PV-Speicher
Die Funktion und Vorteile des Batteriespeichers
Die Hauptfunktion eines Batteriespeichers besteht darin, den Gleichstrom (DC), den die Solarmodule erzeugen, in elektrische Energie umzuwandeln und in Batterien zu speichern. Ein Batteriespeicher für Solaranlagen ermöglicht das Speichern von überschüssiger Solarenergie, während die Sonne auf die Solarpanele scheint und Strom erzeugt wird. Die gespeicherte Energie können Sie zu einem späteren Zeitpunkt nutzen (z.B. abends). Dadurch wird der Eigennutzungsgrad des erzeugten Stroms maximiert und die Effizienz Ihrer Solaranlage verbessert. Selbst wenn kein Sonnenlicht vorhanden ist, kann Ihre Anlage auf den in der Batterie gespeicherten Strom zurückgreifen, sodass weniger oder keine Energie vom Stromanbieter bezogen werden muss. Zusätzlich erhöht sich Ihre Versorgungssicherheit, denn auch bei Stromausfällen oder Engpässen bei der Stromversorgung bleiben Sie weiterhin mit Strom versorgt, unabhängig von der Tageszeit.
Die folgenden Grafiken erläutern, wie die Erhöhung des Eigennutzungsgrades zustandekommt:
Ohne Batteriespeicher:
• Stromerzeugung nur tagsüber zu Sonnenzeiten möglich, maximale Strommenge um die Mittagszeit
• Tagsüber in der Regel niedriger Stromverbrauch, z.B. durch Arbeit unter der Woche oder Ausflüge am Wochenende. Der Verbrauch passiert hauptsächlich morgens und nachmittags/abends (Kaffeemaschine, Föhn, Kochen, Licht, TV usw.)
► Strom wird tagsüber teilweise nicht genutzt und muss eingespeist werden. Morgens und abends muss dagegen Strom vom Netzanbieter bezogen werden.
Mit Batteriespeicher:
• Während der Spitzenstromerzeugung in der Mittagszeit wird der Strom gespeichert
• Am Abend und am nächsten morgen wird der gespeicherte Strom aus dem eigenen Netz entnommen
►Erzeugter Strom kann maximal selbst genutzt werden; Tagsüber wird weniger Strom eingespeist und morgens/abends wird der Einkauf von Strom reduziert
In welchen Fällen lohnt sich die Investition in einen Batteriespeicher?
Aus umwelttechnischen Gesichtspunkten ist es grundsätzlich sinnvoll, erzeugten Strom vollständig zu nutzen. Ungenutzten Strom verloren gehen zu lassen wäre schade, denn er könnte zur Senkung der Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen und Atomstrom beitragen. Ob Sie diesen Strom einspeisen oder selbst speichern, macht für die Umwelt allerdings keinen großen Unterschied - für Ihren Geldbeutel aber schon!
Aus finanzieller Sicht hängt die Rentabilität der Investition in einen Batteriespeicher von mehreren Faktoren ab: Neben den Kosten für den Kauf und die Installation des Batteriespeichers gilt es auch die Menge an erzeugtem und verbrauchtem Solarstrom zu berücksichtigen, sowie die daraus resultierenden Einsparungen bei den Kosten für eingekauften Strom. Je mehr Solarstrom Sie erzeugen und direkt verbrauchen können, desto weniger Strom müssen Sie vom Netzanbieter beziehen, was Ihre Stromkosten senkt und die Amortisationszeit des Batteriespeichers verkürzt. Je höher die Strompreise in Ihrer Region sind, desto mehr Geld sparen Sie dabei. In einigen Regionen gibt es zusätzlich Förderungen oder Zuschüsse für die Investition in einen Batteriespeicher. Dadurch können Sie die Anschaffungskosten für Ihren Batteriespeicher erheblich reduzieren.
Als Faustregel gilt, dass die Amortisationszeit typischerweise zwischen 5 und 15 Jahren liegt. Für eine genauere Einschätzung ist eine Prognoseberechnung Ihrer individuellen Situation notwendig.
