Finden Sie jetzt Ihren Energie-Experten! 2714 registrierte Profis direkt erreichen und kostenlos vergleichen!
Jetzt lesen: So funktioniert energie-experten.org

Experten-Ratgeber: Technik und Kosten von Solarbatterien

Was ist eine Solarbatterie? Welche Batterie-Typen gibt es? Wieviel kosten Batteriespeicher für Solaranlagen?

Mit Hilfe von Solarbatterien wird der Überschuss an Solarstrom, der nicht ins öffentliche Netz eingespeist wird, für einen zeitversetzten Verbrauch zwischengespeichert. Bei kleineren Solaranlagen kommen i.d.R. Blei-Säure- und Lithium-Ionen-Batterien mit häufig 5 bis zu 10 kWh Speicherkapazität zum Einsatz.

Finden Sie Ihren Solarenergie-Experten!

Finden Sie jetzt Energie-Experten in Ihrer Nähe:
 

Solarstrom mit Batterien zwischenspeichern

Eine Solarstromanlage liefert dann höchste Erträge an Solarstrom, wenn die Sonneneinstrahlung am stärksten ist. Wer den naturgemäß tagsüber erzeugten Sonnenstrom parallel verbraucht, deckt damit bestenfalls Teile - häufig rund 30% - des Strombedarf seines Haushalts. Der Solarstrom-Überschuss wird dann ins Netz eingespeist (Einspeisung).

Doch nachts, wenn die Sonne nicht scheint und demnach kein Solarstrom mit der Photovoltaik-Anlage erzeugt wird, muss Strom aus dem Netz gekauft werden, um die Stromversorgung von durchlaufenden Elektro-Geräten wie Kühlschrank & Co. zu gewährleisten. Um den tagsüber produzierten Solarstrom auch in den Abendstunden und nachts zu eigenen Zwecken nutzen zu können, setzt man sogenannte Solarbatterien ein.

Mit Hilfe dieser Batterien bzw. Akkumulatoren ("Akkus") wird ein Teil des am Tage erzeugten Solarstroms "gepuffert", so dass er nachts verbraucht werden kann. Eine Solarbatterie speichert den Solarstrom also, um ihn zeitversetzt zu nutzen. Sie macht den Verbrauch von Solarstrom damit flexibler und effizienter.

Solarstrom sollte erst dann in der Solarbatterie gespeichert werden, wenn viel Strom produziert wird. Wird früher geladen, so kann weniger Strom direkt selbst verbraucht werden. (Grafik: energie-experten.org)
Solarstrom sollte erst dann in der Solarbatterie gespeichert werden, wenn viel Strom produziert wird. Wird früher geladen, so kann weniger Strom direkt selbst verbraucht werden. (Grafik: energie-experten.org)

Die wichtigsten Solarbatterien im Überblick

Solarbatterien gibt es in unterschiedlicher Ausführung je nach eingesetzten Elektrolyten und Kombinationen der Elektrodenmaterialen. Im Folgenden stellen wir die gängigsten Batterie-Typen für Solarstromanlagen vor:

Blei-Akkumulator und Blei-Gel-Akkumulator

Der Blei-Säure-Akkumulator ist die bis vor wenigen Jahren weltweit am meisten eingesetzt Batterie-Technik in Bezug auf die weltweit installierte Batteriekapazität.

Die vorwiegende Nutzung dieses Solarbatterietyps hat mehrere Gründe, darunter:

  • der geringe Speicher-Preis pro kWh,
  • die relativ hohe Wartungsfreiheit,
  • die geringe Selbstentladung und
  • der hohe Wirkungsgrad.
Tabelle 1: Technische Kennzahlen einer Blei-Säure-Solarbatterie (Quelle: www.speichermonitoring.de)
Kennzahl Batteriewert
Wirkungsgrad beim Be- und Entladen inkl. Batterieumrichter mit 95% Wirkunsgrad 70% bis 75%
Energiedichte 50 Wh/l bis 75 Wh/l
Zyklenlebensdauer 500 bis 2000
Kalendarische Lebensdauer 5 bis 15 Jahre (abhängig von Temperatur und Ladezustand)
Entladetiefe 70%
Selbstentladung 3 bis 5% pro Monat

Der mechanische Aufbau einer Blei-Solarbatterie unterscheidet sich insofern zum Aufbau von anderen Bleiakkumulatoren, als dass er auf eine besonders hohe Lebensdauer, Zyklenfestigkeit sowie vorteilhaftes Verhalten bei tiefer Entladung ausgelegt ist. Typisch für solche Blei-Solarbatterien sind Zyklenzahlen von 1.200 (mit einer Entladetiefe von etwa 80 Prozent) bis zu einer Restkapazität von etwa 80 Prozent.

