Der Solarstrom-Markt in Deutschland boomt: Insgesamt haben die Vorteile der Photovoltaik (PV) im vergangenen Jahr zu einem neuen Rekord-Zubau von mehr als 160.000 PV-Systemen bei Anlagen bis 30 kWp geführt. Auch der Hersteller Solarwatt aus Dresden hat von dieser Entwicklung stark profitiert: Insgesamt wurden hierzulande in 2020 mehr als 16.000 PV-Anlagen allein von Solarwatt installiert. Das Unternehmen verkauft mittlerweile mehr als drei Viertel der PV-Anlagen als System, bestehend aus PV-Modulen, Batteriespeicher und Energiemanager. Der Fokus liegt darauf, dass die Kunden mit ihrem selbsterzeugten Solarstrom auch ihr Elektroauto laden und eine Wärmepumpe für die Gebäudebeheizung antreiben können. Die Sektoren Wärme, Strom und Mobilität wachsen also immer weiter zusammen. Darauf müssen natürlich auch Fachplaner und SHK-Fachbetriebe vorbereitet sein. Im folgenden Beitrag nimmt Eric Prager, Produktmanager Sektorenkopplung Wärme/Kälte bei der Solarwatt GmbH, Stellung zu in diesem Kontext häufig gestellten Fragen.
Wie lauten die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale von Stromspeichern?
Zunächst sollte man auf die Speicherkapazitäten schauen, also wie viel elektrische Energie das Gerät speichern kann. Ein modular aufgebauter Stromspeicher macht hier oftmals Sinn, denn so können Leistung und Kapazität sehr gut an die jeweiligen Bedürfnisse angepasst werden. Dazu muss bedacht werden, wie der Speicher idealerweise in das Energiesystem eingebunden werden kann: AC-gekoppelt im Wechselstromkreis oder direkt DC-gekoppelt (Gleichstrom) mit der Photovoltaik-Anlage. Darauf gibt es keine Pauschalantwort. Der Installateur muss sich den konkreten Anwendungsfall anschauen und dann eine Empfehlung abgeben, was am besten zur jeweiligen Anlage passt. Dazu sind Lade- und Entladeleistung des Batteriespeichers sowie die Reaktionsgeschwindigkeit wichtige Kriterien. Je schneller ein Speicher auf geänderte Stromanforderungen reagiert, desto wirtschaftlicher ist das gesamte PV-System.
Wann lohnt sich die Anschaffung eines Stromspeichers bzw. ab wann amortisiert sich die Investition?
Das ist natürlich sehr individuell. In der Regel kann man aber sagen, dass sich ein Stromspeicher besonders dann lohnt, wenn Stromerzeugung und der tatsächliche Verbrauch in einem Privathaushalt oder einem Gewerbebetrieb sehr stark voneinander entkoppelt sind. Denn das Gerät kann tagsüber die Sonnenenergie abgreifen und in den Abend- und Nachtstunden bereitstellen. In einem gängigen Einfamilienhaus im Bestand mit einem durchschnittlichen Jahresstromverbrauch von 4.000 Kilowattstunden, plus 3.000 Kilowattstunden für das Beladen eines Elektroautos und 5.000 Kilowattstunden für die Verwendung der Wärmepumpe, amortisiert sich ein Speicher in wenigen Jahren durch die Optimierung des Eigenverbrauchs. Der steigt dann schnell von 30 bis 40 Prozent auf bis zu 80 Prozent.
Wie sicher sind Stromspeicher im Betrieb und müssen bauliche Vorkehrungen getroffen werden, zum Beispiel hinsichtlich des Brandschutzes?
