Lohnt sich eine Photovoltaikanlage mit Speicher?

In diesem Artikel erklären wir Ihnen, welche Photovoltaikanlage prinzipiell ohne Speicher auskommt und welche nicht. Sie erfahren dabei Grundlagen zu Photovoltaikspeichern ebenso wie die Vor- und Nachteile sowie Unterschiede zwischen den beiden Betriebsarten von Photovoltaikanlagen: rein netzgekoppelte PV-Anlagen mit und ohne PV-Speicher sowie Inselanlagen. Abschließend kalkulieren wir die Preise und Kosten von Speichern für Photovoltaikanlagen.

Für ältere Anlagen lohnt sich das Einspeisen, da die Stromnetzbetreiber sich jahrelang vertraglich verpflichteten, Strom aus PV-Anlagen vordringlich und zu über 20 Jahre garantierten Preisen aufzunehmen. Wer mit Vergütungen von 30 Cent und mehr pro Kilowattstunde (kWh) startete, macht auch heute noch einen guten Schnitt – trotz stetig steigender Preise für Haushaltsstrom.

Wer jedoch seit April 2012 eine PV-Anlage in Betrieb nahm, bekam und bekommt es mit der sogenannten Degression der Vergütungssätze zu tun: Der für die Einspeisung garantierte Preis für Neuanlagen sinkt damit pro Jahr um etwa fünf Prozent. Da wird das Einspeisen schnell zum Minusgeschäft. Und bietet Grund, aus der bislang rein als netzgekoppelte PV-Anlage betriebenen eine netzgekoppelte Photovoltaikanlage mit Speicher zu machen.

Denn bei der niedrigen Einspeisevergütung lohnt es sich, eine Photovoltaikanlage mit Speicher zu nutzen. Denn der PV-Speicher kann Solarstrom, der mit der Anlage auf dem Dach eigens produziert wurde und nicht direkt vom Haushalt verbraucht wird, zwischenspeichern und zu einem späteren Zeitpunkt zur Verfügung stellen. Ausgehend von der Ertragskurve einer Solarstromanlage, die am meisten Ertrag liefert, wenn die Sonne mittags hoch am Himmel steht, kommt man mitunter nämlich zu dem Schluss, dass die Höchstertragszeit nicht immer mit dem höchsten Verbrauch im Haushalt übereinstimmen muss.

Wer tagsüber zum Beispiel außer Haus ist, schaltet große Stromabnehmer wie Waschmaschine & Co. schließlich meist erst ein, wenn er abends wieder zu Hause ist. Insofern hilft die Photovoltaikanlage mit Speicher nicht nur, den Eigenverbrauch zu realisieren, sondern sogar zu maximieren. Und die Anlage mit Speicher hilft auch dabei, den eigenen Spitzenverbrauch (Spitzenlast), selbst dann, wenn er wie beschrieben nicht parallel mit der Leistungskurve der Solarstromanlage verläuft, abzusichern. Der PV-Speicher trägt somit zur Versorgungssicherheit aus eigens produziertem Strom bei.

Davon hat sogar der Netzbetreiber was: Denn wenn der Haushalt in typischen Spitzeneinspeise-Zeiten wie mittags nicht auch noch Strom ins öffentliche Netz einspeist, sondern seinen eigens erzeugten Strom in den Speicher lagert, belastet er nicht auch noch das Stromnetz . Das wird so vor Überlastunggeschützt – und es gibt auch weniger Grund, neue Stromtrassen zu verlegen. Das Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme ISE ist der Meinung, dass sich mit der optimalen Kombination von Photovoltaikanlage und Speicher bis zu 60 Prozent der Strommenge einsparen ließe, die man extern bezieht – und die man mit einem stetig steigenden Strompreis bezahlt.

Sogenannte Inselanlagensind Photovoltaik-Anlagen, die netzunabhängig, sprich: autark, betrieben werden. Man nennt solche PV-Systeme auch Inselsysteme oder Off-grid-Systeme. Die Insel-PV-Anlagen haben demnach keinen Anschluss an das öffentliche Stromnetz. Sie kommen dort zum Einsatz, wo der Anschluss unmöglich oder unwirtschaftlich ist.

