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Speicherung von Strom

Stromspeicher für die private Energiewende

Viele Mitglieder im Bund der Energieverbraucher sind Vorreiter der Energiewende. Wir lassen diese Pioniere mit ihren Erfahrungen zu Wort kommen. Kurt Stenzel berichtet Ihnen von seinen Erfahrungen mit einem Batteriespeicher zur besseren Nutzung von selbst erzeugtem Photovoltaikstrom.

(17. Januar 2020) Drei Photovoltaikanlagen aus den Jahren 1998, 2004 und 2017 erzeugen bei uns Strom und eine Solarthermieanlage obendrein noch warmes Wasser. Über meine persönliche Energiewende, einschließlich einer nachträglichen Gebäudedämmung, der Umstellung meiner Mobilität auf Erdgasautos sowie E-Bikes für die Kurzstrecken, berichtete ich bereits in der Energiedepesche (Ausgabe 1/2018, S. 12-13). Während meine beiden älteren PV-Anlagen volleinspeisen, wird die neueste Anlage mit 2,94 kWp auf dem Süd-Ost-Dach und 3,27 kWp auf dem Nord-West-Dach vorrangig zur Eigenversorgung genutzt. Nur die Stromüberschüsse werden in das Netz eingespeist.

899 Kurt Stenzel

Kurt Stenzel ist seit 1995 Mitglied im Bund der Energieverbraucher, hat 1997 die Phönix-Beraterschulung des Vereins absolviert und die Errichtung zahlreicher Solaranlagen begleitet. Seit dem Jahr 1998 erzeugt er mit stetig wachsender Begeisterung PV-Strom.

Ganzheitliche Betrachtung

Das Problem: Tagsüber scheint die Sonne und der erzeugte Strom wird für nur 12,7 Cent/kWh eingespeist. Morgens und am späten Nachmittag bis Abend wird wiederum Strom aus dem Netz für rund 30 Cent/kWh bezogen. Das fand ich unfair! Für mich stand bei der Überlegung zum Speicher allerdings nicht der wirtschaftliche Nutzen im Vordergrund. Angesichts der hohen Preise von Stromspeichern wäre dies auch kein renditeversprechendes Investment. Es ist vielmehr ein Hobby- und Energiewendeprojekt. Andere geben Geld für Segeln, Motorräder, Autos, Reiten oder anderes aus. Mir war es wichtig, meinen selbst erzeugten Sonnenstrom auch selbst zu verbrauchen und das Stromnetz zu entlasten. Als ich im Jahr 1998 meine erste Phönix-PV-Anlage vom Bund der Energieverbraucher erwarb und auf unserem Dach errichtete, erklärten mich auch viele für verrückt. Wenige Jahre später wären sie froh, wenn sie es auch gemacht hätten.

899  Stromspeicher SMA Sunny Island

Zusätzlich zum SMA Tripower Wechselrichter der PV-Anlage übernimmt ein SMA Sunny Island die Ladung und Rück-speisung aus den LG-Akkumodulen mit 9,5 kWh Kapazität.

Der jährliche Stromverbrauch in unserem Haushalt beträgt rund 3.200 kWh. Im Internet gab es Berechnungsmodelle für die Auslegung einer PV-Anlage mit Speicher. Es ergaben sich für uns mit einem Stromspeicher von 9,8 kWh theoretisch mögliche Eigenverbrauchswerte von bis zu 90 Prozent. Dabei wird unterstellt, dass man seinen Stromverbrauch gut optimiert, also die Großverbraucher nacheinander einschaltet. Dazu gehört die Waschmaschine, der Trockner und die Spülmaschine.

Wolkenlösung?

Ein Anbieter wollte mir keinen Stromspeicher verkaufen. Ich sollte den zu viel erzeugten Strom in der Cloud „speichern“. Strom in der Cloud speichern? Gespeichert wird da nichts, es handelt sich nur um Marketingtricks für Stromtarife! Dafür sollte ich dann auch noch einen monatlichen Preis extra zahlen. Kein gutes Angebot!