Stromspeicher sind mittlerweile technologisch ausgereift und zu jeder Zeit sicher im Betrieb – besonders wenn man auf einen deutschen Qualitätshersteller setzt. Wir verwenden bei unserem Stromspeicher „Battery flex“ beispielsweise ein Zellmodul, das auch in Elektrofahrzeugen von BMW zum Einsatz kommt und nach höchsten Qualitätsstandards entwickelt und zertifiziert wurde. Bei der Installation des Speichers gibt es hinsichtlich des Brandschutzes nichts, was beachtet werden müsste. Dennoch sollten Nutzer darauf achten, dass der Aufstellort passt und der Speicher möglichst wirtschaftlich betrieben werden kann. Ideal ist ein kühler und trockener Raum, denn dann ist die Effizienz am höchsten – das gilt übrigens auch für den PV-Wechselrichter.
Wie sieht es mit der Lebensdauer eines Stromspeichers für die Hausenergieversorgung aus?
Die Lebensdauer eines Stromspeichers hängt von verschiedenen Faktoren ab und ist auch von Hersteller zu Hersteller sehr unterschiedlich. Premiumanbieter wie wir geben auf den Batteriespeicher in der Regel mindestens zehn Jahre Garantie. Nach aktuellen Studien halten die Geräte aber noch deutlich länger. Und auch hier kann ein modularer Aufbau von großem Vorteil sein: Bietet ein Batteriemodul beispielsweise nach längerer Laufzeit nicht mehr die gewünschte Leistung, kann es einfach ersetzt werden, ohne dass ein neuer Speicher angeschafft werden muss. Das spart dann Zeit und vor allen Dingen Geld.
Welche Tipps zur Dimensionierung von Stromspeichern gibt es, abhängig von der Leistung der PV-Anlage und der Leistung der elektrischen Wärmepumpe für die Gebäudebeheizung und Brauchwarmwasserversorgung?
Ganz grob gilt bei der Dimensionierung folgende Faustformel: Eine Kilowattstunde Speicherkapazität pro Kilowatt-Peak Anlagengröße. Das bedeutet, dass bei einer PV-Anlage mit einer Leistung von 7 kWp ein Stromspeicher mit einer Kapazität von rund 7 kWh gut passt. Das hängt aber auch vom individuellen Verbrauch ab. Das Ziel sollte ja sein, dass man mit dem gespeicherten Sonnenstrom über den Abend und die Nacht kommt und dann am nächsten Tag wieder mit der direkten Nutzung der Solarenergie und der Speicherung beginnt. Wenn eine Wärmepumpe dazukommt, die bei einem Neubau im Jahr bis zu 3.000 Kilowattstunden benötigt, kann man beim Stromspeicher noch mal zwei bis drei Kilowattstunden zusätzliche Speicherkapazität addieren. Auch in dieser Hinsicht macht ein modularer Stromspeicher viel Sinn, weil die Größe sehr gut auch an neue Bedarfe angepasst werden kann.
Kann ein Stromspeicher die notwendige elektrische Antriebsleistung für eine Wärmepumpe komplett aufbringen?
Eine Wärmepumpe erfordert keine hohen Leistungen, sondern ist eher ein Dauerverbraucher, der relativ geringe Leistungen benötigt. Im Neubau liegt man da in der Regel zwischen 1 und 1,5 kW. In Bestandsgebäuden mit großen Wärmepumpen sind es höchstens 5 bis 6 kW Leistung. Das kriegt jeder gebräuchliche Stromspeicher ohne Probleme hin.
Wie funktioniert die Steuerung bzw. „Abstimmung“ zwischen PV-Anlage, Stromspeicher, elektrischer Wärmepumpe und elektrischen Verbrauchern im Haus?
Bei einem herkömmlichen PV-System läuft das eher unkoordiniert ab: Der Speicher nimmt die überschüssige Energie aus der PV-Anlage auf. Kommt eine Wärmepumpe oder ein Elektroauto dazu, greifen diese Verbraucher die Energie immer mit der maximalen Leistung ab, wenn sie sie benötigen. Eine sinnvolle Lösung ist ein Energiemanagement-System, denn darüber lassen sich die Verbraucher priorisieren. Das bedeutet, der Nutzer kann genau steuern, wann und wie der Speicher, die Wärmepumpe und das Elektroauto mit Solarstrom versorgt werden. Über einen Energiemanager kann ich beispielsweise dafür sorgen, dass bei PV-Überschuss höhere Temperaturen im Warmwasserspeicher vorgehalten werden – also 60 °C statt 50 °C. Dadurch muss möglicherweise erst am nächsten Tag wieder das Wasser aufgeheizt werden und nicht mehr am gleichen Tag durch grauen Netzstrom. Das ist dann tatsächlich solaroptimiertes Warmwasser.