Damit eine solche Insel-PV-Anlage optimal betrieben werden kann, kann der mit ihr erzeugte Strom in einem geeigneten Speicher zwischengelagert werden. Denn in der Natur der Solarstromanlage liegt es, dass sie nur dann Strom erzeugt, wenn die Sonne am Himmel steht – also tagsüber. Strom, der nachts gebraucht wird, kann deshalb nur aus dem Zwischenspeicher kommen. Daraus lässt sich schnell schließen, wie wichtig es bei der Dimensionierung einer Inselanlage ist, nicht nur das lokale Energieangebot (Sonneneinstrahlung) sondern auch den voraussichtlichen täglichen Energieverbrauch zu kennen. Auf beide Kennwerte muss die Kapazität des Solarspeichers abgestimmt werden.

Eine Besonderheit stellen sogenannte Hybrid-Systeme dar: Sie haben neben der Photovoltaik-Anlage einen zweiten Stromerzeuger als Systemkomponente, zum Beispiel ein Windrad oder einen Diesel-Generator, der mit Biodieselkraftstoff oder Biogas betrieben wird. Dank des zweiten Stromerzeugers ist die Hybrid-Anlage in der Lage, den Stromverbraucher übers ganze Jahr hinweg mit Strom zu versorgen. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von einer ganzjährigen Vollversorgung dank Hybrid. Von Vorteil beim Betrieb von Hybrid-Systemen mit Photovoltaikanlage sind Speicher insofern, als dass auch diese Systeme von der Pufferung des Stroms profitieren.

Beispiele für solche Insel-PV-Anlagen mit Speicher sind im gut versorgten Mitteleuropa technische Geräte wie Ampeln, Parkscheinautomaten, Notrufsäulen & Co., die nur einen geringen Stromverbrauch haben und bei denen es viel aufwändiger wäre, sie mit Kabeln ans öffentliche Netz anzubinden, als sie mit ein paar Solarmodulen auszurüsten. Aber auch Wochenend- und Ferienhäuser, Berghütten oder andere Infrastrukturen wie Pumpanlagen für die Trinkwasserversorgung oder Bewässerungsanlagen, die abseits vom Versorgungsnetz liegen, sind mit einer Photovoltaik-Anlage mit Speicher bestens bedient. Und auch mobile Stromverbraucher wie Wohnwagen oder Boote können von der Technologie profitieren.

Bei der Einbindung eines Speichers in eine Photovoltaikanlage wird grundsätzlich danach unterschieden, ob der Speicher auf der Wechselstromseite (AC-System) oder auf der Gleichstromseite des Wechselrichters (DC-System) installiert wird. Beide Anschlussmöglichkeiten bergen sowohl Vor- als auch Nachteile. Die Entscheidung, wie diesbezüglich der Speicher in die Photovoltaikanlage eingebunden wird, muss letztlich entsprechend der gegebenen Ausgangssituation beurteilt werden.

Eine AC-Kopplung des Speichers bietet sich insbesondere bei der Nachrüstung einer Photovoltaikanlage mit einem Speicher an. Der Speicher wird dann mit einem Wechselrichter an das Wechselstromnetz des Hauses angeschlossen. Die Photovoltaikanlage mit Gleichstromwandler und Wechselrichter bleibt bei dieser Einbindungsart unverändert. Der Wechselrichter ist elektrotechnisch notwendig, da ein Photovoltaik-Speicher grundsätzlich mit Gleichstrom be- und entladen wird, führt jedoch zu tendenziell höheren Umwandlungsverlusten.

Die DC-Kopplung einer Photovoltaikanlage mit einem Speicher wird in der Regel bei der Neuinstallation von Anlage und Speicher vorgenommen. Dabei wird der Speicher vor dem PV-Wechselrichter im Gleichstromkreis angeschlossen. Der Speicher wird dabei direkt mit dem erzeugten Gleichstrom der Photovoltaikanlage aufgeladen. Eine weitere Transformation als auch ein separater Batteriewechselrichter sind damit nicht nötig. Aus dieser Einbindungsvariante resultiert eine etwas höhere Effizienz des Anlagensystems gegenüber einer AC-Schaltung. Die Nachrüstung eines Speichers im Gleichstromkreis kann jedoch wiederum den Austausch des Anlagen-Wechselrichters notwendig machen.

Die Anschaffungskosten einer Solaranlage mit Speicher setzen sich aus den Kosten der Einzelkomponenten wie den Solarmodulen, der Unterkonstruktion, dem Wechselrichter und den Montagekosten sowie Verbrauchsmaterialien wie Kabelleitungen zusammen.