Im Folgenden wird dies an zwei Beispielen mit folgenden Kennzahlen vorgerechnet:
Strompreis im Einkauf: 35 Cent/kWh
Einspeisevergütung: 8,6 Cent/kWh
Einsparungen je selbst genutzte kWh: 26,4 Cent/kWh
Beispiel 1: Eine vierköpfige Familie mit einer 3 kWp-Solaranlage kauft einen 3kWh-PV-Speicher
Gesamtpreis für den 3 kWh Speicher: 800 €
Strombedarf: 5000 kWh pro Jahr
Stromerzeugung mit 3 kWp-Solaranlage: 3000 kWh pro Jahr
Ohne Speicher Eigennutzung: 1000 kWh Einspeisung: 2000 kWh
Mit Speicher Eigennutzung: 2000 kWh Einspeisung: 1000 kWh
Eigennutzung erhöht um 1000 kWh: 264 € (1000 kWh x 0,264 €/kWh)
Amortisationszeit: 3 Jahre und 11 Tage
Beispiel 2: Einpersonenhaushalt mit 1,5 kWp-Solaranlage kauft einen 3 kWh-PV-Speicher
Gesamtpreis für den 3 kWh Speicher: 800 €
Strombedarf: 1500 kWh pro Jahr
Stromerzeugung mit 1,5 kWp-Solaranlage: 1500 kWh pro Jahr
Ohne Speicher Eigennutzung: 500 kWh, Einspeisung: 1000 kWh
Mit Speicher Eigennutzung: 1000 kWh Einspeisung: 500 kWh
Eigennutzung erhöht um 500 kWh: 132 € (500 kWh x 0,264 €/kWh)
Amortisationszeit: 6 Jahre und 22 Tage
An den beiden Beispielrechnungen wird deutlich, dass sich die Investition in den PV-Speicher schneller amortisiert, wenn Ihre Anlage einen hohen Stromdurchsatz hat. Dies ist insbesondere bei größeren Haushalten der Fall, die einen höheren Stromverbrauch haben. Gleichzeitig hat auch die Leistung Ihrer Solarpanele einen entscheidenden Einfluss. Je größer diese ist, desto schneller macht sich der PV-Speicher bezahlt.
Falls Sie die Leistung Ihrer Solarpanele erhöhen möchten, haben wir für Sie eine Vielzahl an einzelnen Solarpanelen sowie Paketen im Angebot.
Vorteile von LiFePO4-Batterien gegenüber herkömmlicher Bleisäurebatterien
Längere Lebensdauer: LiFePO4-Batterien können, je nach Nutzung und Pflege, 5000-7000 Lade- und Entladezyklen durchlaufen, Bleisäure-Batterien hingegen nur 1500-2000.
Größere nutzbare Kapazität: LiFePo4-Batterien haben eine maximale Entladungstiefe (Depth of Discharge/DoD) von fast 100%, während Bleisäure-Batterien typischerweise nur bis 50% entladen werden sollten. Die tatsächlich nutzbare Kapazität von LiFePo4-Batterien ist damit nahezu doppelt so hoch. Die tatsächlich nutzbare Kapazität einer 2 kWh-LiFePo4-Batterie entspricht demenach etwa der einer 4 kWh-Bleisäurebatterie.
Höhere Energiedichte: LiFePO4-Batterien sind wesentlich leichter und kompakter als Bleisäure-Batterien: Bei gleicher nutzbarer Kapazität haben LiFePo4-Batterien nur etwa 15% des Gewichts einer Bleisäurebatterie. Eine 2 kWh-LiFePo4 Batterie wiegt etwa 20 kg, während eine 4 kWh-Bleisäurebatterie etwa 140 kg wiegt.
Selbstentladungsrate: Auch ohne elektrische Verbraucher laufen zu einem gewissen Grad elektrochemische Reaktionen ab, die zu einer Entladung des Batteriespeichers führen. Der Anteil der nutzbaren Kapazität in Abhängigkeit von der Lagerungsdauer wird als Selbstentladungsrate bezeichnet. Die Selbstentladungsrate hängt von Faktoren wie Umgebungstemperatur, Batterietyp und der Batterietechnologie ab. Bei Temperaturen über +55°C steigt die Selbstentladungsrate schnell an. LiFePO4-Batterien sind bekannt für eine langsamere Selbstentladungsrate als Bleisäurebatterien.
Sicherheit: Im Vergleich zu anderen Lithium-Ionen-Batterien haben LiFePO4-Batterien eine höhere thermische Stabilität und sind weniger anfällig für Probleme wie thermisches Durchgehen.
Umweltverträglichkeit: Blei ist giftig für Mensch und Umwelt. LiFePO4-Batterien enthalten kein Blei und sind somit weniger schädlich für die Umwelt. Ihre längere Lebensdauer macht sie darüber hinaus zu einer nachhaltigeren Lösung.
Anschaffungskosten: Die Anschaffungskosten von LiFePo4-Batterien erscheinen auf den ersten Blick höher als die von Bleisäurebatterien. Wenn man allerdings die wesentlich längere Lebensdauer und die höhere Nutzkapazität einkalkuliert, sind die Kosten wesentlich geringer: Eine 3 mal längere Lebensdauer und doppelte nutzbare Kapazität bedeuten im Umkehrschluss, dass der Preis einer LiFePo4-Batterie der von sechs Bleisäurebatterien gegengerechnet werden kann. In der nachfolgenden Tabelle haben wir Ihnen den Preis einer kWh über die Lebensdauer beider Batterietypen berechnet. Trotz eines höheren Einkaufspreises liegt der Preis pro kWh bei der LiFePO4 Batterie bei nur etwa 45% im Vergleich zu einer Bleisäurebatterie.