Mögliche Energieverluste ergeben sich bei Blei-Säure-Solarbatterien zum Teil infolge des Ausgasens von Knallgas beim Laden. Daher sollte auch der Aufstellraum belüftet sein, um Ausgasungen abzuleiten.

Eine Blei-Gel-Solarbatterie ist eine spezielle Bauform der klassischen Blei-Solarbatterie, bei der der Elektrolyt (flüssige Schwefelsäure) unter dem Zusatz von Kieselsäure gebunden wird. Deshalb nennt man Blei-Gel-Solarbatterien auch Silicium-Gel-Solarbatterien.

Charakteristisch für diesen Solarbatterie-Typ ist, dass er mit einem Mantel komplett verschlossen ist, so dass keine Flüssigkeit nachgefüllt werden kann. Die Blei-Gel-Solarbatterie ist somit flexibel aufstell- und montierbar (liegend, stehend, auf der Seite usw.). Nach der englischen Bezeichnung „Sealed lead Acid“ heißt diese Bauart auch SLA-Solarbatterie.

Der wesentliche Vorteil der vergleichsweise wartungsfreien Blei-Gel-Solarbatterien ist der: Sie bilden keine oder nur eine geringe Säureschichtung aus, die typischerweise einen spürbaren Kapazitätsverlust infolge der Entmischung mit sich bringt, weil sich dichtere Säure unten und dünnere oben schichtet. Allerdings kommen Blei-Gel-Solarbatterien mit kleineren Zyklenzahlen von 400 bis 600 daher.

Teilweise kommen auch sogenannte Staplerbatterien als Solarbatterien zum Einsatz. Das sind Batterien, die eigentlich von Gabelstaplern als Traktionsbatterie, also als Antriebsbatterie, genutzt werden. Staplerbatterien sind technisch betrachtet Bleiakkumulatoren, allerdings sind sie zu 1.500 Ladezyklen fähig und haben zudem ein günstigeres Preis-Leistungs-Verhältnis.

Anbieter von Solarbatterien in Ihrer Nähe finden

Finden Sie jetzt Energie-Experten in Ihrer Nähe:
 

Lithium-Ionen-Solarbatterien

Gerade Lithium-Ionen-Akkumulatoren setzt man neuerdings vermehrt als Solarbatterie ein. Das ist möglich, weil die Preise dieses Batterietyps in den letzten Jahren stark gesunken sind.

Bei den Lithium-Solarbatterien gibt es eine große Anzahl von Elektrolyten und Kombinationen von Elektrodenmaterialen, die jeweils zu unterschiedlichen Eigenschaften, etwa bezüglich der Lebensdauer oder der Sicherheit führen. Durch die große Zahl der möglichen Materialkombinationen gibt es auch nach wie vor hohe Entwicklungspotentiale.

LiIon-Solarbatterien gibt es als Hochenergiebatterie für Entladezeiten im Bereich mehrerer Stunden (z.B. für PV-Speichersysteme) und als Hochleistungsbatterie für den Einsatz z.B. in Hybridfahrzeugen. Bei entsprechender Gestaltung dieses Solarbatteriespeichersystems ist ein sicheres Aufstellen und Betreiben z.B. in Kellerräumen von Wohnhäusern ohne weitere gebäudeseitige Maßnahmen möglich.

Tabelle 2: Technische Kennzahlen einer Lithium-Ionen-Solarbatterie (Quelle: www.speichermonitoring.de)
Kennzahl Batteriewert
Wirkungsgrad beim Be- und Entladen inkl. Batterieumrichter mit 95% Wirkunsgrad 80% bis 85%
Energiedichte 200 Wh/l bis 350 Wh/l
Zyklenlebensdauer 2000 bis 10000
Kalendarische Lebensdauer 5 bis 20 Jahre (abhängig von Temperatur und Ladezustand)
Entladetiefe bis 100%
Selbstentladung 1 bis 5% pro Monat

Im Verhältnis zu Blei- oder NiCd-Batterien weisen sie sehr hohe Energiedichten auf. Von Vorteil für den Einsatz als Solarbatterie ist zudem, dass Lithium-Ionen-Akkus zum Teil eine sehr hohe Zyklenfestigkeit von mehr als 10.000 Lade- und Entladezyklen sowie eine lange Lebensdauer von bis zu zwanzig Jahren mitbringen.

Besonders hoch ist die Zyklenfestigkeit von Lithium-Eisenphosphat-Akkus (Li-Fe-Batterien), die zudem als sehr sicher gelten. Sie sind ursprünglich als Akkus für Elektrofahrzeuge entwickelt worden und vergleichsweise günstig.

