Stromspeicher: Hol das Maximum aus Deiner Photovoltaikanlage!

Stromspeicher, Batteriespeicher, Solarbatterie, Solarakku, Photovoltaikspeicher – hinter diesem Wirrwarr an Begriffen verbirgt sich ein und dasselbe: Eine innovative Technologie, die es Dir ermöglicht, Deinen selbsterzeugten Sonnenstrom für später „aufzuheben“. Batteriespeicher sind nicht größer als ein Kühlschrank und modulartig aufgebaut. Sie können leicht auf die benötigte Größe gebracht und bei Bedarf nachgerüstet werden.

Stromspeicher sind wie ein Auffangbecken für die Energie, die Deine Photovoltaikanlage (PV-Anlage) erzeugt, Du aber gerade nicht nutzen kannst – zum Beispiel, weil Du nicht zu Hause bist, oder weil die Sonne einfach ununterbrochen scheint. Sie speichern also überschüssigen Solarstrom, den Du bei Bedarf abzapfen kannst: Nachts beispielsweise, oder wenn ein paar Tage lang schlechtes Wetter ist.

Photovoltaikspeicher erhöhen dadurch den Anteil Deines Eigenverbrauchs, sodass Du weniger Strom ins öffentliche Netz einspeist. Der Eigenverbrauchsanteil gibt Aufschluss darüber, wie viel Prozent Deines erzeugten Solarstroms Du selbst nutzt – entweder direkt oder zum Aufladen Deines Stromspeichers.

Mit dem Eigenverbrauchsanteil steigt automatisch der Grad Deiner Autarkie, sprich Deine Unabhängigkeit vom Stromversorger. Der Autarkie­grad gibt den Anteil Deines Strom­ver­brauchs an, der durch Deine Solaranlage – in diesem Fall mit Speiche­r – gedeckt wird.

Batteriespeicher erhöhen schließlich auch die allgemeine Versorgungssicherheit. Erneuerbare Energien wie Wind und Sonne unterliegen natürlichen Schwankungen, weshalb Strom aus regenerativen Quellen nicht konstant erzeugt wird. Mithilfe von Speichern können wir allerdings Stromerzeugung und -verbrauch zeitlich entkoppeln. So schaffen Speicher die nötige Flexibilität, um auch in windstillen Nächten („Dunkelflaute“) eine sichere Versorgung mit erneuerbaren Energien zu ermöglichen.

Mit einem Stromspeicher verringerst Du den Anteil an Strom, den Du zukaufen musst, und senkst damit in Zeiten hoher Stromkosten Deine Ausgaben. Gleichzeitig hat ein Batteriespeicher selbst einen gewissen Preis. Ob sich diese Investition lohnt, hängt von einigen Faktoren ab.

Davon hängt die Wirtschaftlichkeit Deines Speichers unter anderem ab:

• Wie wird sich der Strompreis künftig entwickeln?
• Wie hoch ist Deine auf 20 Jahre festgelegte Einspeisevergütung?
• Wie viel kosten Anschaffung und Installation von Speicher und Zubehör?
• Wie hoch ist Dein Stromverbrauch und wie verteilt er sich über den Tag?
• Wie hoch ist die Lebensdauer des Speichers?
• Mit welchen Wartungs- und Reparaturkosten ist zu rechnen?

In Zeiten einer niedrigen Einspeisevergütung bei gleichzeitig hohen und voraussichtlich steigenden Stromkosten ist es wirtschaftlich sinnvoll, so viel des eigens erzeugten Solarstroms wie möglich selbst zu verbrauchen: Für eine eingespeiste Kilowattstunde (kWh) gab es etwa im zweiten Quartal 2022 weniger als sieben Cent Vergütung, während Dich der Bezug einer Kilowattstunde von den Stromversorgern über 36 Cent kostete. Vieles spricht dafür, dass die Strompreise in den nächsten Jahren weiter nach oben gehen werden.