Zusammenfassend stellen wir fest, dass die LiFePO4-Batterie einer Bleisäurebatterie in allen Gesichtspunkten überlegen ist. Dies ist der Grund, warum wir zurzeit ausschließlich LiFePO4-Batterien von namhaften Herstellern anbieten. Aktuell haben wir folgende Produkte von Pylontech für 48V-Systeme im Angebot (weitere Artikel folgen in Kürze):
1. Pylontech US2000C mit einer Kapazität von 2,4kWh
2. Pylontech US3000C mit einer Kapazität von 3,5 kWh
3. Pylontech US5000C mit einer Kapazität von 4,8 kWh
4. Set aus 4x US3000C mit einer Kapazität von 14 kWh
Berechnung der passenden Batteriekapazität
Die Größe der Batteriekapazität ist optimal ausgelegt, wenn sie den durchschnittlichen Stromverbrauch zwischen abends und morgens abdeckt. Um diesen zu bestimmen, sollten Sie einerseits Ihren Stromverbrauch kennen und andererseits abschätzen können, zu welcher Tageszeit wie viel Strom verbraucht wird. Im Zweifelsfall gibt es auch Richtwerte, an denen Sie sich orientieren können.
Den Strombedarf Ihres Haushaltes überprüfen Sie am besten anhand Ihrer Stromrechnungen. Sollten Sie diese nicht zur Hand haben, können Sie sich an den Durchschnittswerten deutscher Haushalte orientieren. Das Statistischen Bundesamt gibt dazu folgende Angaben:
Einpersonenhaushalt ca. 2000 kWh/Jahr
Zweipersonenhaushalt ca. 3250 kWh/Jahr
Mehrpersonenhaushalt ca 5000 kWh/Jahr
Der jährliche Strombedarf wird anschließend auf die durchschnittliche Tagesmenge umgerechnet.
Einpersonenhaushalt ca. 5,5 kWh/Tag
Zweipersonenhaushalt ca. 8,9 kWh/Tage
Mehrpersonenhaushalt ca. 13,7 kWh/Tag
Anschließend wird abgeschätzt, welche Menge an elektrischer Energie außerhalb der Ladezeiten genutzt wird. In unserem Beispiel nehmen wir einen Anteil von 50% an. Morgens wird Strom für Licht, die Kaffeemaschine oder den Wasserkocher benötigt. Nach Feierabend wird gekocht, zusätzliches Licht benötigt und der PC oder der Fernseher werden eingeschaltet. Moderne Waschmaschinen und Geschirrspüler können so eingestellt werden, dass sie sich zu vorprogrammierten Zeiten selbstständig einschalten. Die empfohlene Speicherkapazität entspricht also 50% des täglichen Stromverbrauchs. Daraus ergeben sich die folgenden Kapazitätswerte:
Einpersonenhaushalt: 50% von 5,5 kWh pro Tag = 2,7 kWh Speicherbedarf
Zweipersonenhaushalt: 50% von 8,9 kWh pro Tag = 4,5 kWh Speicherbedarf
Familienhaushalt: 50% von 13,7 kWh pro Tag = 6,9 kWh Speicherbedarf
Die Verbraucherzentrale NRW nutzt die folgende Formel als Richtwert:
Stromverbrauch pro Jahr / 365 Tage / 2 = Bruttokapazität
Diese Formel ist rechnischerisch identisch mit unserem Beispiel.
Zusammenschalten mehrerer Batterien
Die Batterien von Pylontech sind modular aufgebaut, sodass die Kapazität durch die Verbindung mehrerer Batteriemodule in Reihe (maximal 16 Module) einfach erweitert werden kann. Sie können also mehrere Batterien von Pylontech verbinden, wodurch sich die gesamte Speicherkapazität Ihrer Solaranlage beliebig aufstocken lässt. Dabei werden die Batterien parallel geschaltet - Minuspol an Minuspol und Pluspol an Pluspol (siehe untere Grafik). Dadurch addieren sich die Kapazitäten der einzelnen Batteriespeicher und die Spannung (Volt) bleibt unverändert. Achten Sie unbedingt auf gleiche Kapazität, gleiche Bauart, gleichen Ladezustand und gleiches Alter Ihrer Batterien!
In unserer Broschüre finden Sie weitere Informationen zum Umgang und zur Installation unserer PV-Speicher von Pylontec.
Der Einbau des Batteriespeichers in Ihrer Anlage
Der Batteriespeicher wird zunächst an den Wechselrichter angeschlossen. Bei Hybridwechselrichtern wird der von den Solarpanelen erzeugte Strom über die Ladereglerfunktion in den Batteriespeicher geladen. Zur Stromentnahme entnimmt der Wechselrichter den gespeicherten Strom aus der Batterie und wandelt ihn in Wechselstrom (230 Volt) um, damit er anschließend genutzt oder eingespeist werden kann.