Der zweite Anbieter machte eine umfangreiche Berechnung des Ertrages. Dabei wurde die Verschattung, die Dachneigung, die Ausrichtung und unser Stromverbrauch berücksichtigt. Dann fiel die Entscheidung: Im März 2017 wurden die PV-Anlage und der Speicher eingebaut. Die PV-Anlage hat eine Leistung von 6,27 kWp und der Speicher, bestehend aus einem SMA Sunny Island sowie Akkuzellen von LG Chem, haben laut Datenblatt eine Kapazität von 9,5 kWh. Diese 9,5 kWh sind aber nicht voll nutzbar. Es sind mindestens 10 Prozent abzuziehen, damit der Speicher nicht tiefentladen oder überladen wird und keinen Schaden nimmt. Also bleiben aus dem Speicher effektiv rund 8,5 kWh nutzbar.

Erste Überraschung

Im Herbst 2017 fiel mir dann jedoch auf, dass der Speicher nicht die erwartete Leistung abgab. Im Monitoringtool „Sunny-Portal“ des Herstellers SMA war klar zu sehen, dass immer 20 Prozent im Speicher blieben. Somit sind in der Realität nur rund 7,5 kWh nutzbar. Nach Rücksprache mit SMA wurde mir mitgeteilt, dass es einen Sommer- und einen Wintermodus gäbe. So seien eben die Vorgaben des Akkuherstellers LG Chem, um einen Schaden zu verhindern. Das sollte man als Interessent eigentlich vorab erfahren! Immerhin fehlen mit beiden Schutzschwellen gute 2 kWh Kapazität gegenüber den Planungen und Berechnungen vor dem Kauf.

899  Haus Familie Stenzel mit PV-Modulen auf dem Dach

Die neuste PV-Anlage von Kurt Stenzel wird seit März 2017 zum vorrangigen Eigenverbrauch genutzt. Die beiden älteren Anlagen werden bis zum Ende des 20-jährigen Vergütungszeitraumes weiter in Volleinspeisung betrieben.

Zweite Überraschung

Wenn der Speicher geleert ist – also im Winter noch 20 Prozent Ladung hat – und die Sonne kaum zu sehen ist, erfolgt darüber hinaus eine Ladungserhaltung mit Netzstrom. Dazu werden bei meinem Speicher 100 Watt durchgehend benötigt. Das waren im Jahr 2018 in Summe immerhin 295 kWh Strombezug aus dem Netz für den Speicher. Auch das sollte man vor der Anschaffung wissen und nicht nachträglich feststellen müssen.

Dritte Überraschung

Im Herbst 2019 gab es dann noch ein neues Verhalten: Nunmehr wird der Speicher nur noch bis maximal auf 25 Prozent entladen. Dafür ist der Energieaufwand für die Erhaltungsladung auf rund 50 Watt gesunken. Es scheint, dass bei SMA und LG nachträgliche Optimierungen anhand der gewonnenen Messdaten von den bei Kunden installierten Speichern vorgenommen werden.

Smarte Verbrauchssteuerung?

Für die optimale Steuerung der Waschmaschine, des Trockners und der Spülmaschine können „smarte“ Funksteckdosen eingesetzt werden. Damit werden die Geräte jedoch nicht wirklich „smart“ gesteuert, sondern einfach nur vom Stromnetz getrennt. Daher müssen die Geräte vorher darauf getestet werden, ob sie dafür geeignet sind. Unsere Waschmaschine und unsere Spülmaschine erwiesen sich als geeignet. Der Trockner leider nicht. Der Ablauf ist folgender: Waschmaschine oder Spülmaschine befüllen und einschalten. Sobald das Programm der Maschine beginnt, an der Funksteckdose eine Taste drücken und der Strom wird unterbrochen. Ist Strom verfügbar, schaltet der Home-Manager des Stromspeichers den Strom wieder an und das Programm läuft ab. Soweit die Theorie.