IBC SolStore 6.5 Li (Foto: IBC SOLAR)
IBC SolStore 6.5 Li (Foto: IBC SOLAR)
Lithium-ion Battery 24V 180Ah (Foto: Victron Energy B.V.)
Lithium-ion Battery 24V 180Ah (Foto: Victron Energy B.V.)
MLI Ultra (Foto: Mastervolt)
MLI Ultra (Foto: Mastervolt)
ReeVOLT-Speicher (Foto: WEMAG)
ReeVOLT-Speicher (Foto: WEMAG)
EnergieFuchs Lithiumionen-Speicher (Foto: ANTARIS SOLAR)
EnergieFuchs Lithiumionen-Speicher (Foto: ANTARIS SOLAR)
Enercube Lithium-Eisenphosphat Batterie (Foto: Phonosolar)
Enercube Lithium-Eisenphosphat Batterie (Foto: Phonosolar)
PowerRouter SunSave von Nedap (Foto: Nedap Energy Systems)
PowerRouter SunSave von Nedap (Foto: Nedap Energy Systems)
Tesla Powerwall Li-Ionen-Akku (Foto: LichtBlick)
Tesla Powerwall Li-Ionen-Akku (Foto: LichtBlick)
Lithium-Ionen-Eisenphosphat-Speicher KNUT basix (Foto: Knubix)
Lithium-Ionen-Eisenphosphat-Speicher KNUT basix (Foto: Knubix)
Mercedes-Benz Energiespeicher Home (Foto: Daimler AG)
Mercedes-Benz Energiespeicher Home (Foto: Daimler AG)
RWE HomePower Storage eco (4,5 kW) (Foto: RWE Effizienz GmbH)
RWE HomePower Storage eco (4,5 kW) (Foto: RWE Effizienz GmbH)
neoStore Lithium-Eisenphosphat-Stromspeicher (Foto: neovoltaic AG)
neoStore Lithium-Eisenphosphat-Stromspeicher (Foto: neovoltaic AG)
VARTA element Speichersystem (Foto: VARTA Storage GmbH)
VARTA element Speichersystem (Foto: VARTA Storage GmbH)
SunPac LiOn 2 kWh Speicher (Foto: SOLARWORLD)
SunPac LiOn 2 kWh Speicher (Foto: SOLARWORLD)
HYCUBE eActive Stromspeicher (Foto: HYCUBE Technologies GmbH)
HYCUBE eActive Stromspeicher (Foto: HYCUBE Technologies GmbH)
BYD MiniES von FENECON (Foto: FENECON GmbH & Co. KG)
BYD MiniES von FENECON (Foto: FENECON GmbH & Co. KG)
Panasonic Lithium-Ionen-Akku LJ-SK84B (Foto: Panasonic Eco Solutions Europe)
Panasonic Lithium-Ionen-Akku LJ-SK84B (Foto: Panasonic Eco Solutions Europe)
Tesvolt Lithium-Ionen-Speicher mit 10 kWh und 60 kWh (Foto: TESVOLT GmbH)
Tesvolt Lithium-Ionen-Speicher mit 10 kWh und 60 kWh (Foto: TESVOLT GmbH)
Li-Speichersystem MaxStorage TP-S (Foto: SolarMax-Gruppe)
Li-Speichersystem MaxStorage TP-S (Foto: SolarMax-Gruppe)
Lithium-Ionen-Hochvoltbatterie RESU von LG Chem (Foto: LG Electronics Deutschland GmbH)
Lithium-Ionen-Hochvoltbatterie RESU von LG Chem (Foto: LG Electronics Deutschland GmbH)

Elektrotechnische Einbindung von Batterien in Solaranlagen

Die Integration von Batteriespeichern in Solaranlagen kann an verschiedenen Stellen des PV-Systems erfolgen. Unterschiedliche Installationsarten haben dabei spezielle Vor- und Nachteile und können sich unter verschiedenen Ausgangsbedingungen als jeweils sinnvolle Lösung erweisen.

Am häufigsten werden Solarbatterien wechselspannungsseitig (AC-Systeme) und gleichspannungsseitig (DC-Systeme) gekoppelt. Dazu gibt es diverse Untervarianten je nach Funktionalität und Einsatzgebiet wie z. B. PV-Generatorgekoppelte Systeme. Die Art der Einbindung beeinflusst jedoch weniger, ob mit der Batterie die Maximierung des Eigenverbrauchs oder eine Lastbegrenzung bzw. Einspeisemanagement bezweckt wird. Dies wird primär über das Energiemanagement der Solaranlage geregelt.