Das liegt unter anderem daran, dass im Zuge der Energiewende und der damit einhergehenden Elektrifizierung sämtlicher Lebensbereiche die Nachfrage nach Strom deutlich zunehmen wird. So kommt eine Studie zu dem Schluss, dass die Großhandelspreise an den Strombörsen bis 2030 um 50 % steigen könnten. Diese Börsenpreise fließen mit in die Strompreise für die Endverbraucher*innen ein – auch hier ist somit ein Anstieg wahrscheinlich. Ein Speicher kann Dir helfen, an Tagen mit geringer Solarstromproduktion weniger Strom aus dem öffentlichen Netz nutzen zu müssen: Von durchschnittlich 15 – 30 % Eigenverbrauch ohne Speicher kommt man mit Solarakku auch schon einmal auf 70 – 80 %, abhängig von der Leistung Deiner Photovoltaikanlage. Typisch ist laut Fraunhofer ISE eine Verdopplung des Eigenverbrauchs. Dadurch sparst Du einiges an Stromkosten.

Natürlich hängt die Rentabilität eines Stromspeichers auch davon ab, wie lang dessen Lebensdauer ist. Wichtig: Hierbei ist nicht gemeint, wann der Speicher voraussichtlich seinen Dienst versagt, sondern wann man mit gewissen Kapazitätsverlusten rechnen kann. Je nach Typ weisen Speicher in der Regel nach 10 bis 15 Jahren noch 80 % ihrer ursprünglichen Kapazität auf, manche sogar 20 Jahre nach Inbetriebnahme. Mehr zum Thema Lebensdauer erfährst Du weiter unten im Artikel.

Wichtig ist, dass der Akku nicht überladen oder zu stark entladen wird, da sich die Lebensdauer Deines Stromspeichers ansonsten unnötig verkürzen kann. Darum kümmert sich ein integriertes Batteriemanagementsystem.

Welchen Wartungs- und Reparaturbedarf ein Photovoltaikspeicher im Laufe seines Lebens hat, lässt sich vorab natürlich nur schwer sagen. Bei den hochwertigen Speichern, die wir bei EIGENSONNE verbauen, geben die Hersteller oft eine Garantie über 10 Jahre. Sollte der Batteriespeicher in dieser Zeit wider Erwarten nicht mehr ordnungsgemäß funktioniert, ist man in diesem Fall abgesichert.

Insgesamt ist es nicht leicht, die Wirtschaftlichkeit eines Photovoltaikspeichers vorherzusagen, da diese von mehreren Faktoren abhängt. Zwar haben die Kosten für Stromspeicher in der Vergangenheit stark abgenommen, was sich positiv auf die Wirtschaftlichkeit auswirkte. Aufgrund von Lieferengpässen und einer rasant wachsenden Nachfrage nach Batterien sind die Preise für einige Rohstoffe allerdings zuletzt wieder gestiegen.

Studien kamen bislang teils zu dem Schluss, dass ein Speicher die Rentabilität einer Photovoltaikanlage leicht mindert. Eine positive Rendite bleibt dennoch möglich: Die Expert*innen des Fraunhofer Institut ISE berechnen, dass Du mit einer PV-Anlage mit Speicher im Vergleich zu den regulären Stromkosten bis zu 30 Cent pro Kilowattstunde sparst. Das summiert sich im Laufe der Lebenszeit Deiner Anlage auf eine Menge Geld.

Maximale Wirtschaftlichkeit ist für viele Käufer*innen jedoch nicht das Ziel. Wichtig sind ihnen stattdessen die höhere Unabhängigkeit vom Stromversorger, die Möglichkeit, mehr vom eigenen Solarstrom zu verbrauchen, und die Chance, einen persönlicher Beitrag zur Energiewende zu leisten. Denn mit Stromspeichern wird das öffentliche Netz in der produktiven Mittagszeit vor einer Überlastung durch Solarstrom geschützt. Photovoltaikspeicher machen damit laut Fraunhofer Institut ISE einen höheren Zubau von Photovoltaik erst möglich.

Auch aus diesen Gründen haben sich in den letzten Jahren immer mehr Menschen für einen eigenen Stromspeicher entschieden, wie die untenstehende Grafik vom Bundesverband Solarwirtschaft eindrucksvoll zeigt.

Als die ersten Stromspeicher für Solarsysteme auf den Markt kamen, waren dies fast ausschließlich Blei-Akkumulatoren. Klassisch dominierten dabei sogenannte Blei-Säure-Stromspeicher. Dabei kommt Schwefelsäure als Elektrolyt zwischen zwei Elektroden aus Blei zum Einsatz. Ein Elektrolyt ist ein Stoff, der in wässriger Lösung Strom leiten kann.