In der Praxis erwies sich dann aber doch nicht nur der Trockner als inkompatibel. Bei unserer Spülmaschine ist der Stecker hinter der Maschine in der Wand. Bei jedem Spülgang unter die Spülschüssel in den Schrank kriechen, um hinter der Maschine die Taste des „smarten“ Zwischensteckers zu drücken, erfüllte aber weder meine Komfortansprüche, noch die meiner Frau. Theoretisch könnte man auch eine App nutzen – aber wer möchte während der Küchenarbeit am Smartphone herumspielen, damit die Spülmaschine ihren Dienst verrichtet? Das war keine Option. Also starten wir die Spülmaschine wie auch den Trockner klassisch von Hand – nur eben zur rechten Zeit, nacheinander und möglichst dann, wenn die Sonne scheint. Es ist ein Kompromiss, der aber gut funktioniert.

Auswertung des ersten Jahres

Nach den Optimierungen im Jahr der Inbetriebnahme sollte sich nach dem Jahr 2018 zeigen, was die PV-Anlage und der Speicher in Kombination in einem Jahr leisten. Die PV-Anlage lieferte 4.848 kWh. Es gab keine Abschaltungen, weil die PV-Anlage in Süd-Ost und Nord-West ausgerichtet ist. Erwartet wurden 4.485 kWh. Das sonnenreiche Jahr 2018 hat somit bei der reinen Erzeugung die Erwartungen übertroffen. Der Verbrauch unseres Haushaltes lag bei 3.263 kWh. Aus dem Netz wurden aber nur 669 kWh bezogen! Das bedeutet, dass wir uns dank des Stromspeichers zu 79 Prozent selbst versorgen konnten. Nur mit der PV-Anlage wären es 29 Prozent gewesen. Das Projekt „Stromspeicher“ ist damit im Hinblick auf die Eigenverbrauchssteigerung ein voller Erfolg.

Man muss aber auch sehen, dass in unserem Haushaltsverbrauch der Eigenverbrauch des Stromspeichers für die Erhaltungsladung in Höhe von 295 kWh enthalten ist. Darüber hinaus wurden in den Stromspeicher 1.598 kWh eingeladen – aber nur 1.171 kWh wieder entladen. Die Speicherverluste zusätzlich zur Erhaltungsladung betrugen somit 427 kWh. Zusammen mit der Erhaltungsladung hat der Stromspeicherbetrieb 722 kWh benötigt, um effektiv 1.171 kWh zum späteren Verbrauch bereitzustellen. Hier besteht offensichtlich ein erhebliches Optimierungspotenzial seitens SMA und LG Chem. Von anderen Stromspeicherherstellern sind mir derartige Verluste jedenfalls nicht bekannt.

Monitoring gut, Effizienz nicht

Strom zu speichern ist eine gute Sache und funktioniert. Über das Sunny-Portal des zum Stromspeicher gehörenden Home-Managers ist man stets im Bilde, wie viel Energie vom Dach kommt, direkt im Haushalt verbraucht wird, eingespeichert wird oder ins Netz fließt. Auch Auswertungen von Tagesverläufen, Monatsverläufen oder ganzer Jahre sind kein Problem. Zudem kann man gut sehen, wie man das eigene Stromverbrauchsverhalten so optimieren kann, dass die Leistung der PV-Anlage sowie des Speichers zur Versorgung ausreichen und möglichst wenig Netzstrom bezogen wird. Zweifelhaft ist nur die Effizienz des Stromspeichers in meinem konkreten Fall. Die Freude über den Autarkiegrad von fast 80 Prozent, gegenüber nur etwa 30 Prozent ohne den Speicher, überwiegen aber bei weitem!

Wenn der Speicher dann tatsächlich auch die angegebenen 15 Jahre durchhält, umso besser. Lieber natürlich länger!
Noch eine gewonnene Erfahrung: Ein Elektroauto zu betreiben, würde in unserem Fall im Sommer funktionieren. Im Herbst bis Frühjahr nicht. Dann reicht der Strom schon jetzt nicht für das Haus und erst recht nicht für ein Elektroauto. Hier fahren wir mit unserem emissionsarmen Erdgasauto weiterhin besser.

