So berechnen Sie die optimale Photovoltaik-Speicher-Größe!

• Die optimale Größe eines PV-Speichers ist entscheidend, um den individuellen Energiebedarf mit möglichst viel eigenem Solarstrom zu decken, die Netzabhängigkeit zu reduzieren und die Wirtschaftlichkeit der PV-Anlage zu verbessern.
• Ein zu großer Speicher wird im Sommer nie vollständig ent- und im Winter nie vollständig geladen. Die Überdimensionierung von Speicher-Größen beeinträchtigt daher die Wirtschaftlichkeit, eine Unterdimensionierung schränkt das Einsparpotenzial an Stromkosten ein.
• Um eine gute Auslastung und möglichst geringe Speicherkosten zu erreichen, sollte die vorhandene Speicherkapazität mindestens 250 mal im Jahr vollständig ge- und entladen werden.
• Wie groß der Speicher sein sollte, ist vom Stromverbrauch und der Anlagengröße abhängig. Erst ab einer PV-Leistung von mindestens 0,5 kW pro 1000 kWh/a Stromverbrauch macht ein Stromspeicher Sinn.
• Faustregeln empfehlen, die nutzbare Speicherkapazität auf maximal 1,5 kWh pro 1 kW_p PV-Leistung und maximal 1,5 kWh pro 1000 kWh/a Stromverbrauch zu begrenzen.
• Neben diesen Faustformeln lässt sich die Speicher-Größe genauer über den gewünschten Autarkiegrad genauer berechnen (18 kWh x 0,6 = 11 kWh Speicherkapazität). Je höher der Autarkiegrad sein soll, desto größer muss der Speicher dimensioniert werden.
• Tag/Nacht-Verhältnis: Lesen Sie eine Woche lang Ihren Verbrauch zwischen 6 – 18 Uhr und zwischen 18 – 6 Uhr an Ihrem Stromzähler ab und berechnen Sie daraus Ihren prozentualen Nachtverbrauch. Multiplizieren Sie diesen mit dem Gesamtstromvebrauch (15 kWh x 0,3 = 4,5 kWh)
• Die optimale kW-Leistung eines Stromspeichers liegt typischerweise bei 0,3 - 0,6 kW pro kW_p PV-Leistung, sollte die Leistung der wichtigsten gleichzeitig laufenden Verbraucher abdecken und sich zugleich in einem ausgewogenen Verhältnis von etwa 0,3 - 0,7 kW je kWh Speicherkapazität bewegen.

Die Größe eines Stromspeichers wird in der Regel über seine Kapazität in Kilowattstunden (kWh) bemessen. Sie gibt an, wie viel selbst erzeugter PV-Strom gespeichert und zeitversetzt genutzt werden kann.

Ziel ist es nicht, den gesamten Jahresstrombedarf zu speichern, sondern typische Überschüsse vom Tag in die Abend- und Nachtstunden zu verschieben, um den Eigenverbrauch sinnvoll zu erhöhen.

Die richtige Wahl der Speicher-Größe ist entscheidend, um eine effiziente Nutzung der erzeugten Energie zu gewährleisten und den finanziellen Nutzen zu maximieren.

• Ein zu kleiner Speicher ist oft früh am Abend leer und bringt nur begrenzten Zusatznutzen.
• Ein zu großer Speicher wird dagegen an vielen Tagen nicht vollständig geladen, was die Wirtschaftlichkeit verschlechtert.

Entscheidend ist daher eine passende Dimensionierung, nicht die maximale Größe. Als wichtigste Orientierungsgröße gilt die Leistung der PV-Anlage. In der Praxis hat sich folgende Faustregel etabliert:

Speicherkapazität ≈ 0,8–1,2 kWh pro installiertem kW_p PV-Leistung

Damit lässt sich ein guter Kompromiss zwischen Eigenverbrauch, Wirtschaftlichkeit und Nutzungshäufigkeit des Speichers erreichen.

Bei der Wahl der Größe des Stromspeichers spielen zusätzlich weitere Faktoren wie der Stromverbrauch des Haushalts, das Lastprofil (wann wird Strom genutzt?) sowie zusätzliche Verbraucher wie Wärmepumpe oder E-Auto eine wichtige Rolle.