Insgesamt liegen die Kosten für die Anschaffung einer Photovoltaikanlage für ein typisches Einfamilienhaus derzeit bei rund 8.500 Euro für eine durchschnittliche 5 kW_p Anlage. Für einen Speicher muss mit etwa 1.000 bis 1.500 Euro pro kW-Speicherleistung gerechnet werden, je nachdem, welcher Speichertyp gewählt wird und welche Zusatzfunktionen dieser bietet. Für eine 5 kW_p Anlage mit einem 5 kWh Speicher kann man daher mit rund 14.000 bis 16.000 Euro rechnen.

Wer seinen Solarstrom ins Stromnetz einspeist, der erhält (bei Neuinstallation einer Anlage unter 10 kWp) aktuell 12,31Cents pro Kilowattstunde. Im Gegenzug müssen Photovoltaikanlagen-Besitzer jedoch Haushaltsstrom aus dem Netz zu rund 26 Cents pro Kilowattstunde beziehen. Durch einen Eigenverbrauch des Solarstroms lassen sich also rund 14 Cents pro Kilowattstunde mehr sparen. Daher ist ein höherer Eigenverbrauch grundsätzlich wirtschaftlicher als eine Einspeisung ins Stromnetz.

Eine Wirtschaftlichkeit einer Photovoltaikanlage mit Speicher ergibt sich folglich dann, wenn die Gesamtgestehungkosten einer kWh Photovoltaikstrom geringer sind als die Kosten pro kWh Haushaltsstrom. Folgende Formel gibt diesen Zusammenhang wieder:

PV-Gestehungskosten + Stromspeicherkosten ≤ Haushaltsstrompreis

Will nun eine durchschnittliche Familie ihren Strombedarf zu einem Großteil mit selbst produziertem Solarstrom decken und hat eine Stromverbrauch von 10 kWh pro Tag, so benötigt man in etwa eine 5 kWp Photovoltaikanlage mit 7,5 kWh Stromspeicher. Ein Lithium-Ionen-Akku mit dieser Kapazität ist mit Kosten von etwa 8.000 Euro.

Von diesen Kosten ist der Tilgungszuschuss der KfW-Speicherförderung abzuziehen, der sich grundsätzlich nach der Größe der Photovoltaikanlage richtet. Zur Berechnung des Zuschusses wird der Quotient aus den Kosten des Speichersystems und der Nennleistung der PV-Anlage mit 0,3 multipliziert. Das Ergebnis ist dann der Zuschuss pro KW peak, der bei Neuinstallation eines Gesamtsystems 600 Euro, bei einer Nachrüstung eines Speichers 660 Euro und insgesamt nicht 25% der Stromspeicherkosten überschreiten darf. Bei einer Neuinstallation einer 5 kWp Photovoltaikanlage mit Speicher mit 7,5 kWh Speicherkapazität ergibt sich so ein Zuschuss von 2.000€. Die Speicherkosten betragen somit nur noch 6.000€.

Um nun die Kosten der gespeicherten kWh präzise bestimmen zu können, benötigt man neben den Netto-Investitionskosten noch die „praktisch speicherbare Strommenge“:

Praktisch speicherbare Strommenge = Nennkapazität x Anzahl Vollzyklen

Dabei muss beachtet werden, dass sowohl die Entladetiefe, wie auch der Wirkungsgrad die vom Speicherhersteller angegebene Nennkapazität beeinflussen, wie folgendes Beispiel verdeutlicht: 

• Nennkapazität: 7,5 kWh
• Entladetiefe: 90% • Vollzyklen: 6.000
• Wirkungsgrad (System): 95%
• Gerätepreis: 8.000 €

Nennkapazität x Vollzyklen: 7,5 kWh x 6.000 = 45.000 kWh

Mit folgender Berechnung werden nun der Wirkungsgrad und die Entladetiefe prozentual von den 45.000 kWh speicherbare Strommenge abgezogen:

45.000 kwh x Entladetiefe x 95/100 = Praktisch speicherbare Energiemenge

45.000 kWh x 0,9 x 0,95 = 38.475 kWh

Jetzt müssen noch die Anschaffungskosten des Speichers durch die praktisch speicherbare Strommenge geteilt werden und man erhält die Kosten für eine gespeicherte Kilowattstunde.

6.000 € / 38.475 kWh = 0,1559 € pro kWh

Je nach den Gestehungskosten der selbstproduzierten kWh Solarstrom ergeben sich so in der Summe die Gesamtkosten pro kWh Strom aus einer Photovoltaikanlage mit Speicher.

Bei Photovoltaikanlagen über 10 kWp müssen bei dieser Berechnung noch eine Eigenverbrauchsabgabe (Sonnensteuer) mit eingerechnet werden.