Da bei den säurebasierten Bleiakkus Rückstände in Form von Bleisulfat entstehen, die nach und nach die Leistung des Speichers verringern, wurden Alternativen erforscht. Es verbreiteten sich Blei-Gel-Akkus, die Rückstände verhindern und sich durch eine erhöhte Sicherheit auszeichnen. Bei dieser Technologie wird die Schwefelsäure mit einem Kieselsäuregel gebunden.

Inzwischen haben sich Lithium-Ionen-Akkus als Photovoltaikspeicher durchgesetzt. Grund für den Erfolg dieser Speichertechnologie sind einige Vorteile:

• höhere Nutzkapazität
• besserer Wirkungsgrad
• längere Lebensdauer

Mehr dazu erfährst Du im nächsten Abschnitt.

Beim Kauf eines Speichers ist unter anderem dessen Kapazität ausschlaggebend. Wichtig ist die Unterscheidung zwischen Nennkapazität und nutzbarer Kapazität:

• Die Nennkapazität (brutto) ist die Menge an elektrischer Ladung, die ein Akku laut Herstellerangaben speichern kann.
• Dagegen gibt die Nutzkapazität (netto) an, wie viel der Nennkapazität Du im Betrieb tatsächlich nutzen kannst beziehungsweise solltest.

Denn: Stromspeicher können nicht komplett entladen werden, ohne dass sie dauerhaft Schaden nehmen. Hersteller geben deshalb typischerweise eine Empfehlung dazu, wie viel Prozent der Speicherkapazität maximal entnommen werden sollte. Diese Kennzahl heißt Entladungsgrad oder Entladetiefe, Englisch „Depth of Discharge“ (DoD).

Bei Blei-Akkus liegt die Entladetiefe bei gerade einmal 50 %, Du kannst de facto also nur die Hälfte der Nennkapazität nutzen. Lithium-Ionen-Akkus haben dagegen einen beeindruckenden Entladungsgrad von bis zu 90 %. Das heißt, die Speicherkapazität kann dauerhaft fast vollständig genutzt werden, ohne dass der Akku schaden nimmt. Mehr zu Kapazität und Leistung erfährst Du im nächsten Kapitel.

Lithium-Ionen-Akkus überzeugen außerdem durch einen besonders hohen Wirkungsgrad. Wie bei Deiner PV-Anlage kommt es beim Stromspeicher zu gewissen Verlusten, die etwa durch die Umwandlung des Stroms im Wechselrichter entstehen. Lithiumbasierte Speicher haben einen Wirkungsgrad von bis zu 98 % und liegen damit deutlich über dem von Blei-Akkus (ca. 70 – 80 %).

Schließlich ist die Lebensdauer des Speichers ein weiteres wichtiges Kriterium beim Kauf. Akkus altern sowohl durch die Benutzung, als auch unabhängig davon aufgrund der enthaltenen chemischen Stoffe. Die von der Nutzung unabhängige Lebensdauer eines Akkus wird kalendarische Lebensdauer genannt.

Lithium-Ionen-Akkus, die nicht genutzt werden, altern nur sehr langsam und haben damit eine hohe kalendarische Lebensdauer. Aus dem Grund ist die Degradierung durch die Nutzung der entscheidende Faktor dafür, wie lang Du Deinen Akku tatsächlich nutzen kannst. Die Lebensdauer eines Lithium-Ionen-Akkus wird deshalb typischerweise in Zyklen angegeben. Ein Zyklus entspricht einer vollständige Ladung und Entladung des Akkus.

Die Lebensdauer von Lithium-Ionen-Akkus ist mit 5.000 – 10.000 Zyklen häufig mehr als doppelt so hoch wie die von Blei-Speichern. Manche Lithium-Ionen-Akkus könnten damit 20 Jahre lang gute Dienste leisten. Weil die Technologie aber noch recht jung ist, fehlen hier Erfahrungswerte.