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Bei der Berechnung der Speicher-Größe für Stromspeicher und PV-Anlagen gibt es eine Reihe von wichtigen Faktoren, die berücksichtigt werden müssen. Diese Faktoren beeinflussen die optimale Kapazität des Speichers und gewährleisten eine effiziente Nutzung der gespeicherten Energie. Hier sind die Hauptfaktoren, die bei der Berechnung der Speicher-Größe beachtet werden sollten:

Die Leistung der Photovoltaikanlage, ausgedrückt in Kilowatt Peak (kW_p), gibt an, wie viel elektrische Energie sie pro Zeiteinheit erzeugen kann. Je höher die Leistung der PV-Anlage, desto mehr Energie wird potenziell erzeugt und in den Speicher eingespeist. Die Größe des Speichers sollte daher mit der Leistung der PV-Anlage in Einklang stehen, um die erzeugte Energie effektiv zu nutzen.

Der tägliche Stromverbrauch eines Haushalts oder Unternehmens ist ein entscheidender Faktor bei der Bestimmung der Speicher-Größe. Es ist wichtig, den durchschnittlichen täglichen Energiebedarf zu kennen, um sicherzustellen, dass der Speicher genügend Kapazität hat, um den Bedarf zu decken. Ein höherer Energiebedarf erfordert in der Regel einen größeren Speicher.

Ein zu großer Speicher wird im Sommer aber nie vollständig ent- und im Winter nie vollständig geladen. Um eine gute Auslastung und möglichst geringe Speicherkosten zu erreichen, sollte die vorhandene Speicherkapazität mindestens 250 mal im Jahr vollständig ge- und entladen werden.

Der Autarkiegrad gibt an, in welchem Maße ein Haushalt oder Unternehmen seinen eigenen Strombedarf aus eigener Erzeugung decken kann, ohne auf das öffentliche Stromnetz angewiesen zu sein. Ein höherer Autarkiegrad bedeutet, dass mehr Energie aus dem Speicher genutzt wird, anstatt sie einzuspeisen. Es ist wichtig, den gewünschten Autarkiegrad zu berücksichtigen, um die optimale Speicher-Größe zu ermitteln.

Allerdings hat ein hoher Autarkiegrad seinen Preis: frei nach dem 80-20 Prinzip kosten die letzten 20 Prozent zur vollständigen Autarkie verhältnismäßig viel. Grund ist eine erhebliche (Über-)Dimensionierung des Stromspeichers.

Die Kapazität des Speichers, gemessen in Kilowattstunden (kWh), bestimmt, wie viel Energie er speichern kann. Eine größere Batteriekapazität ermöglicht eine längere Nutzung der gespeicherten Energie.

Die Entladetiefe gibt an, wie viel Prozent der gesamten Batteriekapazität tatsächlich entnommen werden können, bevor der Speicher aufgeladen werden muss. Eine größere Entladetiefe erhöht die effektive nutzbare Kapazität des Speichers.

Vor allem Lithium-Eisenphosphat-Zellen (LiFePO4) weisen eine praktisch nutzbare Entladetiefe von bis zu 100 % auf, da sie eine flache Spannungskurve besitzen und die Kristallstruktur der Kathode selbst bei minimalem Ladezustand nicht kollabiert, was irreparable Schäden durch Tiefentladung verhindert.

Wichtig: Prüfen Sie, ob der Hersteller die nutzbare Speicherkapazität oder nur die nominale Speicherkapazität bei einer Entladetiefe (engl. depth of discharge, DOD) von 100 % angibt. Denn bei der DOD-Angabe reduziert sich die in der Praxis nutzbare Stromspeicher-Kapazität meist um 5 % bis 10 %.

Oft wird ein großer Speicher für die Notstromversorgung bei Stromausfällen in Betracht gezogen. Wer über diese Möglichkeit nachdenkt, sollte sich bewusst sein, dass eine Notstromversorgung nur dann funktionieren kann, wenn der Speicher zum Zeitpunkt des Stromausfalls auch geladen ist. Einen Teil der Kapazität müsste man also für diesen Zweck blockieren und ständig geladen „in Bereitschaft“ halten. Auch das hat wieder eine geringe Auslastung und sehr hohe Kosten zur Folge.

