Batteriespeicher für Photovoltaikanlagen: Nutzen, Funktion und Unterschiede

17.04.2024

Photovoltaikanlagen produzieren schwankende Mengen an elektrischer Energie. Der Ertrag variiert je nach Wetterlage, Tages- und Jahreszeit. Damit du auch in sonnenfreien Zeiten auf Solarstrom aus deiner PV-Anlage zurückgreifen kannst, lohnt sich die Anschaffung eines Batteriespeichers. Wir erklären dir die Vorteile und Grundfunktionen.

Ein Bild von einem modernen Haus mit Batteriespeicher und PV-Anlage

Ein Batteriespeicher lädt sich mit elektrischer Energie auf, um sie bei Bedarf in das Stromnetz abzugeben. Gebräuchlich sind auch die Begriffe Strom- oder PV-Speicher. Er besteht aus einer Batterie bzw. einem Akku sowie einem Batteriemanagementsystem, welches das Laden und Entladen des Speichers regelt.

Etwa 4 Prozent aller Ein- und Zweifamilienhäuser in Deutschland wurden 2023 mit einer neuen Photovoltaikanlage ausgestattet, so die Forschungsgruppe Solarspeichersysteme von der Hochschule für Technik und Wirtschaft (HTW) Berlin in ihrer neuesten Studie. 79 Prozent davon wurden in Kombination mit einem Batteriespeicher installiert.

Vorteile eines Batteriespeichers

Die meisten Haushalte benötigen abends Strom, z. B. für die Beleuchtung, für Fernseher oder Küchengeräte. Da eine PV-Anlage bei Dunkelheit aber kaum bis gar keine Energie produziert, müsstest du Strom aus dem öffentlichen Netz zukaufen, um elektrische Geräte zu versorgen. Ein Batteriespeicher ermöglicht es dir, Solarstrom nicht nur tagsüber, sondern auch in den besonders verbrauchsintensiven Nachmittags- und Abendstunden zu nutzen. Damit erhöhst du deinen Eigenverbrauch, wirst unabhängiger von Stromanbietern und senkst deine Stromkosten.

Indem überschüssige Energie gespeichert und zu Spitzenlastzeiten abgegeben wird, trägt ein Batteriespeicher außerdem zur Stabilisierung des Stromnetzes bei. Einige Speicher sind mit einer Notstromfunktion ausgestattet. Dann wird dein Haus auch bei Stromausfällen mit gespeicherter Energie versorgt.

So funktioniert ein Batteriespeicher

Bei der Speicherung wird die aus der Sonne gewonnene elektrische Energie in chemische Energie umgewandelt. Damit ist sie „lagerfähig“. Beim Verbrauch der gespeicherten Energie geschieht dieser Umwandlungsprozess rückwärts.

Das Zentrum eines Stromspeichers ist in den meisten Fällen der aufladbare Lithium-Ionen- oder Lithium-Eisenphosphat-Akku. Dessen Speicherkapazität wird in Kilowattstunden (kWh) gemessen. Typische Größen für Heimspeichersysteme liegen zwischen 6 und 12 kWh.

Ein Akku besteht in der Regel aus mehreren Zellen. Im Inneren der Zellen befinden sich verschiedene Komponenten, die für die Energiespeicherung und -abgabe verantwortlich sind: Anode und Kathode bestehen aus entgegengesetzt geladenen, beweglichen Ionen. Ein Separator trennt die beiden Elektroden und verhindert Kurzschlüsse. Alle Komponenten sind in einem Elektrolyten eingebettet, der elektrisch leitfähig ist. Beim Aufladen fließen Elektronen von der externen Stromquelle durch den Stromkreis in die Batterie. Währenddessen nimmt die Anode Elektronen auf und gibt die Kathode Elektronen ab. Dabei wird Energie gespeichert.

Beim Entladen fließen Elektronen von der Anode zur Kathode durch einen externen Stromkreis, während positiv geladene Ionen durch den Elektrolyten wandern, um die Ladung auszugleichen. Dieser Fluss erzeugt den elektrischen Strom, der an Geräte abgegeben wird.

Batteriespeichersysteme können über Wechselstrom (AC-seitig) oder Gleichstrom (DC-seitig) an die Photovoltaikanlage und das Hausnetz angeschlossen werden. Bei einem AC-System wird der Speicher hinter den PV-Wechselrichter geschaltet, der den Gleichstrom in Wechselstrom (AC) umwandelt. Wird überschüssige elektrische Energie eingespeichert, muss dieser Wechselstrom auf dem Weg in den Speicher wieder in Gleichstrom (DC) transformiert werden. Beim Entladen kehrt sich dieser Prozess um.

Ein DC-Speicher wird hinter der Photovoltaikanlage installiert. Er arbeitet parallel zum PV-Wechselrichter. Weil der Strom nur einmal umgewandelt wird, ist diese Technik sehr effizient.

Eine Grafik, die verschiedene Funktionsarten von Batteriespeicher erläutert
Der Unterschied ist deutlich: Bei der AC-Kopplung muss elektrische Energie während des Auf- und Entladevorgangs mehrmals gewandelt werden. Dafür sind ein PV-Wechselrichter und ein Batteriewechselrichter notwendig. Im DC-gekoppelten System sorgt ein Wechselrichter für die jeweils passende Stromart.

