ED 01/2022 Einspeisevergütung: Hoher „Marktwert Solar“ (S. 29)
ED 03/2023 Schritt für Schritt zur eigenen Photovoltaikanlage (S.20/21)

Autarke Stromversorgung

Umfangreiche Planung einer Strom-Insel

(8. November 2017)

„Ich war vor einigen Wochen zu einem Verwandtenbesuch in den USA und habe dort zum ersten Mal einen „Strom-Black-Out“ erlebt. Diese Erfahrung ist Anlass, mich noch einmal näher mit meiner Stromversorgung zu beschäftigen.

Dabei bin ich auf den Artikel in der Energiedepesche 2/2017 zum Thema Prosumer und die dort angebotene Hilfestellung durch den Bund der Energieverbraucher gestoßen.

Ich denke daran, meine PV-Anlage zu erweitern (Kapazität heute 1,2 kWp) und zusätzlich in einen Batteriespeicher zu investieren. Ziel ist es, mich mit meiner Grundversorgung (Licht, Heizungspumpen, usw.) für eine bestimmte Zeit vom Stromnetz unabhängig zu machen.

Dazu habe ich folgende Fragen:

  • Nach welchen Regeln wählt man heute die Größe der PV-Anlage und die Größe des Speichers?
  • Mit welchen Erfahrungswerten arbeitet man, um das unterschiedliche Risiko in Sommer- und Wintermonaten zu erfassen?
  • Wie groß sollte in meinem Fall die „optimale PV-Anlage“ und wie groß der „optimale Speicher“ sein?
  • Was für eine Anlage bräuchte es, um einen Basisbedarf von 400 W über das ganze Jahr und Lastspitzen von bis zu 2 kW (Spülmaschine, Fön) autark zu decken? Ich denke an eine Konstruktion, die völlig unabhängig vom Netz arbeitet.
  • Kann man etwas zur Lebensdauer des Speichers sagen?
  • Mit welchen Ausgaben müsste ich rechnen?

Es wäre schön, wenn ich dazu Informationen hätte, bevor ich mit meinem Installateur spreche!“

Knut Kübler

Knut Kübler arbeitete im Bundesministerium für Wirtschaft, zuletzt als Referatsleiter für den Bereich „Grundsatzfragen der Energieforschung“; Knut Kübler ist seit 26 Jahren Mitglied im Bund der Energieverbraucher e.V. und Autor zahlreicher Fachartikel.

Antwort: Die Frage, nach welchen Regeln und mit welchen Prämissen man die Größe der PV-Anlage und die Größe des Speichers auswählt, lässt sich nicht pauschal oder in einer Formel beantworten. Im Einzelfall sind meist individuelle Präferenzen ausschlaggebend.

Maßgeblich sind neben Größe, Ausrichtung und Neigung der Dachfläche der gewünschte Autarkiegrad, die Eigenverbrauchsmöglichkeiten, das zur Verfügung stehende Kapital, gegebenenfalls Renditeerwartungen oder im umgekehrten Fall Fremdkapitalkosten sowie die konkreten Installationskosten. Kleine Anlagen sind überproportional teuer, da die grundlegenden Installationsarbeiten unabhängig von der Anlagengröße anfallen.

Bei den Stromspeichern gibt es aktuell die erstaunliche Situation, dass mit Tesla ein einzelner Hersteller Speicher sehr günstig liefert. So ist ein 13,5 kWh „Powerwall 2.0“ Speicher zum Festpreis von 6.770 Euro (inklusive Umsatzsteuer, zuzüglich Installation) günstiger, als viele andere Produkte auch mit nur einem Viertel dieser Kapazität.

Eine große Herausforderung ist die von Ihnen geforderte Autarkie vom Stromnetz, also die Schaffung einer „Strom-Insel“. Denn die meisten Batteriespeicher sind im Falle eines Stromausfalls nicht inselfähig. Diese Funktion erfordert neben einem allpoligen Trennschalter zwischen Hausnetz (Kundenanlage) und dem öffentlichen Stromnetz (Verteilnetz) auch besondere Fähigkeiten des Batteriespeichers. Oftmals ist die Herstellung einer solchen Inselnetzfähigkeit über ein Set in der Aufpreisliste des Anbieters beziehbar. Der genannte Tesla-Speicher ist hingegen bereits ab Werk inselfähig, benötigt aber natürlich bauseits den genannten Trennschalter. Der Powerwall 2.0 leistet laut Datenblatt bis zu 7 kW Spitzenleistung und 5 kW Dauerleistung. Die geforderten 2 kW können damit also bereitgestellt werden.