Bei der Berechnung der Speicher-Größe ist es auch wichtig, die zukünftige Entwicklung des Energiebedarfs und der Energieerzeugung zu berücksichtigen. Es kann ratsam sein, etwas Spielraum einzuplanen, um zukünftige Veränderungen oder Erweiterungen der PV-Anlage oder des Energiebedarfs durch eine Wärmepumpe oder Elektromobilität abzudecken.

Allerdings hat das Vorhalten an Kapazität Grenzen: Denn wenn im Winter die Wärmepumpe viel Strom benötigt und kaum Solarstrom übrig ist, könnte ein geringer Überschuss auch thermisch gespeichert werden, indem die Raumtemperatur angehoben wird. Und wer sein E-Auto tagsüber laden kann, fährt auch günstiger, als den PV-Strom zwischenzuspeichern.

Da viele angebotene Speicher modular aufgebaut sind, empfehlen wir, zunächst mit einem kleinen Speicher zu beginnen und dann erst bei Bedarf die Größe des Stromspeichers zu erweitern.

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Die Berechnung der optimalen Speicher-Größe für Stromspeicher und PV-Anlagen erfordert die Berücksichtigung verschiedener Faktoren, um sicherzustellen, dass der Speicher den individuellen Energiebedarf effizient decken kann.

Es sind bestimmte Faustregel zu beachten. Die Hochschule für Technik und Wirtschaft (HTW) Berlin führt drei Rechenhilfen zur optimalen Dimensionierung der Speicher-Größe auf.

1. Die Installation eines Batteriespeichers ist nur dann sinnvoll, wenn ausreichend Solarstromüberschüsse vorhanden sind. Daher sollte die Leistung der Photovoltaikanlage mindestens 0,5 kW pro 1000 kWh/a Stromverbrauch betragen.
2. Weiterhin ist es wichtig, dass der Batteriespeicher im Verhältnis zur PV-Anlage nicht überdimensioniert ist. Aus diesem Grund sollte die nutzbare Speicherkapazität auf maximal 1,5 kWh pro 1 kW PV-Leistung begrenzt werden.
3. Darüber hinaus sollte die Größe des Batteriespeichers entsprechend dem Stromverbrauch angepasst werden. Die nutzbare Speicherkapazität sollte maximal 1,5 kWh pro 1000 kWh/a Stromverbrauch betragen. Dieser Wert entspricht in etwa dem durchschnittlichen Stromverbrauch während der Nachtstunden.

Durch die Begrenzung der Speicherkapazität wird gewährleistet, dass der Batteriespeicher effizient genutzt wird und ausreichend Strom für den Verbrauch in den Nachtstunden bereitgestellt werden kann.

Schritt 1: Erfassung der relevanten Daten für die Speicher-Größe
Beginnen Sie mit der Erfassung der relevanten Daten, einschließlich der Leistung der PV-Anlage, des durchschnittlichen täglichen Energiebedarfs, des gewünschten Autarkiegrads und der Batteriekapazität. Diese Informationen können aus früheren Stromrechnungen, Herstellerangaben der PV-Anlage oder durch eine professionelle Energieberatung ermittelt werden.

Schritt 2: Berechnung des durchschnittlichen täglichen Energiebedarfs
Ermitteln Sie den durchschnittlichen täglichen Energiebedarf Ihres Haushalts oder Unternehmens. Berücksichtigen Sie dabei den Stromverbrauch von elektrischen Geräten, Beleuchtung, Heizung, Klimaanlage und anderen energieverbrauchenden Einrichtungen. Es ist wichtig, den tatsächlichen Bedarf zu berücksichtigen, um sicherzustellen, dass der Speicher genügend Energie liefern kann.

Schritt 3: Ermittlung des Autarkiegrads und Eigenverbrauchsanteils
Der Autarkiegrad gibt an, wie viel Prozent des gesamten Strombedarfs durch den Speicher und die PV-Anlage gedeckt werden sollen. Je höher der Autarkiegrad, desto mehr Energie wird direkt aus dem Speicher genutzt. Der Eigenverbrauchsanteil ist der Anteil des selbst erzeugten Stroms, der vor Ort verbraucht wird. Dieser Wert kann durch die Analyse des bisherigen Eigenverbrauchs und der Einspeisung ermittelt werden.

