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• Batteriespeicher sind ein wachstumsstarkes Trendprodukt, das zusammen mit PV-Anlagen oder BHKW zum Einsatz kommt, um die für die Wirtschaftlichkeit wichtige Eigenverbrauchsquote zu maximieren.
• In puncto Ausstattung und Aufstellbedingungen bestehen wesentliche Unterschiede bei den am Markt verfügbaren Produkten.
• Für eine hohe Eigenverbrauchsquote sind eine objektspezifische und in die Zukunft schauende Auslegung der Erzeugungsanlagen und des Speichers und eine möglichst weitgehende Integration der TGA erforderlich.

Eigenheimbesitzer haben in den vergangenen zehn Jahren oft kostenintensive Erfahrungen gemacht. Die Entwicklung der Preise für Strom, Erdgas und Heizöl war kaum zu kalkulieren. Insbesondere bei den öffentlich aufgeregt diskutierten Strompreisen fühlten sich viele Verbraucher oft sowohl den politischen Bedingungen als auch den Versorgern hilflos ausgeliefert.

Wo es technisch möglich war und es die Finanzen zuließen, standen deswegen Photovoltaik-Anlagen hoch im Kurs, um mit dem selbst produzierten Strom den Strombezug vom Energieversorger zu senken und den Überschuss zu attraktiven Konditionen ins Stromnetz einzuspeisen. Inzwischen haben sich die Bedingungen gedreht. Heute sind die deutlich günstiger gewordenen PV-Anlagen in erster Linie rentabel, wenn möglichst viel von ihrer Stromerzeugung selber verwendet wird. Für das Einspeisen werden nur noch geringe Entgelte bezahlt …

… und die Einspeisung von PV-Anlagen sogar in ihrer Leistung begrenzt. Über das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG 2014, § 9) besteht die Pflicht, dass sich PV-Anlagen mit einer Peak-Leistung von 30 bis 100 kW einer ferngesteuerten Begrenzung der Wirkleistung unterwerfen müssen.

Der örtliche Versorger kann also die Leistung der Anlage aus der Ferne begrenzen, falls dies durch die Überlastung des Stromnetzes erforderlich sein sollte. Dazu wird in der Regel ein Funk-Rundsteuersignal verwendet. Der dafür erforderliche Empfänger muss vom Betreiber der PV-Anlage gekauft werden. Für die Kosten des Rundsteuerempfängers, den erforderlichen Zählerplatz und den Mehraufwand in der Elektroinstallation sind bis zu 1000 Euro zu veranschlagen. Außerdem ist zusätzlich eine Erfassung der Ist-Leistung mit Rückmeldung an den Netzbetreiber erforderlich.

Für PV-Anlagen mit einer Peak-Leistung von 30 kW muss der Betreiber am Verknüpfungspunkt der Anlage mit dem Netz die maximale Wirkleistungseinspeisung auf 70 % der installierten Leistung begrenzen. Das bedeutet: Wird beispielsweise eine 10-kW_p-Anlage installiert, dürfen maximal 7 kW in das Stromnetz eingespeist werden. Eine darüber hinaus erzeugte Leistung wird bereits im Wechselrichter „gekappt“. Bei den immer häufiger auf Ost- und Westdächern geteilt eingesetzten PV-Anlagen wirkt sich die EEG-Vorgabe allerdings kaum aus, weil in der Regel nur 60 bis 70 % der Peak-Leistung erreicht werden. Dabei ist es zulässig, den Eigenverbrauch von der erzeugten Leistung abzuziehen, da sich die Begrenzung auf den Einspeisepunkt bezieht. Hierfür benötigt der Anlagenbetreiber jedoch ein Energie- / Einspeisemanagement mit Verbrauchserfassung.

Die Lösung bieten bereits seit einigen Jahren Batteriespeicher für den Hausgebrauch an. Betrachtet man typische Erzeugungs- und Verbrauchsprofile in einem Einfamilienhaus, wird schnell deutlich, wie wichtig Batteriespeicher unter den aktuellen und künftig wahrscheinlich noch weiter verschärften Bedingungen für die Einspeisung von PV-Strom sind Abb. 2. Gerade dann, wenn viel Strom erzeugt wird, wird er in der Regel nicht benötigt – selbst dann, wenn man relevante Verbraucher, wie Wasch- oder Spülmaschine, zu den Zeiten mit „überschüssiger Erzeugung“ betreibt. Ist dagegen der Strombedarf hoch, wird von der PV-Anlage Strom noch nicht oder nicht mehr produziert.

Ein richtig ausgelegter und geplanter Batteriespeicher fängt genau diese Spitzen ab und liefert mittags, wenn beispielsweise Essen gekocht, und morgens und abends, wenn der Strombedarf hoch ist, den selbst erzeugten und gespeicherten Strom. Das Ergebnis kann sich durchweg sehen lassen: Bis zu 90 % Eigenverbrauch und Autarkie sind keine Seltenheit.

Dazu stehen Batteriespeicher mittlerweile mindestens in den zweiten Produktgenerationen am Start und sind den „Kinderschuhen“ entwachsen. Gleichzeitig haben Skalierungseffekte den Preis spürbar sinken lassen. Ein mindestens genauso wichtiges Argument: Die Förderbedingungen für Stromspeicher sind nach wie vor äußerst attraktiv – sowohl in der Nachrüstung bestehender PV-Anlagen als auch in der gleichzeitigen Erstellung beider Anlagen. Doch wie geht man bei der Geräteauswahl, der Planung, Installation und Inbetriebnahme von Batteriespeichern praktisch am besten vor und welche Voraussetzungen sind zu erfüllen?