Die PV-Erträge verteilen sich sehr ungleich über das Jahr. Ihre Insel will auch in den dunklen Wintermonaten versorgt sein. Eine gute Darstellung der PV-Jahresertragsverteilung bietet die Internetseite www.pv-ertraege.de. Selbst in den dunklen Wintermonaten werden je 1 kWp Anlagenleistung rund 0,5 bis 0,7 kWh pro Tag erzeugt.

Wenn keine absolute Autarkie gefragt ist, was in mehr als 95 Prozent unserer Beratungsfälle so ist, kann im Mittel auch mit 1 bis 2 kWh pro kWp eine sehr hohe Deckung über die Wintermonate erreicht werden. Die Speicherkapazität von 13,5 kWh reicht zudem im Notfall für einige Tage netzunabhängiger Stromversorgung, wenn der Verbrauch entsprechend gedrosselt wird.

Wenn Sie allerdings eine absolute Autarkie erreichen wollen, wären dies bei „400 Watt Basisbedarf“ rund 9,6 kWh am Tag. Bei den 0,5 bis 0,7 kWh durchschnittlichem Ertrag pro Tag und kWp in den dunklen Monaten bräuchte es eine 13 bis 15 kWp Anlage. Und diese Betrachtung ist nur statistisch – wenn es mehrere Tage in Folge bedeckt ist, wird der Speicher bei weitem nicht ausreichen. Im Sommer hätten Sie dann allerdings einen extremen Stromüberschuss. Kurzum: Es erscheint mir nicht sinnvoll, eine Strominsel nur mit einer PV-Anlage zu realisieren. Aus diesem Grund wird in der Regel für derartige Projekte, beispielsweise bei alpinen Hütten, auf eine Kombination aus einem BHKW und einer PV-Anlage zurückgegriffen.

Bedenken sollten Sie auch, dass Batteriespeicher einen Wirkungsgrad von unter 90 Prozent haben, also auch Wandlungsverluste entstehen. Darüber hinaus arbeitet der Powerwall nur einphasig. Sie haben im Inselbetrieb daher keinen Drehstrom, sondern nur Wechselstrom. Bezüglich Ihrer Frage zur Lebensdauer garantiert Tesla, soweit wir informiert sind, 80 Prozent nutzbare Kapazität über zehn Jahre.

Energieautark im Eigenheim

Wie sich Häuser fast ausschließlich mit vor Ort erzeugter Energie versorgen können, untersucht das Forschungsprojekt “Thermische Energiespeicher im Gebäude“.

Energieautark im Eigenheim

(6. Oktober 2014) Wie sich Häuser fast ausschließlich mit vor Ort erzeugter Energie versorgen können, untersucht das Forschungsprojekt “Thermische Energiespeicher im Gebäude“ am Institut für Technische Gebäudeausrüstung der Fachhochschule Köln. Erste Ergebnisse haben Prof. Dr. Johannes Goeke und Prof. Dr. Ralph-Andreas Henne jetzt vorgestellt.

Sie haben einen hochdynamischen thermischen Speicher aus Phasenwechselmaterial entwickelt (englisch: Phase Change Materials, PCM). Er besteht aus einem Polypropylen-Tank mit 420 l Fassungsvermögen. Durch eine Basistemperatur von 58 Grad Celsius ist eine hygienekonforme Warmwasserbereitstellung sichergestellt. Der Speicher besitzt eine Kapazität von 42 kWh und kann bei einer Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf- und Rücklauftemperatur von 10 Kelvin innerhalb von vier Stunden beladen werden. Der Wärmeverlust pro Tag beträgt zurzeit 0,7 kWh.