Wie gestaltet sich typischerweise das Energie- und Lademanagement (HEMS) in einem „Plusenergiehaus“, wenn zusätzlich ein Konzept zur E-Mobilität integriert sein soll?
Ein „Plusenergiehaus“ sollte ja möglichst elektrifiziert aufgebaut sein, also idealerweise mit Wärmepumpe und Fußbodenheizung, einem E-Mobilitätskonzept, einer kontrollierten Wohnraumlüftung – alles betrieben von einer PV-Anlage mit Stromspeicher. Mit dem Energiemanagement-System werden diese Komponenten überwacht und nach eigenen Präferenzen priorisiert. Oft ist es aus Gründen der Wirtschaftlichkeit sinnvoll, zuerst das Elektroauto zu laden, wenn PV-Überschuss vorhanden ist. Generell sollte das System so ausgelegt sein, dass möglichst viel Solarstrom direkt im Haushalt verbraucht wird und der Rest fließt dann in die Wärmepumpe und in den Stromspeicher.
Was verbirgt sich hinter der Abkürzung „V2H“?
„V2H“ bedeutet „Vehicle-to-Home” – also das Speichern von Solarstrom in einem Elektroauto, der bei Bedarf wieder in den Haushalt abgegeben wird. Das wird in der Zukunft möglicherweise ein Thema werden, aktuell gibt es hier allerdings noch einige offene Punkte, die regulatorisch noch nicht geklärt sind. Bei „Vehicle-to-Home“ lässt sich beispielsweise nicht verhindern, dass eventuell Netzstrom, der ins Auto geladen wurde, wieder zurück ins Netz fließt. Das ist hierzulande verboten, wenn man eine EEG-Anlage verwendet. Elektroautos haben extrem viel Kapazität, was dann auch nützlich sein kann, um den Solarstrom zwischenzuspeichern. Dann muss aber auch planbar sein, wann das Auto Zuhause steht und wann es unterwegs ist. Wir glauben, dass es in der Zukunft zu einem Zusammenspiel von Heimspeichern und E-Autos als Speicher kommen wird – das kommt aber dann sehr auf den jeweiligen Anwendungsfall an.
Welche Rolle werden Stromspeicher, in Verbindung mit PV-Anlagen, Wärmepumpen und E-Mobilität, zukünftig in den sogenannten „Smart Grids“ spielen können?
Stromspeicher übernehmen eine zentrale Aufgabe. Sie sind Dreh- und Angelpunkt eines „Smart Grids“, da sie Erzeugung und Bedarf zeitlich voneinander entkoppeln – in Kombination mit einem sinnvollen Management der Erzeugungsspitzen. Die Spitzen werden mit einem Speicher aufgefangen und später wieder in das intelligente Energienetz gegeben. Über den Speicher kann dann auch die Frequenz in einem abgeschlossenen System gehalten werden. In einem „Smart Grid“ sind die Stromspeicher quasi der Energiemarktplatz, der sämtliche Erzeuger und Verbraucher zusammenbringt, ohne dass man das mit großem Aufwand ausregeln müsste. Diese und weitere Aufgaben übernimmt der Stromspeicher als zentraler Baustein. Was dabei aber zu beachten ist: Der Batteriespeicher muss bei diesen Anwendungen auf alle Anforderungen extrem schnell reagieren, also stellt die Reaktionsgeschwindigkeit des Speichers für diese Aufgaben eine extrem wichtige Maßzahl dar.