AC-gekoppelte Batterie-Systeme

Beim AC-Systemen ist die Solarbatterie über einen DC/AC-Umrichter mit dem Stromnetz verbunden. Der Umrichter ermöglicht in der Regel die Ladung aus dem Netz wie auch die Rückspeisung in das Hausstromnetz. AC-gekoppelte Batterien können unabhängig von der Solaranlage installiert und betrieben werden, weshalb sie sich auch gut zur Nachrüstung einer Batterie in eine bestehende Solaranlage eignen.

DC-gekoppelte Batterie-Systeme

Bei DC-gekoppelten Systemen wird die Batterie aus dem DC-Zwischenkreis im Wechselrichter geladen und die PV-Anlage und der Batteriespeicher sind über denselben Wechselrichter an das Stromnetz angeschlossen. Für das Gesamtsystem werden dadurch weniger Komponenten benötigt, was häufig Kosten- und Platzvorteile bietet. Darüber hinaus durchläuft der Strom, der in der Solaranlage erzeugt wird, auf dem Weg zum Batteriespeicher insgesamt weniger Umwandlungsstufen, sodass geringere Umwandlungsverluste resultieren.

PV-Generatorgekoppelte Batterie-Systeme

Das PV-Generatorgekoppelte Batteriesystem wird über einen Batterie-Konverter zwischen dem Generator und dem Wechselrichter angebunden. Die Batterie wird dann direkt über den Konverter geladen, die Netzeinspeisung bzw. Eigenstromnutzung sowie die Batterieentladung erfolgen über einen zum Batteriesystem kompatiblen Wechselrichter. Die Effizienz hängt hauptsächlich vom verwendeten PV-Wechselrichter ab. Je nach Verschaltungskonzept kann die Solarbatterie zusätzliche Verluste erzeugen und ggf. das MPP-Tracking des verwendeten PV-Wechselrichters beeinflussen.

Solarbatterien von VARTA Storage lassen sich über das virtuelle System VARTA Connect mit Komponenten der Haus- und Energietechnik verbinden, um so den Eigenverbrauch von Solarstrom zu maximieren. (Grafik: VARTA Storage GmbH)
Solarbatterien von VARTA Storage lassen sich über das virtuelle System VARTA Connect mit Komponenten der Haus- und Energietechnik verbinden, um so den Eigenverbrauch von Solarstrom zu maximieren. (Grafik: VARTA Storage GmbH)

Berechnung der Kosten von Solarbatterien

Solarbatterien verfügen über unterschiedliche technische Kennzahlen, die für die wirtschaftliche Vergleichbarkeit von Stromspeichern wichtig sind. Die gesamten Investitionskosten oder spezifischen Investitionskosten pro kWh Speicherkapazität erlauben keine aussagekräftige Vergleichbarkeit zwischen verschiedenen Batterietypen oder -modellen. Zur besseren Vergleichbarkeit sollten die Speicherkosten pro kWh gespeicherte Energie herangezogen werden.

Tabelle 3: Vergleich der Speicherkosten von Solarbatterien
Vergleichskriterien Lithium-Batterie Blei-Batterie
Nennkapazität (kWh) 6 kWh 12 kWh
Entladetiefe (%) 95% 50%
Nutzbare Speicherkapazität (kWh) 5,7 kWh 6 kWh
Vollzyklen (Anzahl) 8000 3000
Lebensdauer in Jahren (bei 400 Vollzyklen pro Jahr) 20 Jahre 7,5 Jahre
Systemwirkungsgrad (%) 90% 85%
Betriebskosten p.a. (in % der Investitionskosten) 1% 1%
Investitionskosten (gesamt) 9000 Euro 9600 Euro
Investitionskosten (pro kWh) 1500 Euro/kWh 800 Euro/kWh
Speicherkosten (pro kWh) 0,25 Euro/kWh 0,6 Euro/kWh

Wenn man nur auf einzelne Werte achtet, wie z.B. die Investitionskosten sowie die Nennkapazität, würde man zu einem falschen Schluss kommen. Nur durch den Vergleich aller relevanten Parameter erhalt man ein akkurates Bild über die Wirtschaftlichkeit einer Solarbatterie.

Experten-Wissen: Für Einfamilienhäuser liegt die optimale Größe eines Batteriespeichersystems in Bezug auf die installierte Leistung der Solaranlage und auf den Stromverbrauch des Einfamilienhauses bei rund 2 bis 5 kWh nutzbarer Speicherkapazität. Ab etwa 8 kWh nutzbarer Speicherkapazität verringert sich der zusätzliche Gewinn pro zusätzlicher kWh.

Angebote für günstige Solarbatterien anfordern

Finden Sie jetzt Energie-Experten in Ihrer Nähe:
 

Weitere Informationen über Solarbatterien

"Technik & Kosten von Solarbatterien" wurde am 15.03.2017 das letzte Mal aktualisiert.