Sollte Ihr Wechselrichter nicht über eine Ladereglerfunktion verfügen, benötigen Sie einen zusätzlichen Laderegler, der zwischen die Solarpanele und den Batteriespeicher geschaltet wird. Der Wechselrichter wird in diesem Fall an den Batteriespeicher angeschlossen.
Kompatibilität mit verschiedenen Wechselrichtern
Bitte achten Sie beim Kauf des Batteriespeicher auf die Kompatibilität mit Ihrem Wechselrichter. Unsere Batteriespeicher von Pylontech sind mit namhaften Hybrid-Wechselrichtern wie denen von Solis, Hoymiles und Growatt kompatibel. Detaillierte Informationen finden Sie in der Kompatibilitätsliste.
Passend dazu finden Sie Wechselrichter auf entsprechende Kategorieseite.
Lagerung des Batteriespeichers für eine lange Lebensdauer
Sollten Sie den Batteriespeicher eine Zeit lang nicht verwenden, so gibt es einige Punkte zu beachten, um die Lebensdauer und den Ladezustand der Batterie zu erhalten.
1. Trennen Sie sämtliche Anschlüsse physisch von den Batterien. Damit vermeiden Sie unnötige Entladungen während der Lagerung
2. Lagertemperatur: Lagern Sie den Batteriespeicher bei einer Temperatur zwischen 0°C und 25°C. Extreme Temperaturen können die Leistung der Batterie beeinträchtigen und ihre Lebensdauer verkürzen.
3. Ladungszustand: Lagern Sie den Batteriespeicher bei einem Ladungszustand von etwa 50-60%. Eine vollständige Auf- oder Entladung vor der Lagerung kann die Lebensdauer der Batterie verringern. LiFePO4-Batterien haben von sich aus eine Entladungsrate von monatlich 1-3%. Bei längeren Lagerzeiten empfiehlt es sich deshalb, den Ladezustand der Batterie turnusmäßig zu überprüfen und gegebenenfalls nachzuladen (zB. alle drei Monate).
4. Trocken und sauber: Lagern Sie den Batteriespeicher an einem trockenen und sauberen Ort, um Korrosion und andere Schäden zu vermeiden.
5. Lagern Sie die Batterie in aufrechter Position und vermeiden Sie mechanische Beschädigungen.
Indem Sie diese Richtlinien befolgen, können Sie die Lebensdauer Ihres LiFePO4-Batteriespeichers maximieren und sicherstellen, dass er bei Bedarf sofort einsatzbereit ist.
FAQS
Frage: Was sind kW, kWp und kWh?
Antwort:
Ein kW (Kilowatt) entspricht 1000 Watt und beschreibt die Leistung im Allgemeinen, das kann z.B. die Leistung eines Stromverbrauchers sein, die Stromerzeugungsleistung oder auch eine Heizleistung.
kWp wird häufig bei Solarmodulen angegeben, oft auch in der Form kW (peak). Die Angabe bezeichnet die maximale Leistung, die mit dem jeweiligen Solarmodul generiert werden kann. Je nach Wetterlage kann die Leistung auch niedriger ausfallen.
Die Bezeichnung kWh entspricht dem Energieinhalt, mit dem ein 1000 Watt Verbraucher eine Stunde lang betrieben werden kann. Ein 500 Watt Verbraucher kann mit einer kWh entsprechend zwei Stunden lang betrieben werden. Üblicherweise wird die Kapazität eines Batteriespeichers in kWh angegeben.
Frage: Was bedeutet "SoC", "DoD" und "SoH"?
Antwort:
- SoC steht für State of Charge, wird in % angegeben und beschreibt den Ladezustand der Batterie. Ein SoC von 20% hat eine Restkapazität von 20%.
- DoD steht für Depth of Discharge und bezeichnet den Entladungsgrad. Er wird oft in Verbindung der Zyklenzahl der Batterie angegeben.
- SoH steht für State of Health und beschreibt den Alterungszustand der Akkuzellen.
Frage: Was ist ein BMS und wie funktioniert es?
Antwort:
Die Abkürzung BMS steht für Batteriemanagementsystem. Es handelt sich um ein System, das in hochwertigen LiFePO4-Batterien enthalten ist, um die Sicherheit, Leistung und Lebensdauer der Batterie zu maximieren. Es überprüft konstant die Temperatur, den Ladungszustand und den Stromfluss der Batterie, gleicht die Ladung der einzelnen Zellen aus, steuert das Laden und Entladen der Batterie, schützt vor Gefahren wie Überhitzung und Kurzschluss und gibt Informationen über den Zustand der Batterie an andere Geräte weiter.
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