Autarkie mit N-ERGIE

PV-Anlagenbetreiber für ein Pilotprojekt gesucht

Autarkie mit N-ERGIE

(7. Mai 2014) Die Nürnberger N-ERGIE Aktiengesellschaft und der Speicherhersteller Caterva GmbH aus Pullach suchen für ein Pilotprojekt im N-ERGIE-Netzgebiet 75 PV-Anlagenbetreiber, die ihren Strom selbst nutzen und den Selbstverbrauch mit einem Speicher erhöhen möchten. Das von der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg begleitete Projekt wird vom Freistaat Bayern unterstützt. Hintergrund: Bisher können Eigenheimbesitzer auch bei optimaler Planung ihrer PV-Anlage nur rund 30% des Stroms selbst nutzen, da der Strombedarf häufig in den Abendstunden groß ist, wenn die Sonne nicht scheint.

Mit dem Energiespeichersystem von Caterva mit bis zu 20 kW und 21 kWh Kapazität ist es möglich, zwischen 60% und 80% des individuellen Bedarfs aus Eigenerzeugung zu decken. Zudem kann es einen Haushalt, je nach Verbrauch, bis zu zwei Tage unabhängig mit Strom versorgen. Die eingesetzte Siemens-Elektronik wurde so konzipiert, dass sich der Speicher über Mobilfunk mit anderen Speichern vernetzen kann.

Der geplante Schwarm aus zunächst 75 installierten Stromspeichern soll Strom ins Netz einspeisen, wenn dort gerade kein Ökostrom zur Verfügung steht und geladen werden, wenn ein Überangebot an Ökostrom besteht. Allein im Netzgebiet der Nürnberger speisen mehr als 40.000, meist privat genutzte PV-Anlagen ins Netz ein. Weitere Infos zum Projekt sind unter www.caterva.de zu finden.

Sachsen

Eigenes Stromspeicher-Förderprogramm

Sachsen: Eigenes Stromspeicher-Förderprogramm

(17. Dezember 2013) Der Freistaat Sachsen hat ein eigenes Förderprogramm für Batteriespeicher in Photovoltaikanlagen aufgelegt.

Anders als beim KfW-Programm könnte sich mit den sächsischen Förderbedingungen die Anschaffung eines PV-Batteriespeichers finanziell lohnen. Anträge sind vor dem Kauf bei der Sächsischen Aufbaubank zu stellen.

PV-Anlagen mit Batteriespeicher

Ein neues Förderprogramm der KfW soll die Nachfrage beleben. Wir geben einen Überblick über Technik und Konditionen.

PV-Anlagen mit Batteriespeicher

Seit zwei Jahren sind sie das Top-Thema in der Branche und auf der im Juni wieder in München stattfindenden Messe Intersolar: Batteriespeicher für Photovoltaikanlagen. Ein neues Förderprogramm der KfW soll die Nachfrage beleben. Wir geben einen Überblick über Technik und Konditionen.

(17. Juni 2013) Seit die Einspeisevergütung niedriger ist als der Bezugspreis für Strom aus dem Netz, lohnt sich der Eigenverbrauch von Solarstrom immer mehr. Doch die Praxis zeigt, dass sich in einfachen Netzeinspeiseanlagen auf Einfamilienhäusern oft nur ein Viertel des Solarstroms direkt verbrauchen lässt. Nur tagsüber und hauptsächlich im Sommerhalbjahr produziert die Photovoltaik Strom. Viel Strom wird aber abends und im Winterhalbjahr verbraucht.

491 508 754 1520 2986 Thomas Seltmann

Thomas Seltmann ist unabhängiger Experte und Autor des Stiftung-Warentest-Ratgebers „Photovoltaik – Solarstrom vom Dach“.  www.photovoltaikratgeber.info

Maximierung der Eigenversorgung

Batteriespeicher sollen deshalb den Anteil des selbst verbrauchten Solarstroms mehr als verdoppeln.

Alle Photovoltaik-Systemanbieter haben inzwischen Batteriespeicher für Photovoltaikanlagen im Angebot. Der Markt beginnt bereits unübersichtlich zu werden. Nachdem im vergangenen Jahr die meisten Produkte in den Markt eingeführt wurden, rechnen die Hersteller in diesem Jahr mit dem Absatz von einigen Tausend Anlagen.