Lithium-Ionen-Batterien werden übrigens in vielen weiteren Bereichen genutzt und unter anderem auch in Elektroautos eingesetzt. Im Kommen sind daher Lösungen, bei denen der Akku des eigenen E-Autos als Stromspeicher benutzt wird („bidirektionales Laden“). Bis dieser Ansatz massentauglich ist, dürfte jedoch noch einige Zeit vergehen.

Um das Maximum aus Deiner Solaranlage rauszuholen, sollte Dein Stromspeicher richtig dimensioniert sein. Das heißt, dass sowohl die Kapazität, als auch die Lade- und Entladeleistung auf Deinen Verbrauch und die Leistung Deiner PV-Anlage abgestimmt sein sollten.

• Die Kapazität eines Speichers in Kilowattstunden (kWh) besagt, wie viel Energie dieser insgesamt speichern kann.
  • Die Nennkapazität gibt die gesamte Kapazität des Speichers an.
  • Die tatsächlich nutzbare Kapazität ist meist niedriger und kann über die vom Hersteller angegebene Entladetiefe ermittelt werden.

• Die Leistung eines Speichers wird in Kilowatt (kW) angegeben.
  • Die Ladeleistung gibt an, wie schnell die Batterie aufgeladen werden kann.
  • Die Entladeleistung gibt an, wie viel Kilowatt an gespeichertem Strom Du zur selben Zeit nutzen kannst.

• Die Leistung einer Photovoltaikanlage in Kilowatt Peak (kW_p) gibt an, wie viel Energie diese auf einmal bereitstellen kann.
  • Diese sogenannte Nennleistung wird genutzt, um die Leistung verschiedener Anlagen vergleichen zu können. Die Einheit Kilowatt Peak ist ein Vielfaches der Einheit Watt Peak (W_p), welche die Hersteller von Solarpanelen zur Bezifferung der Modulleistung nutzen. Die Peak-Leistung steht für die maximal erreichbare Leistung unter standardisierten Testbedingungen.
  • Die tatsächlich erreichte Leistung ist in der Regel geringer.

Sind die Mitglieder Deines Haushalts tagsüber meist außer Haus, kannst Du Dir folgende Faustregel zur Ermittlung der passenden Speicherkapazität merken:

Eine andere Faustregel für die Kapazität stellt auf die Leistung Deiner PV-Anlage ab, die in der Regel ebenfalls auf Basis Deines Stromverbrauchs festgelegt wird:

Diese zweite Faustregel eignet sich laut Solar-Experte und Professor Volker Quaschning besonders gut dazu, hohe Autarkiegrade zu erreichen. Je nach gewünschtem Autarkiegrad kann man leicht variieren. Grundsätzlich sollte sich die Speicherkapazität jedoch im Rahmen von 0,9 bis 1,6 kWh pro Kilowatt Peak PV-Leistung bewegen.

Typisch für Einfamilienhäuser sind Kapazitäten zwischen 5 und 15 kWh.

Neben der Kapazität sind Lade- und Entladeleistung wichtige Kennzahlen eines Batteriespeichers. Die Leistung wird in Kilowatt (kW) angegeben und bestimmt, wie schnell der Speicher sich auflädt beziehungsweise wie schnell Du Geräte mit der gespeicherten Energie laden kannst.

Eine hohe Entladeleistung ist zum Beispiel wichtig, wenn Du große Verbraucher wie etwa ein E-Auto mit dem Speicherstrom versorgen willst. Die Speicherleistung korreliert in der Regel mit der Kapazität des Akkus; kleinere Batterien weisen normalerweise eine geringere Leistung auf.

Als Faustregel kannst Du Dir merken: Eine Leistung im passendem Verhältnis zur Kapazität – also 1:1 – ist marktüblich, zum Beispiel 5 kWh Kapazität bei 5 kW Leistung. Ist die Leistung im Verhältnis höher, ist das ein Bonus; ist sie relativ gesehen niedriger, kann das nachteilig sein.

All diese Informationen erleichtern es Dir, eine erste Einschätzung bezüglich der benötigten Speichergröße vorzunehmen. Dennoch empfehlen wir Dir eine Beratung durch unsere Expert*innen, denn die richtige Dimensionierung des Speichers ist entscheidend für die Effizienz und Wirtschaftlichkeit Deiner Photovoltaikanlage.