Die Auslegung der Speicherung ist uns gut gelungen. Wer unserem Beispiel folgen möchte, der sollte bei der PV-Anlage unbedingt darauf achten, maximal 10 kWp zu errichten. Andernfalls wird auf den Eigenverbrauch die EEG-Umlage fällig. Bei der heutigen Rechtslage für PV-Anlagen sind zudem die Bürokratie und insbesondere der steuerrechtliche Papieraufwand nicht zu unterschätzen.

Pumpspeicherwerke

(4. November 2017) Pumpspeicherwerke lassen sich derzeit kaum noch wirtschaftlich betreiben. Die Betreiber kündigen Entlassungen an. Vor Jahren konnte man Überschussstrom in der Nacht günstig kaufen und tagsüber wieder mit Gewinn verkaufen.

Aber nun kommt zu mittäglichen Spitzenlastzeiten oft Solarstrom günstig ins Netz und verdirbt das Geschäft. Auch ist der preisliche Abstand zwischen Grundlast- und Spitzenlaststrom erheblich zurückgegangen. Davon ließ sich früher gut leben.

899 Staumauer mit Blick auf den Stausee  / Foto: pixabay.com/Powie

Der Bau neuer Speicherkraftwerke ist zurückgestellt worden. Benachteiligt fühlen sich die Speicherkraftwerksbetreiber durch die Gesetzeslage. Die sieht die Speicherkraftwerke als Letztverbraucher und verlangt von ihnen die Zahlung von Netzentgelten.

Für die Energiewende sind Speicher aber wichtig, um die fluktuierende Einspeisung zu glätten und um in Zeiten schwachen Angebots auszugleichen.

Eine Alternative könnten auch bestehende Pumpspeicherkraftwerke im Ausland darstellen: Zwischen Deutschland und Norwegen wurde im August mit dem Bau der Nordlink-Trasse begonnen, die von 2019 an bis zu 1.400 Megawatt norwegischer Speicherleistung an Deutschland anbinden soll.

Speicher oder Netzausbau

Stromspeicher politisch blockiert

Speicher oder Netzausbau: Stromspeicher politisch blockiert

(21. März 2017) Der Bau von Stromspeichern als Quartierspeicher ist höchst sinnvoll. Er ermöglicht den Zubau dezentraler Erzeugungsanlagen und vermindert zugleich den Bedarf für den Netzausbau. Aber politisch werden Quartierspeicher blockiert, vor allem durch die EEG-Umlage, die für den gespeicherten Strom vorgeschrieben ist. Das blockiert die Wirtschaftlichkeit dieser Speicher.

899 Stecker und Batterien / Foto: Pixabay.com

Der Mannheimer Stromversorger MVV hat das Konzept einer Strombank in einem 15-monatigen Praxistest mit PV- und KWK-Anlagen erprobt, die in einen Quartierspeicher einspeisen und bei Bedarf wieder abheben. Der Netzbezug ließ sich durch den Speicher um knapp 40 Prozent vermindern. Die gesetzlichen Umlagen und Abgaben für den zwischengespeicherten Strom summieren sich laut dem Bericht auf 22 Cent/kWh, egal welches Betreibermodell gewählt wird. Statt diese kontraproduktive Besteuerung abzuschaffen, um Quartierspeicher entstehen zu lassen, fördert der Staat den Bau privater Stromspeicher mit zusätzlichen Mitteln (KfW-Förderprogramm 275 für Batteriespeicher).

Die Energieagentur NRW hat ein aktuelles Papier zu Geschäftsmodellen im aktuellen rechtlichen Rahmen erarbeitet, verfügbar unter www.energieagentur.nrw/eapaper

Handelsplattform für Batteriespeicher

Projekt "SolVer" - Batteriespeicher in Zukunft optimal nutzen

Handelsplattform für Batteriespeicher

(15. Juni 2013) In dem vom Land Hessen mit 420.000 Euro geförderten Projekt "SolVer" sucht die HEAG Südhessische Energie AG (HSE), Darmstadt, im Netzgebiet nach Wegen, Batteriespeicher in Zukunft optimal zu nutzen. Dazu entwickelt sie gemeinsam mit der Hochschule Darmstadt und dem Batteriehersteller ads-tec bis Juni 2015 eine offene Handelsplattform für Speicherdienstleistungen.

