Solarstromspeicher im Vergleich: Wichtige Kennzahlen und Vergleichskriterien

Wer einen Solarstromspeicher für eine PV-Anlage kaufen möchte, dem stehen heute eine Vielzahl an Anbietern, Speichertechniken und auch Speicherkonzepte zur Auswahl. Für einen Vergleich von Stromspeichern müssen die technischen Angaben ermittelt und gegenübergestellt werden. Wir zeigen hier die wichtigsten Vergleichskriterien von Solarstromspeichern auf und wie diese dem jeweiligen Bedarf entsprechend verglichen werden können.

Stromspeicher lassen sich grundsätzlich nach ihrem Wirkungsgrad vergleichen, der das Verhältnis zwischen der abrufbaren Energie einer geladenen Batterie und der zuvor zugeführten Energie in Prozent angibt. Vom Ladewirkungsgrad wird der energetische Wirkungsgrad abgegrenzt, der als Quotient aus entnommener und eingeladener Energie angegeben wird. Bei einem Solarstromspeicher-Vergleich sollte jedoch der Gesamt- bzw. Systemwirkungsgrad herangezogen werden, da dieser die Teilwirkungsgrade der verschiedenen elektronischen Komponenten der Anlage umfasst und einen realistischen Praxiswert darstellt.

Stromspeicher für Solaranlagen werden vor Allem nach den Voll- und Kleinzyklen unterschieden. Ein Vollzyklus umfasst dabei das Entladen einer Solarbatterie einmal bis zur Entladetiefe und das anschließende vollständige Beladen. Dieser Wert wird jedoch nur theoretisch zum Vergleich einer Solarbatterie herangezogen. Ein Kleinstzyklus beschreibt hingegen das geringfügige Entladen und anschließende Wiederbeladen wie es auch im Praxisbetrieb stattfinden würde. Solarstromspeicher sollten daher anhand der Kleinstzyklen in einem Vergleich gegenübergestellt werden.

Aussagekräftiger ist zudem noch der Vergleich anhand der Zyklenzahl bzw. Zyklenlebensdauer. Die Zyklenzahl ist eine technische Angabe des Stromspeicher-Herstellers, für wie viele Vollzyklen der Solarstromspeicher ausgelegt ist und gibt somit Aufschluss über die Lebensdauer des Akkus. Heutige Batteriespeicher haben eine Zyklenlebensdauer von bis zu 7.000 Vollzyklen. Die Zyklenanzahl ist abhängig von der Entladetiefe, dem Entladestrom sowie der Temperatur, bei der der Solarstromspeicher betrieben wird.

Die Lebens- bzw. Gebrauchsdauer basiert wiederum darauf, wie viele Vollzyklen ein Batteriespeicher pro Jahr im Praxisbetrieb durchlaufen kann und bezieht dies unter Berücksichtigung der Zyklenlebensdauer auf die Gebrauchsdauer in Jahren. Im Gegensatz zur erreichbaren Zyklenzahl bezieht sich die sogenannte kalendarische Lebensdauer darauf, nach welcher Dauer noch mindestens 80 % der ursprünglichen Kapazität verfügbar sind, wenn die vorgesehene Zyklenzahl nicht schon überschritten ist. Legt man z. B. 200 Vollzyklen pro Jahr zugrunde, so hätte ein Stromspeicher theoretisch eine Lebens- und Gebrauchsdauer von 35 Jahren. Die Lebens- und Gebrauchsdauer sind damit sehr praxisnahe Kriterien bei einem Solarstromspeicher-Vergleich.

In der Regel werden Akkus nicht vollständig entladen, da sie sonst beschädigt werden. Die Entladetiefe (Depth of Discharge, DoD) gibt dementsprechend an, wie viel Prozent der Nennkapazität dem Akku entnommen werden kann, ohne dabei die Lebensdauer stark negativ zu beeinflussen bzw. ohne den Stromspeicher zu beschädigen. Bei einem Vergleich von Solarstromspeichern variieren die Grenzwert für die Tiefentladung je nach Hersteller und Speichertechnik in der Regel zwischen 10 und 50 Prozent. Im direkten Vergleich können Lithium-Ionen-Akkusmeistens tiefer entladen werden als z. B. Blei-Akkus.

Die (Nenn-)Kapazität wird im Akku- und Batteriebereich als die maximale Ladungsmenge verstanden, die in den Akkus gespeichert werden kann. Sie bezeichnet also die Ladung, die aus einem Akku theoretisch entnommen werden kann bis er "leer" ist und wird als elektrische Arbeit in Wattstunden (Wh) angegeben. Die Nennkapazität ist eine vom Hersteller angegebene Kapazität, die innerhalb bestimmter Entladezeiten und Betriebstemperaturen ermittelt wird. Die nutzbare Speicherkapazität gibt hingegen die Kapazität an, die der Solaranlage zum Speichern tatsächlich zur Verfügung steht und sollte daher auch bei einem Vergleich herangezogen werden. Hat ein Solarstromspeicher z. B. eine Speicherkapazität von 10 kWh und eine Entladetiefe von 80%, so kann die Solarbatterie praktisch nur 8 kWh speichern.