1520 2986 Blick in den Keller

Speichersystem für eine Photovoltaikanlage im Einfamilienhaus.  Quelle: E3DC

Zuschuss für Batteriespeicher

Anschieben soll den Verkauf ein seit längerem angekündigtes Förderprogramm, das im Mai gestartet wurde, ohne finanzielle Beteiligung des Bundes. Die KfW – Förderbank von Bund und Ländern – stellt selbst 25 Millionen Euro für Zuschüsse bereit. Wer in deren Genuss kommen will, muss den Batteriespeicher über ein KfW-Darlehen finanzieren und erhält dann einen
bis zu 30-prozentigen Zuschuss (Details siehe Checkliste).

Aufgrund des Volumens wird die Förderung für maximal 10.000 Anlagen in diesem Jahr reichen. Das ist nicht viel angesichts der 100.000 Photovoltaikanlagen, die im letzten Jahr in der entsprechenden Leistungsklasse (bis zehn Kilowatt Photovoltaikleistung) neu installiert wurden. Allein in den ersten drei Monaten dieses Jahres wurden fast 20.000 Anlagen gebaut, die mit einem bezuschussten Batteriesystem nachgerüstet werden könnten. Andererseits werden dem Betreiber eine Reihe unangenehmer Pflichten auferlegt.

Technische Unterschiede

Die einen Hersteller verwenden altbewährte Bleiakkus, die anderen setzen auf die neuen Lithium-Akkus. Geeignete Bleiakkus gibt es in guter Qualität schon lange zu kaufen und ein Recyclingkreislauf existiert. Nachteil: Die Speicherkapazität ist nur teilweise nutzbar. Lithiumakkus hingegen sind teuer und bisher für stationäre Anwendungen kaum zu haben. Dabei wären diese Akkus aus technischer Sicht für den Anwendungszweck ideal. Experten sehen Bleiakkus derzeit als günstige Übergangslösung bis die Industrie passende Lithiumakkus in Großserie kostengünstig produziert.

Je nach Nutzungskonzept, Solargeneratorleistung und Stromverbrauch empfehlen die Anbieter unterschiedliche Speichergrößen von zwei bis 20 Kilowattstunden Energieinhalt. Dabei beanspruchen die größten Blechgehäuse maximal den Platz einer Waschmaschine mit aufgestapeltem Wäschetrockner. Die meisten sind deutlich kleiner. Trotzdem sind bei der Unterbringung von Akkus im Keller zusätzliche Sicherheitsvorschriften zu beachten.

Meistens besteht das System aus einer Kombination von Akku, Ladeelektronik und Wechselrichter, der auch die Netzeinspeisung übernimmt. Diese Systeme mit Gleichstromkopplung lassen sich in der Regel nur in neuen Photovoltaikanlagen einsetzen. Systeme mit Wechselstromkopplung entnehmen den Solarstrom nach dem Wechselrichter und wandeln ihn zum Speichern wieder in Gleichstrom um. Diese Systeme lassen sich auch in bestehenden Photovoltaikanlagen nachrüsten.

1520 2986 Grafik Stromverbrauch, Erzeugung und Speicherung im Haushalt

So verläuft an einem sonnigen Tag die elekrische Leistung der PV-Erzeugung (blau), Verbrauch, Speicherung und Netzeinspeisung in einem Vierpersonen-Modellhaushalt mit 5,6 Kilowatt PV-Anlage und Akkuspeicher. Die Netzaustauschleistung (rot) schwankt in beide Richtungen. Quelle: SMA

Teure Unabhängigkeit

Die Speichersysteme für den Privathaushalt mit Photovoltaikanlage kosten derzeit etwa 6.000 bis 15.000 Euro. Manche Akkus müssen vermutlich nach spätestens zehn bis 15 Jahren zu einem Teil dieses Anschaffungspreises getauscht werden. Zu heutigen Preisen kostet die Speicherung -einer Kilowattstunde Solarstrom realistisch kalkuliert etwa 25 bis 50 Cent.

Konzipiert sind die Systeme so, dass der Anteil des direkt verbrauchten Solarstroms auf bis zu 80 Prozent steigt. Eine völlige Abkopplung vom Netz propagiert keiner der Anbieter. Speicher und Solargenerator müssten dazu vielfach überdimensioniert werden und gleichzeitig der Stromverbrauch des Haushalts deutlich reduziert werden. Kosten und Nutzen stehen dabei aus heutiger Sicht noch in keinem sinnvollen Verhältnis. Eine autarke und wenigstens teilweise Notversorgung bei Ausfall des Stromnetzes sollte obligatorisch sein, ist aber nicht bei allen Systemen vorgesehen.