Die Handelsplattform soll helfen, die Netzstabilität zu gewährleisten. Verschiedene Teilnehmer könnten am Strommarkt auf die Batteriespeicher zugreifen, um einzelne Energiekapazitäten bedarfsabhängig zu beziehen. Eine neu entwickelte Software gibt Daten über den Füll- und Ladezustand der Speicher an die Handelsplattform weiter.

Innerhalb des Projekts werden zu den bereits bestehenden Speichersystemen aus dem EU-Forschungsprojekt "Web2Energy" weitere Speicher installiert und ins virtuelle Kraftwerk der HSE eingebunden. Um zu prüfen, wie die Kommunikation zwischen den beteiligten Komponenten unabhängig vom jeweiligen Speichersystem funktioniert, wird das Projektteam unterschiedliche Batteriespeicher in ihre Forschung einbinden.

Denkverbote für Speicher

Die Diskussion darüber, ob und ab wann man beim weiteren Ausbau von Sonnen- und Windenergie Stromspeicher benötigt, wird von einer merkwürdigen mentalen Hemmung beeinträchtigt.

Denkverbote für Speicher

(14. Juni 2013) Die Diskussion darüber, ob und ab wann man beim weiteren Ausbau von Sonnen- und Windenergie Stromspeicher benötigt, wird von einer merkwürdigen mentalen Hemmung beeinträchtigt. Vielleicht sollten wir uns in Gedanken in ein anderes Umfeld begeben, in ein Industrieland mit ausschließlich fossiler Stromversorgung, und dort das folgende Gedankenexperiment veranstalten:

Wir denken uns in diesem rein fossil versorgten Land die Kohlevorräte weg, die gleich neben den Kohlekraftwerken in den sogenannten Kohlebunkern lagern.

899 Karikatur Energiewende-Rallye von Gerhard Mester

copyright: sfv / mester

Was wäre die Folge?

Die Kohlekraftwerke könnten nach dem Verschwinden ihrer Kohlebunker nur noch dann Strom liefern, wenn neben ihnen zufällig ein mit Kohle beladener Güterzug steht. Wenn er leer ist, müssen sie die Stromproduktion einstellen und warten, bis der nächste Güterzug kommt. Ein Kohlekraftwerk ohne laufenden Brennstoffnachschub ist also ähnlich „volatil“ oder „fluktuierend“ wie eine Solaranlage ohne Stromspeicher. Beide müssen warten – auf die Sonne oder auf den nächsten Güterzug voll Kohle.

So konnte es kommen, dass wir fossile Kraftwerke durch Solar- und Windanlagen ersetzen wollten, aber dabei die notwendigen Speicher vergessen haben.

Diese Unterlassung hemmt nicht nur den Umbau der Energiewirtschaft, sondern schadet auch der Akzeptanz dieses wichtigen Projektes. Der Widerstand der Industrie gegenüber einer Neuregelung, bei der sie je nach Sonnen- oder Windverhältnissen mal mit billigem, mal mit teurem Strom und mal mit Stromsperren rechnen muss, ist nur zu verständlich. Der Wettbewerbsnachteil gegenüber der Industrie in einem vollständig fossil versorgten Land ist offensichtlich.

Zur Umstellung der Energieversorgung gehört also auch die Umstellung der Speicherinfrastruktur.

Solarenergie-Förderverein Aachen: www.sfv.de

Strom aus Unterwasser-Kugeln

Hohle Untersee-Betonkugeln können Strom speichern.