Schritt 4: Bestimmung der benötigten Speicherkapazität
Basierend auf den gesammelten Daten können Sie die benötigte Speicherkapazität berechnen. Multiplizieren Sie den durchschnittlichen täglichen Energiebedarf mit dem gewünschten Autarkiegrad, um die tägliche Menge an Energie zu bestimmen, die vom Batteriespeicher bereitgestellt werden soll. (Beispiel: 18 kWh x 0,6 = 11 kWh Speicherkapazität) Beachten Sie dabei die Entladetiefe der Batterie, um sicherzustellen, dass genügend Kapazität vorhanden ist. Die benötigte Speicherkapazität wird in Kilowattstunden (kWh) angegeben.

Schritt 5: Auswahl einer passenden Speicher-Größe unter Berücksichtigung der Preise
Nun, da Sie die benötigte Kapazität des Stromspeichers kennen, können Sie verschiedene Speichermodelle und Hersteller vergleichen. Berücksichtigen Sie dabei nicht nur die Größe des Speichers, sondern auch die technischen Eigenschaften, die Garantieleistungen, den Preis und den Ruf des Herstellers. Es ist ratsam, auch die zukünftige Skalierbarkeit des Photovoltaik-Speichers und mögliche Erweiterungsmöglichkeiten in Betracht zu ziehen.

Eine andere Möglichkeit zur Berechnung der Speichergröße orientiert sich am Verhältnis des durchschnittlichen Abend- und Nachtverbrauchs. Dieser Faktor bildet ihr individuelles Verbrauchsverhalten ab und bietet eine Orientierung für eine Mindestgröße.

Dabei wird davon ausgegangen, dass Sie den Speicher nicht dazu nutzen wollen, ihren Eigenverbrauch durch Verhaltensänderungen zu optimieren oder ein Elektroauto oder eine Wärmepumpe mit besonders viel eigenem Solarstrom zu versorgen.

Vorgehen: Lesen Sie dazu eine Woche lang Ihren Verbrauch zwischen 6 – 18 Uhr und zwischen 18 – 6 Uhr an Ihrem Stromzähler ab und berechnen Sie daraus Ihren prozentualen Nachtverbrauch. Der Stromspeicher sollte so ausgelegt sein, dass er den Nacht-Verbrauch decken kann.

Beispiel-Berechnung: 18 kWh x 0,3 = 5 kWh Speicherkapazität

Je nach Jahreszeit, können die Tag/Nachtzeiten an die Sonnenscheindauer und an das Verbrauchsverhalten angepasst werden. Diese Formel wird daher auch teilweise als „20-8-Regel“ bezeichnet.

Die Leistung eines Stromspeichers, angegeben in Kilowatt (kW), ist ein zentraler Faktor für die sinnvolle Nutzung von selbst erzeugtem PV-Strom. Sie beschreibt, wie viel elektrische Leistung der Speicher gleichzeitig aufnehmen (laden) oder abgeben (entladen) kann:

• Beim Speichern von PV-Strom ist eine ausreichende Ladeleistung wichtig, damit Überschüsse aus der Photovoltaikanlage auch bei hoher Sonneneinstrahlung tatsächlich im Speicher ankommen. Ist die Ladeleistung zu gering, kann nicht der gesamte PV-Überschuss genutzt werden und ein Teil des Stroms wird ins Netz eingespeist. Die Speicherleistung sollte daher zur Größe der PV-Anlage passen.
• Für die Versorgung von Haushaltsverbrauchern bestimmt die Entladeleistung, wie viele und welche Geräte gleichzeitig aus dem Speicher betrieben werden können. Gerade leistungsstarke Verbraucher wie Herd, Waschmaschine oder Trockner benötigen kurzfristig mehrere Kilowatt. Reicht die Speicherleistung nicht aus, wird zusätzlich Strom aus dem Netz bezogen, selbst wenn der Speicher noch Energie enthält.