Bei EIGENSONNE kommt von der Beratung über die Planung Deiner PV-Anlage mit Speicher bis hin zur Installation und Inbetriebnahme alles aus einer Hand.

Im Innern eines Lithium-Ionen-Akkus befinden sich wie bei allen Batterien zwei Elektroden: Eine Kathode, die Elektronen abgibt, und eine Anode, die Elektronen aufnimmt. Sie bestehen aus Materialien mit hoher elektrischer Leitfähigkeit, sogenannten Leitern. Bei der Anode sind dies oft Graphit oder verwandte Kohlenstoffe, in welche Lithium-Ionen eingelagert sind. Die Kathode besteht meist aus Lithiumverbindungen mit Kobalt, Nickel, Mangan und/oder Eisen.

Beide Elektroden sind von einem Elektrolyten, einer leitenden Flüssigkeit, umgeben. Diese besteht häufig aus Lithiumsalzen, gelöst in wasserfreien Lösungsmitteln. Der Elektrolyt ist von einem Separator unterbrochen, eine Art Trennwand, welche nur Ionen passieren lässt. Diese beugt Kurzschlüssen vor.

Schließt Du nun den Stromspeicher an Deine Photovoltaikanlage an, um den Ladevorgang zu starten, wandern die Elektronen über einen äußeren Stromkreis von der Kathode zu Anode. Es entsteht also ein Überschuss von negativ geladenen Elektronen an der Anode.

Dadurch lösen sich positiv geladene Lithium-Ionen aus der Kathode und wandern ebenfalls zur Anode. Anders als bei den Elektronen passiert dies im Innern des Elektrolyts, durch den Separator hindurch. Dort angekommen, verbinden sich die Ionen mit dem Graphit. Es entsteht eine „Potenzialdifferenz“ zwischen den beiden Elektroden, denn auf der einen Seite gibt es nun viel mehr positive Ionen als auf der anderen: Die Batterie ist geladen.

Beim Entladen läuft der Prozess umgekehrt ab: Die Lithium-Ionen lösen sich aus dem Graphitgitter und wandern aufgrund der Potentialdifferenz zurück zur Kathode. Dadurch fließen auch die Elektronen im äußeren Stromkreis wieder zurück zur Kathode. Diesen Stromfluss kannst Du nutzen, um Deine Geräte zu betreiben.

Solarpanele erzeugen stets Gleichstrom und in dieser Form wird der Strom auch gespeichert. Zu Hause aus der Steckdose kommt allerdings ausschließlich Wechselstrom. Das bedeutet: Irgendwo auf dem Weg von Deiner Solaranlage über den Speicher bis hin zur Steckdose muss der Strom umgewandelt werden. Zuständig dafür sind Wechselrichter. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, Wechselrichter, PV-Anlage und Batteriespeicher zu verbinden:

Die Anschaffungskosten für Heimspeicher – wie auch die von Solarpanelen – sind in der Vergangenheit deutlich gesunken. Aufgrund der aktuell hohen Nachfrage und Lieferengpässen bei einigen Rohstoffen und Bestandteilen ist der Preisverfall allerdings vorerst zu einem Ende gekommen. Mittel- und langfristig werden die Preise aber weiter sinken. Nicht zuletzt, weil sich derzeit weltweit viele neue Produktionsstätten für Lithium-Ionen-Batterien in Planung und Bau befinden.

Wir bei EIGENSONNE arbeiten aufgrund des Preis-Leistungs-Verhältnisses und der hervorragenden Qualität vorzugsweise mit Herstellern wie BYD, dessen Speicher bei Produkttests wie jenem der HTW Berlin regelmäßig zu den Gewinnern gehören.

Um die Erzeugung erneuerbarer Energien auch für Privatpersonen attraktiver zu machen, gibt es seit geraumer Zeit staatliche Förderungen für entsprechende Investitionen. Für Batteriespeicher sind insbesondere Kredite von der Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) sowie landesspezifische Förderprogramme relevant.