Langjährige Praxiserfahrungen zur Zuverlässigkeit und zu den Betriebskosten gibt es bisher nicht, deshalb sind die Angaben der Hersteller und ihre Wirtschaftlichkeitsrechnungen kritisch zu betrachten. Es kursieren abenteuerliche Kalkulationen mit optimistischen Annahmen für die Akku-Lebensdauer und vermutlich unrealistischen Strompreissteigerungen.

Wirklich rechnen dürften sie sich erst, wenn die Solarstromkosten einschließlich Speichersystem unter die Bezugskosten für Strom aus dem Netz gefallen sind. Mittelfristig können Veränderungen in der Struktur der Bezugsstromtarife viele Wirtschaftlichkeitsrechnungen in Frage stellen. Unabhängig davon sind trotzdem viele Betreiber durchaus bereit, für eine hundertprozentig sichere Stromversorgung und die Freude an mehr Unabhängigkeit vom Versorger mehr Geld zu investieren.

Weiterführende Links:
Checkliste Förderprogramm Batteriespeicher
  • Die Förderung besteht in einem Tilgungszuschuss für die Kreditfinanzierung eines Photovoltaik-Batteriespeichers.
  • Gefördert werden Batteriespeicher für netzgekoppeltes Solarstromanlagen bis 30 Kilowatt, die ab Januar 2013 errichtet wurden, auch für die Nachrüstung.
  • Die Höhe des Zuschusses errechnet sich aus den Kosten des Batteriesystems und der Größe der Photovoltaikanlage: Pro Kilowatt Solarleistung gibt es maximal 600 Euro (bei Nachrüstung 660 Euro). Der Zuschuss beträgt höchstens 30 Prozent der Kosten des Batteriesystems.
  • Der Batteriespeicher muss mindestens fünf Jahre betrieben werden.
  • Die Einspeiseleistung der Photovoltaikanlage am Einspeisepunkt muss auf 60 Prozent der Spitzen-leistung begrenzt werden, und zwar für ihre gesamte Betriebsdauer, mindestens 20 Jahre.
  • Die Anlage muss weitere technische Vorgaben erfüllen, die durch Herstellernachweise zu belegen sind.
Förderprogramm für PV-Speicher

Die KfW-Bankengruppe und das Bundesumweltministerium starten das Programm "Erneuerbare Energien Speicher"

Förderprogramm für PV-Speicher

(19. April 2013) Die KfW-Bankengruppe und das Bundesumweltministerium starten das Programm "Erneuerbare Energien Speicher". Damit unterstützen sie die stärkere Nutzung von Batteriespeichersystemen in Verbindung mit PV-Anlagen, die ans Stromnetz angeschlossen sind. Ziel ist die technologische Weiterentwicklung und Marktdurchdringung von kleinen Batteriespeichern, die als wichtiger Baustein zur besseren Integration von kleinen bis mittelgroßen PV-Anlagen ins Stromnetz gelten.

Das Programm wendet sich an Unternehmen und Privatpersonen, die den Solarstrom ganz oder teilweise einspeisen. Bei der Neuerrichtung einer PV-Anlage in Verbindung mit einem stationären Batteriespeichersystem oder der nachträglichen Installation solcher Systeme bei PV-Anlagen, die ab Jahresbeginn 2013 in Betrieb gegangen sind, stellt das Programm zinsgünstige Kredite und Tilgungszuschüsse zur Verfügung.

Es können bis zu 100% der förderfähigen Nettoinvestitionskosten finanziert werden. Der Zuschuss beträgt maximal 30% an den Investitionskosten für das Speichersystem und ist an anspruchsvolle technische Voraussetzungen geknüpft. Darüber hinaus müssen die geförderten Systeme auch einen Beitrag zur lokalen Netzentlastung liefern: Die Mittagsspitze der PV-Anlage wird nicht ins Netz eingespeist, sondern im Speicher für die spätere Nutzung im Eigenheim zwischengespeichert.