Neben AC-Kopplung und DC-Kopplung gibt es auch hybride Systeme. Sie verbinden Stromspeicher und Wechselrichter in einem Gerät. Die meisten Stromspeicher (82 %) sind DC-gekoppelt mit Hybridwechselrichter.

Der Speicher und dein Smart Home

Einige Hersteller von Batteriespeichern bieten Apps oder Schnittstellen an, die es ermöglichen, den Speicher über das Internet zu überwachen und zu steuern. Mit diesen Apps können Benutzer den Ladestatus des Speichers überprüfen, Ladezeiten programmieren und Einstellungen anpassen.

Besonders effektiv ist ein Home Energy Management System (HEMS). Hierbei hast du alle Verbraucher und steuerungsfähigen Geräte wie Waschmaschine, Wärmepumpe und Wallbox hinterlegt. Über das System lassen sich dein Stromverbrauch überwachen, Lade- und Entladevorgänge des Speichers steuern und die Energieflüsse im Haus optimieren. Ein HEMS berücksichtigt verschiedene Faktoren wie Wettervorhersagen, Stromtarife sowie deine Lebensgewohnheiten und Vorlieben.

Wie groß muss ein Batteriespeicher sein?

Bei der Wahl des optimalen Speichers solltest du berücksichtigen, wie viel Energie er dir liefern soll. Ein Speicher mit einer Kapazität von 5 bis 10 kWh eignet sich für einen vierköpfigen Haushalt, der etwa 4000 kWh Strom im Jahr verbraucht. Um mehr Speicherkapazität nutzen zu können, muss deine Photovoltaikanlage allerdings ebenfalls sehr leistungsfähig sein. Ein größeres Gerät ist gleichzeitig auch mit höheren Anschaffungs- und Betriebskosten verbunden. Es ist daher empfehlenswert, sich zu überlegen, welche Speichergröße für den eigenen Anwendungsfall im Zusammenspiel mit der PV-Anlage ökonomisch sinnvoll ist.

Wie komplex der Zusammenhang ist, verdeutlicht dir der Unabhängigkeitsrechner der HTW Berlin. Gibst du hier deinen jährlichen Stromverbrauch, z. B. 4900 kWh, ein und nennst die Nutzleistung deiner Photovoltaikanlage, kannst du nachvollziehen, wie sich abhängig von der Kapazität des Batteriespeichers dein Autarkiegrad und Eigenverbrauchs­anteil verändern. Beträgt die Nutzleistung deiner PV-Anlage beispielsweise 4 kW, erreichst du mit einer nutzbaren Speicherkapazität von 5 kWh einen Autarkiegrad von 53 %. Dein Eigenverbrauchsanteil liegt bei 69 %. Etwas mehr als 34,3 % des Solarstroms verwenden deine Geräte, etwa genauso viel speichert dein Batteriespeicher. 31,3 % werden in das öffentliche Netz eingespeist.

Eine Grafik, die den Autarkiegrad eines Hauses mit Hilfe eines Batteriespeichers erläutert
Beträgt die Nutzleistung deiner PV-Anlage 4 kW, erreichst du mit einer nutzbaren Speicherkapazität von 5 kWh einen Autarkiegrad von 53 %. Er ergibt sich aus 24,2 % Batterieentladung, 28,6 % Direktverbrauch und 47,2 % Strom aus dem Netz. Dies bezieht sich auf einen Jahresverbrauch von 4900 kWh. Quelle: HTW Berlin.

Entscheidest du dich bei deinem Batteriespeicher für eine doppelt so hohe Nutzleistung, also 10 kWh, bist du zu etwa 62 % unabhängig von externen Stromanbietern.

Eine Grafik, die einen hohen Autarkiegrad mit Hilfe eines Batteriespeichers erläutert
Beträgt die Nutzleistung deiner PV-Anlage 4 kW, erreichst du mit einer nutzbaren Speicherkapazität von 10 kWh einen Autarkiegrad von 62 %. Dein Eigenverbrauchsanteil erreicht 81 %. Weil die Batterieladung bei 47 % liegt, beträgt der Anteil Solarstrom, den du ins Netz einspeist, 18,8 %. Liegt der Jahresverbrauch an Strom bei 4000 kWh, erhöht sich dein Autarkiegrad bei einem geringeren Eigenverbrauchsanteil. Quelle: HTW Berlin

Die Angaben aus dem Unabhängigkeitsrechner geben dir erste Anhaltspunkte für die Auswahl deines Batteriespeichers. Spezifische Aussagen können allerdings nur Fachleute treffen. Unsere Elektro-Profis erreichst du unter +49 (0) 451 989 03-0 sowie info(at)voltus.de. Sie können dir anhand der Nutzleistung deiner PV-Anlage – die u. a. von Sonneneinstrahlung, dem Neigungswinkel sowie Zustand der Module, dem Einfluss von Verschattung, dem Wirkungsgrad des Wechselrichters und anderen Umgebungsbedingungen abhängt – den Batteriespeicher empfehlen, der deinen persönlichen Strombedarf abdeckt.

In unserem Shop findest du Batteriespeicher und Speichersysteme.