In der Praxis nutzt man meist diese drei Faustformeln/ Daumenregeln für die Berechnung der optimalen Stromspeicher-Leistung (kW):

• Bezug zur PV-Anlage: Die Speicherleistung sollte etwa 0,3 - 0,6 kW pro installiertem kWp PV-Leistung betragen, damit PV-Überschüsse auch bei hoher Sonneneinstrahlung effektiv geladen werden können.
• Bezug zu den Verbrauchern: Die Entladeleistung des Speichers muss mindestens der gleichzeitig benötigten Leistung der wichtigsten Verbraucher entsprechen (typisch 2 - 4 kW im Haushalt, 4 - 7 kW mit Wärmepumpe), sonst wird trotz vollem Speicher Netzstrom bezogen.
• Bezug zur Speicherkapazität (C-Rate): Als praxisnahe Orientierung gilt eine Speicherleistung von 0,3 - 0,7 × Speicherkapazität (kWh), was ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Lade-/Entladefähigkeit und Wirtschaftlichkeit darstellt.

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Die Hochschule für Technik und Wirtschaft (HTW) Berlin ermittelt alljährlich die besten Stromspeicher im Rahmen der Stromspeicher-Inspektion. Die effizientesten Stromspeicher laut der Stromspeicher-Inspektion 2023 der HTW Berlin sind ermittelt worden.

Neben den etablierten Lithium-Ionen-Batteriesystemen wurden erstmals auch Salzwasser- und Hochtemperaturbatterien von der HTW Berlin in Zusammenarbeit mit dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) analysiert. Das Ergebnis zeigt, dass die Lithium-Ionen-Batterien in Bezug auf Energieeffizienz den alternativen Batterietechnologien derzeit deutlich überlegen sind.

Im Rahmen der Stromspeicher-Inspektion 2023 haben namhafte Hersteller wie BYD, RCT Power, Kaco, Fronius, Viessmann, Varta und Kostal mit ihren Stromspeichersystemen teilgenommen. Die Energieeffizienz der Systeme wurde anhand eines System Performance Index (SPI) bewertet. Dabei traten die Stromspeicher in den Leistungsklassen 5 Kilowatt (kW) und 10 kW gegeneinander an.

In der 10-kW-Leistungsklasse konnte sich ein DC-gekoppeltes Speichersystem von RCT Power mit einem SPI von 96,4 % den ersten Platz sichern. Die Hybridwechselrichter von Kaco und Fronius erzielten in Kombination mit den Batteriespeichern von Energy Depot und BYD einen SPI von 95,4 %, was ihnen die Plätze 2 bis 4 einbrachte.

In der 5-kW-Leistungsklasse setzten sich Geräte von RCT Power, Fronius und Kostal durch. Die Speichersysteme von Viessmann und Varta erreichten ebenfalls eine sehr gute Effizienz und komplettieren die Top 5. Mit Ausnahme des AC-gekoppelten Systems von Varta handelt es sich bei allen anderen Effizienztestsiegern um Hybridwechselrichter in Kombination mit Hochvolt-Batterien.

Die Testsieger überzeugten nicht nur durch ihre hohe Energieeffizienz, sondern erzielten auch neue Bestwerte in verschiedenen Effizienzkategorien. Das System von Varta zeichnete sich durch einen hohen Batteriewirkungsgrad von 97,8 % und einen Stand-by-Verbrauch von lediglich 2 W aus.

RCT Power erzielte einen exzellenten Wechselrichterwirkungsgrad im Entladebetrieb von 97,8 %. Der Hybridwechselrichter von Kaco erreichte eine Einschwingzeit von unter 200 Millisekunden, was einen neuen Rekord darstellt.

Die Ergebnisse der Stromspeicher-Inspektion 2023 zeigen, dass mehrere Geräte in verschiedenen Effizienzkategorien neue Bestwerte erzielt haben und die Lithium-Ionen-Batterien gegenwärtig den alternativen Batterietechnologien überlegen sind. Für einen direkten Vergleich der getesteten Stromspeicher bietet die HTW Berlin den Stromspeicher-Inspektor an. Eine Web-Anwendung mit der Sie den richtigen PV-Speicher finden können.

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