• KfW-Förderung: Die KfW fördert mit dem Kredit „Erneuerbare Energien – Standard (270)“ neben Photovoltaikanlagen auch Batteriespeicher. Diesen Kredit gibt es ab 2,08 % effektivem Jahreszins. Bei einer Mindestlaufzeit von  zwei Jahren werden hiermit bis zu 100 % der Investitionskosten gedeckt.
• Länderspezifische Förderung: Die Förderdatenbank des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz gibt einen guten Überblick, welche regionalen Zuschüsse es für Speichertechnologien gibt. Dort kannst Du nach dem Stichwort „Stromspeicher“ suchen und anschließend nach Deinem Bundesland filtern. Am besten wählst Du dafür unter „Förderberechtigte“ direkt die Option „Privatperson“.

Die Förderprogramme werden laufend an aktuelle Gegebenheiten angepasst, also lohnt es sich, sich regelmäßig über eventuelle Neuerungen zu informieren. So sind derzeit einige Programme aufgrund der Pandemiesituation sowie der hohen Nachfrage pausiert. Generell ist es wichtig, die Förderung rechtzeitig vor der Bestellung des Batteriespeichers zu beantragen.

Die Installation Deines Stromspeichers übernimmt am besten der Solarteur Deines Vertrauens. Weil Batteriespeicher temperaturempfindlich sind, empfiehlt sich als Standort ein Raum, in dem dauerhaft relativ konstante und gemäßigte Temperaturen herrschen. Akzeptabel sind 5 bis 30 Grad Celsius, ideal ist allerdings eine Temperaturspanne von 15 – 25 Grad. Häufig sind Keller oder Hauswirtschaftsraum dafür die beste Wahl.

Je nach dem gewählten Speichersystem wird der Photovoltaikspeicher dann entweder mit dem Wechselrichter der PV-Anlage verknüpft (DC-Speicher) oder mithilfe eines separaten Wechselrichters direkt an das Hausnetz angeschlossen (AC-Speicher). Dafür braucht es normalerweise nur drei Kabel:

1. Durch das erste Kabel, die sogenannte Messschleife, erfährt das Speichersystem, wie viel Strom gerade erzeugt wird. Auf dieser Basis entscheidet es, ob der Akku aufgeladen oder stattdessen lieber Verbraucher mit dem zusätzlichen Strom versorgt werden sollten.
2. Das zweite Kabel verbindet den Zweirichtungszähler mit dem Speichersystem.
3. Das dritte Kabel leitet den Strom vom Speicher ins Haus.

Ist Dein Lithium-Batteriespeicher erst einmal installiert, kannst Du Dich zurücklehnen: Die Geräte haben kaum Wartungsbedarf und arbeiten vollautomatisch. Das integrierte Batteriemanagementsystem schützt Deinen Akku unter anderem vor Überladung sowie zu starker Entladung; zudem überwacht es die Temperatur. Routinemäßig solltest Du Dein Speichersystem alle drei bis fünf Jahre überprüfen lassen.

Irgendwann ist es soweit und das Lebensende Deines Stromspeichers ist erreicht. Die gesetzlichen Regelungen machen es Dir leicht: Laut Batteriegesetz sind die Hersteller dazu verpflichtet, Batteriespeicher kostenfrei zurückzunehmen und diese zu recyceln. Du zahlst dafür also nichts.

Das Recycling von Lithium-Ionen-Akkus ist nicht nur aus Gründen der Nachhaltigkeit wichtig. Auch, um angesichts hoher Nachfrage und kritischer Verfügbarkeit seltener Erden Rohstoffengpässen vorzubeugen, ist eine Wiederverwertung der Batterien essentiell. Das Batterie-Recycling ist damit auch Voraussetzung für eine erfolgreiche Energie- und Verkehrswende.

Viele Forschungsinstitute arbeiten derzeit daran, die Recyclingverfahren für Batterien zu optimieren. Das Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI hat kürzlich in eine Studie untersucht, welche Chancen das Recycling von Lithium-Ionen-Akkus für die europäische Wirtschaft bietet.

Wenn Du mehr von Deinem eigenen Solarstrom selbst verbrauchen und einen Beitrag zur Energiewende leisten möchtest, ist ein Photovoltaikspeicher definitiv das Richtige für Dich: Du schützt das öffentliche Stromnetz vor Überlastung, sparst Stromkosten und wirst noch unabhängiger von fossilen Rohstoffen und Energieversorgern.