Für 2013 stehen insgesamt 25 Mio Euro zur Verfügung, Anträge können ab dem 1. Mai bei den durchleitenden Banken gestellt werden. Nach Berechnungen des Bundesverbandes Solarwirtschaft wird der Kauf neuer Batteriespeicher für Solarstromanlagen mit bis zu 660 Euro pro kW Solarstromleistung bezuschusst. Die Erzeugungskosten für Solarstrom lägen inzwischen meist unter den Strombezugspreisen vom Energieversorger. Damit lohne es sich für immer mehr Menschen und Betriebe, selbst erzeugten Sonnenstrom auch selbst zu nutzen.

Hausakku am Netz

Der PV-Anlagenbauer SES 21 nahm sein erstes Hausbatteriewerk in Betrieb

Hausakku am Netz

(16. Mai 2012) Der PV-Anlagenbauer Solar Energy Solutions 21 AG (SES 21), Polling bei Weilheim, nahm sein erstes Hausbatteriekraftwerk in Betrieb. Das Kraftwerk deckt bis zu 75% des Strombedarfs einer Familie. Ab Juni beginnt die Auslieferung der Seriengeräte.

1520 Hausakku der SES 21

Das "Energy Storage S10" der E3/DC GmbH, Osnabrück, eignet sich für private Haushalte und kleine Gewerbebetriebe. Der von einer 4 bis 5 kW starken PV-Anlage erzeugte Strom versorgt tagsüber den Haushalt und lädt die Lithium-Ionen-Batterie von Sanyo, die abends und nachts alle Stromverbraucher im Haus versorgt.

Bei einem Stromausfall übernimmt das Hauskraftwerk die Notstromversorgung, der Speicher kann über Display, Smartphone-App oder PC-Software gesteuert werden. Die erwartete Batterielebensdauer liegt bei über 15 Jahren. Das Hauskraftwerk integriere alle technischen Komponenten in einer Einheit, auch bestehende PV-Anlagen könnten nachgerüstet werden, so SES 21.

Solarstrom auch bei Netzausfall

Notstrom-System für Photovoltaikanlagen von SMA

Solarstrom auch bei Netzausfall: Notstrom-System für Photovoltaikanlagen von SMA

(12. März 2007) Bei einem Stromausfall (Blackout) werden Solarstrom-Anlagen nach gesetzlicher Vorgabe vom Netz getrennt. Die eigene Solarstromanlage bei einem Netzausfall zur Versorgung der wichtigsten Verbraucher im Haus zu nutzen (Backup), war bislang nicht möglich.

Die Firma SMA hat für diese Fälle nun einen neuen Wechselrichter entwickelt. Bei einem Stromausfall schalte er die Stromversorgung blitzschnell und vollautomatisch auf Inselstromversorgung um. Eine Batterie überbrückt die Nacht. Tagsüber liefert die Photovoltaikanlage den Strom. Das System kann auch in bestehenden PV-Anlagen mit SMA-Sunnyboy nachgerüstet werden.

Kein Blackout dank Sonne?

Die Zahl der PV-Anlagen nimmt schnell zu, die Zuverlässigkeit der Stromversorgung dagegen sinkt beständig.

Kein Blackout dank Sonne?

(14. April 2005) - Die Zahl der PV-Anlagen nimmt schnell zu, die Zuverlässigkeit der Stromversorgung dagegen sinkt beständig. Aber im Fall des Falles darf auch die Solaranlage die Stromversorgung nicht übernehmen. Denn die technischen Regeln schreiben vor, dass bei einem Netzausfall gar kein Strom mehr ins Netz fließen darf: Es könnte sich ja um eine Abschaltung zu Wartungszwecken handeln. Dann wäre eine Einspeisung gefährlich.

Eine solare Notstromversorgung im eigenen Haushalt ist dennoch möglich. Die Voraussetzungen dafür: eine andere Schaltungstechnik und zusätzlicher Aufwand für Batteriespeicher und Ladegeräte. Im Fall eines Stromausfalls wird das Haus vom öffentlichen Stromnetz getrennt. Das PV-System mit Speicher versorgt das Hausnetz. Weniger die Technik als die Kosten sind das Problem. Für circa 2.000 Euro zusätzlich gibt es derzeit zwei dafür gerüstete Wechselrichter-Anbieter auf dem Markt: Die Firma Xantrex Technologie Inc. und Sun Power Solartechnologie GmbH.

letzte Änderung: 18.05.2018