (Alternating Current = AC) um
- Batteriemanagement-System (BMS): überwacht den Ladezustand des Speichers, die PV-Produktion und den aktuellen Stromverbrauch
Um die Eigenschaften von Stromspeichern näher zu beschreiben, werden oft folgende Begriffe verwendet:
Nennkapazität und Netto-Speicherkapazität
Mit der Nennkapazität geben die Hersteller von Akkus an, wie viel elektrische Energie der Akku gesamt speichern kann, was aber nicht der nutzbaren Speicherkapazität (Netto-Speicherkapazität) entspricht. Die Netto-Speicherkapazität berücksichtigt die technisch nicht nutzbaren Reserven des Akkus, damit dieser nicht überladen und nicht tiefenentladen wird.
Entladetiefe und Entladungsgrad
Entladetiefe oder Entladungsgrad (DoD - Depth of Discharge) beschreibt die mögliche Entladung eines Akkus ohne Schäden oder eine Verkürzung der Lebensdauer hervorzurufen. Sie wird in Prozent von der Nennkapazität angegeben. Bei einem vollgeladenen Akku mit 5 kWh Nennkapazität bedeutet 90 % Entladetiefe eine maximale Entnahme von ungefähr 4,5 kWh Energie. Diese Energie wird als Netto-Speicherkapazität eines Akkus bezeichnet.
Arten von Stromspeichern
Zurzeit kommen bei Stromspeichern vor allem Lithium-Ionen-Akkus zum Einsatz. Zunehmend werden auch Natrium-Ionen-Akkus verbaut.
| Lithium-Ionen-Akku (LFP) | Natrium-Ionen-Akku (Salzwasserbatterie) | |
|---|---|---|
| Volumenspezifische Energiedichte | 220 – 350 Wh/l | ca. 60 Wh/l |
| Lebensdauer (Zyklenzahl) | ca. 7.000 | ca. 5.000 |
| Nachteil | höherer Anteil kritischer Rohstoffe | Angebot noch sehr gering |
| Vorteil | geringerer Platzbedarf | umweltfreundlichere Technologie |
Lebensdauer von Stromspeichern
Zwei Herstellerangaben können für eine Abschätzung der Lebensdauer herangezogen werden: Die Anzahl der Vollzyklen und die kalendarische Alterung.
Die Anzahl der Vollzyklen sagt aus, wie oft ein Akku komplett geladen und entladen werden kann, bevor die Speicherkapazität unter einen bestimmten Wert (z.B. 80% der Nennkapazität) fällt.
Die kalendarische Alterung tritt durch den langsamen Zerfall der Bestandteile im Akku auf. Materialien im Akku verschleißen und chemische Verbindungen, die für die Speicherung der Energie verantwortlich sind, werden zersetzt.
Unser Tipp: Fragen Sie beim Kauf nach einer Vollgarantie für die Akkus durch den Hersteller. Sie sollte 10 Jahre oder mehr betragen.
Intelligente Steuerung
Ein intelligentes Lademanagement sorgt für eine optimale Auf- und Entladung des Akkus. Es verhindert Überladungen und Entladungen unter den Entladungsgrad (DoD), um den Akku vor unsachgemäßen Entladetiefen und Beschädigungen zu schützen. Genauso vermeidet es ein Überladen, weil dies vor allem bei der Lithium-Ionen-Technik sofort zur Zerstörung des Akkus führen würde.
e-Auto als Speicher
Künftig können auch e-Autos als mobile Speicher dienen. Bidirektionales Laden ermöglicht es, den Akku des e-Autos auch als Stromspeicher für den Haushalt zu nutzen (Vehicle-to-Home, V2H). Damit erhöht sich die Eigenbedarfsdeckung der eigenen PV-Anlage. Ebenso ist ein Entladen ins Stromnetz (Vehicle-to-Grid, V2G) denkbar, etwa um kurzfristig Stromnetzte zu stabilisieren.
Batterien von e-Autos haben in der Regel eine Speicherkapazität, die ein Vielfaches der üblichen Haushalts-Stromspeicher beträgt. Daher kann mit einer Nutzung des Speichers im Fahrzeug eine deutliche Erhöhung der Stromspeicherkapazität erreicht werden – ohne die Mobilität einzuschränken. Dazu ist auf jeden Fall ein intelligentes Energiemanagement-System für das gezielte Be- und Entladen des Autos erforderlich.