Strom aus Unterwasser-Kugeln

(27. März 2013) Hohle Untersee-Betonkugeln können Strom speichern. Das berichtet das Fachmagazin „Technology Review“. Ende 2012 hat ein Entwicklerkonsortium, dem u. a. Hochtief und das Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik angehören, einen Förderbescheid für ein entsprechendes Projekt bekommen.

Das Prinzip der Speicherung ist ähnlich wie bei einem Pumpspeicher-Kraftwerk. Wenn Wind und Sonne überschüssigen Strom erzeugen, entleeren elektrische Pumpen die Kugeln bis nahe ans Vakuum. Wird wieder Strom benötigt, strömt das Wasser zurück und treibt dabei eine Turbine an. Der hohe Wasserdruck in der Tiefe erzeugt eine hohe Druckdifferenz zwischen Kugelinnerem und Umgebung. Deshalb kommt das System mit weniger Platz und geringeren Eingriffen in die Natur aus als herkömmliche Pumpspeicher.

Noch in diesem Jahr soll ein erster, zwischen drei und sechs Meter großer, Prototyp der Kugel in einem süddeutschen See getestet werden. Bei Erfolg sollen 30 Meter große Kugeln in 700 Metern Tiefe je 20 MWh Strom speichern. 80 Elemente könnten die 400 MW eines Windparks vier Stunden lang aufnehmen und wieder abgeben. Da Nord- und Ostsee mit rund hundert Metern nicht tief genug sind, werden die Untersee-Speicher voraussichtlich in anderen Küstengewässern verankert, z. B. im Mittelmeer.

Sisyphus als Stromspeicher

Wer die Treppe herunterfällt, der spürt, wieviel Energie in einer Höhendifferenz steckt.

Sisyphus als Stromspeicher

(17. März 2011) Wer die Treppe herunterfällt, der spürt, wieviel Energie in einer Höhendifferenz steckt. Umgekehrt merkt der Bergsteiger die Anstrengung, wenn er einen Gipfel erklimmt. In Pumpspeicherwerken nutzt man diesen Effekt, indem man Wasser auf einen Berg pumpt, wenn zu viel Strom im Netz ist. Bei Strommangel erzeugt das Wasser Strom, wenn es den Berg wieder herunterfließt. Die gespeicherte Energie entspricht dabei der bewegten Masse.

Der Physiker Dr. Eduard Heindl ist Professor für e-Business Technologie an der Hochschule Furtwangen. Er will dieses Prinzip für die Stromspeicherung nutzen. Heindl schlägt vor, statt Wasser einen großen Felsbrocken hydraulisch in die Höhe zu heben und wieder abzusenken.

899_ Steinblock Stromspeicherung graphische Darstellung

Ein Steinblock wird zur Stromspeicherung angehoben. Mit einem Radius von 500 Metern lässt sich der Tagesstromverbrauch der Bundesrepublik speichern.

Für das Anheben braucht man Strom, beim Absenken wird Energie frei, die sich in Strom umwandeln lässt. Dazu wird ein Zylinder aus Gestein (bevorzugt Granit) aus seiner natürlichen Umgebung abgetrennt. Pumpt man in diese Anordnung von unten zwischen den ausgesägten Zylinder und den Untergrund Wasser, hebt sich der Zylinder. Der angehobene Block speichert die benötigte Energie als Lageenergie. Will man dem System die Energie wieder entnehmen, wird das unter Druck stehende Wasser im Hubraum über eine Turbine geleitet und dadurch Strom erzeugt.

Der entscheidende Vorteil: Anders als herkömmliche Pumpspeicherkraftwerke können schon vergleichsweise kleine Anlagen riesige Energiemengen aufnehmen. Heindl rechnet vor, dass ein Steinzylinder mit einem Radius von 500 Metern zwei Terrawattstunden speichern kann, das ist der tägliche Stromverbrauch der gesamten Bundesrepublik. Die Kosten liegen nur halb so hoch wie bei Wasserpumpspeicherkraftwerken – bei deutlich geringeren Eingriffen in die Landschaft.

Weitere Informationen unter:

letzte Änderung: 17.01.2020