Ein grundsätzliches Vergleichs- und Unterscheidungskriterium von Solarstromspeichern ist die Energie- und die Leistungsdichte. Die Energiedichte ist dabei ein Maß für die in einem Solarakku gespeicherte Energie, bezogen auf seine Masse bzw. sein Volumen. In der Regel wird die sogenannte spezifische Energiedichte massebezogen in Wattstunden pro Kilogramm (Wh/kg) angegeben. Die Leistungsdichte gemessen in Watt pro Kilogramm (W/kg) gibt hingegen an, wie viel elektrische Leistung (Energie pro Zeit) einem Akku entnommen werden kann, wiederum bezogen auf seine Masse. Die Energie- und Leistungsdichte sind insbesondere beim Vergleich von Akkus für Elektroautos interessant, da diese sehr leicht sein müssen und sehr schnell ihre Leistung zur Beschleunigung des E-Autos abgeben müssen.

Größere Haushaltsgeräte benötigen häufig kurzzeitig viel Strom und erzeugen damit sogenannte Lastspitzen. Ob diese Lastspitzen mit dem Batteriespeicher vollständig abgedeckt werden können, wird mit der maximalen Entladeleistung (gemessen in kW) angegeben. Wie schnell der Solarstromspeicher dabei im Verhältnis zur Speicherkapazität entladen wird, gibt die sogenannte C-Rate an. Entlädt sich ein Batteriespeicher binnen einer Stunde völlig, so liegt die C-Rate bei 1. Wie schnell der Batteriespeicher anschließend wieder aufgeladen werden kann, gibt im Umkehrschluss die maximale Ladeleistung an. Werden Solarstromspeicher in einem Vergleich betrachtet und liegen Lastspitzen vor, sollten insbesondere die C-Raten der Stromspeicher verglichen werden.

Soll ein Solarstromspeicher insbesondere zum Eigenverbrauch des Solarstroms dienen, so sollte beim Vergleich zunächst der Eigenverbrauchsanteil bestimmt werden. Dieser sagt aus, wieviel Solarstrom aus der PV-Anlage selbst verbraucht werden kann. Der Autarkiegrad sagt im Unterschied zum Eigenverbrauchsanteil aus, wieviel des tatsächlichen Strombedarfs durch einen Photovoltaik-Stromspeicher gedeckt werden kann. Daher sollte beim Stromspeicher-Vergleich der Autarkiegrad der nutzbaren Speicherkapazität entsprechen.

Wie wirtschaftlich ein Batteriespeicher ist lässt sich zum einen daran festmachen, was eine gespeicherte Kilowattstunde umgerechnet kostet. Der Betriebs- bzw. Speicherpreis pro kWh errechnet sich aus dem Gesamtpreis bezogen auf die Anzahl der möglichen kWh, welche der Akku unter Berücksichtigung der Zyklenzahl und der Lebensdauer insgesamt abgeben kann. Für Blei-Akkus beträgt er derzeit 0,20 Euro pro kWh, für Lithium-Ionen-Akkus etwa 0,25 bis 0,30 Euro pro kWh. Die Speicherkosten pro kWh sollten bei einem Vergleich immer individuell und auf Basis der aktuellen Preise und Angaben der Hersteller berechnet werden.

Zum anderen lassen sich zum Zweck der besseren Vergleichbarkeit von Akkusystemen die Anschaffungskosten auch auf die Kapazität (Euro/kWh) beziehen. Der Preis ist je nach verwendeter Technologie sehr unterschiedlich. So sind Blei-Akkus schon für unter 1.000 Euro/kWh verfügbar, während sich ein Lithium-Ionen-System je nach Hersteller zwischen 1.000 und 3.000 Euro/kWh bewegen kann. Bei diesem Solarstromspeicher-Vergleich sollten aber auch die oben genannten Vergleichskriterien wie die Lebensdauer und Entladetiefe entsprechend des Verwendungszwecks weitergehend berücksichtigt werden.

Die HTW Berlin hat auf Basis des System Performance Index in der Studie "Stromspeicher-Inspektion 2018"16 Stromspeicher bzw. -systeme miteinander verglichen. Drei PV-Speichersysteme konnten einen SPI von knapp über 90% erzielen. Beim Vergleich der Systemtopologien der Stromspeicher wird deutlich, dass es sowohl effiziente als auch ineffiziente Geräte mit AC- und DC-Anbindung des Batteriespeichers gibt.

Die Effizienzunterschiede zwischen den Systemen sind insgesamt größer als bislang vermutet. Allein in den ersten zehn Jahren beträgt der finanzielle Vorteil eines hocheffizienten Speichersystems bis zu 1000 Euro, erklärt Prof. Dr. Volker Quaschning, Professor für Regenerative Energiesysteme an der HTW Berlin und Mitautor der Studie.

Jedoch können mit dem SPI nicht alle Stromspeicher gleichermaßen verglichen werden. So stellen u.a. Hochvoltbatterieneine Ausnahme dar, da deren Effizienz mit der Anzahl der in Reihe geschalteten Hochvolt-Batteriemodule steigt. Größere Stromspeicher weisen daher im Vergleich einen höheren Wirkungsgrad als kleine auf.

Zudem legt der SPI-Vergleich einen Beispielhaushalt mit einer fünf Kilowatt PV-Anlage mit einem Strombedarf von 5.000 Kilowattstunden pro Jahr zugrunde. Zum einen werden heute jedoch auch häufig größere Anlagen im EFH-Bereich errichtet. Zum anderen liegt vielfach der Strom(Eigen-)verbrauch durch Wärmepumpen oder Elektroautos über dem Stromverbrauch des angenommenen Haushalts. Während bei "normalem" Eigenverbrauch ein guter Schwachlastwirkungsgrad wichtig sind, verschiebt sich aber beim Laden eines Elektroautos der für die Effizienz wichtige Leistungsbereich zu größeren Werten. Ein wirklich realistischer Stromspeicher-Vergleich ist so nicht möglich.

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