Auf dem heutigen Stand handelt es sich bei der Integration eines Stromspeichers um eine einfache Elektroinstallation – in der Regel plus Anschluss an das hausinterne Netzwerk mit Internetanschluss. Unabdingbar ist aber ein entsprechend ausgebildeter Elektroinstallateur für die Einbindung des Batteriespeichers, da Installationsarbeiten an der Elektroverteilung zu erbringen sind. Für die Einstellungsarbeiten nach der Installation sollte entweder ein Training des jeweiligen Herstellers besucht oder auf den Inbetriebnahmeservice des Herstellers zurückgegriffen werden. Die Voraussetzungen für die Teilnahme am wachsenden Batteriespeicher-Markt sind damit überschaubar und einfach zu erfüllen.

Weil bereits die Bedingungen für die Aufstellung von Batteriespeichern je nach ihrer Bauart deutlich variieren, soll hier ein kurzer Abriss über die zu beachtenden Merkmale aktueller Batteriespeichertechnologie gegeben werden.

Batteriezellen

Die Batteriezellen sind das Herzstück eines Batteriespeichers. Nicht nur mit ihrer Langlebigkeit und Zuverlässigkeit, sondern auch ihrem tatsächlichen Aufnahmevermögen steht und fällt die Effizienz des Gesamtsystems. Standardmäßig finden in stationären Batteriespeichersystemen aktuell Lithium-Ionen-Medien Verwendung. Ebenfalls weit verbreitet sind Zellen auf Blei-Gel- oder Blei-Säure-Basis. Allerdings schwindet der Kostenvorteil bei auf Blei basierender Zellen. Zudem sind ihre Nutzkapazität, die Zyklenfestigkeit und die Langlebigkeit bei Weitem nicht so hoch wie bei Lithium-Ionen-Zellen. Und werden Blei-Medien häufig nur teilweise geladen, sinkt im Laufe der Nutzungsdauer die Aufnahme- und Abgabekapazität des Akkus erheblich.

Zudem gelten für den Betrieb von Standard-Bleisäure-Akkus gesetzliche Auflagen für eine Absaugvorrichtung. Gleichzeitig müssen weitere Sicherheitsvorrichtungen in Form einer säurefesten Wanne getroffen werden. Darüber hinaus kann der „nicht nutzbare Anteil“ des elektrischen Speichervermögens, um das Risiko einer batterieschädigenden Tiefentladung zu vermeiden, bis zu 50 % betragen.

Besser geeignet sind deswegen Akkus auf Lithium-Ionen-Basis. Jedoch gibt es hier erhebliche Unterschiede, was die eingesetzten chemischen Bestandteile angeht. In den Medien wurde bereits von dem Risiko des „thermischen Durchgehens“ berichtet. Hiermit hatten beispielsweise Handyhersteller oder Flugzeuge der Baureihe Dreamliner spektakuläre Probleme.

Als ideales Speichermedium hat sich deswegen die Lithium-Eisen-Phosphat-Technik (LIFePO₄) herauskristallisiert. Dieses Material bietet höchste Eigensicherheit und kennt keinen Memory-Effekt – dafür ist die Erstinvestition größer. „Wird jedoch die jeweilige Lebensdauer und die tatsächlich nutzbare Speicherkapazität dagegengehalten, sieht die Rechnung schnell anders aus“, sagt Christian Sieg, Leiter Produkt- und Dienstleistungs-Management bei Vaillant Deutschland. „Wir gehen bei unseren LiFePO₄-Zellen von ca. 10 000 vollständigen Be- und Entladezyklen aus. Das entspricht einer Lebenserwartung von etwa 20 Jahren. Und spezielle Anforderungen an den Aufstellungsort sind nicht erforderlich.“

Ausstattung des Batteriespeichers

Generell wichtig ist die Auslegung als Plug-and-Play-Komplettsystem, denn dadurch ist eine einfache Montage und Inbetriebnahme gewährleistet. Darüber hinaus sollten alle für den Betrieb erforderlichen Einrichtungen in das gemeinsame Gehäuse integriert sein. Dazu zählen beispielsweise der Wechselrichter, die Steuerungselektronik und ein aktives Batterie-Management mit Batterieüberwachung sowie die erforderliche Messtechnik zur Erfassung der Erzeugungs- und Verbrauchsleistung.

Entscheidend ist auch, dass eine Netzwerkanbindung des Batteriespeichers möglich ist, um über die Daten von Online-Wetterprognosen den Betrieb so zu optimieren, dass die maximal erzielbare Effizienz und Eigenverbrauchsquote erreicht werden können. Sieg: „Wir setzen die Online-Verbindung noch für weitere Aufgaben ein, sodass der Nutzer beispielsweise jederzeit auch online über ein Webportal oder eine App auf seinem mobilen Endgerät auf die aktuellen Daten seiner Anlage zugreifen kann.“

Aufbau von Batteriespeichern

Generell wird bei stationären Heimspeichersystemen zwischen AC- und DC-Kopplung unterschieden. DC-gekoppelte Systeme haben den Vorteil, dass sie bei einer reinen PV-Anwendung einfacher aufgebaut und somit in der Anschaffung preisgünstiger sind, denn der eingesetzte Wechselrichter kann auch für die Erzeugungsanlage genutzt werden.

AC-gekoppelte Systeme haben den entscheidenden Vorteil der maximalen Flexibilität. Ein AC-gekoppeltes Batteriespeichersystem kann nahezu mit jeder elektrischen Erzeugungsanlage kombiniert werden. Grund hierfür ist, dass der eigenständige Batteriewechselrichter mit netzkonformem Wechselstrom oder Drehstrom gespeist wird. Sieg: „Dies war uns bei der Entwicklung unserer Lösungen wichtig, damit sie mit anderen elektrischen Erzeugungsanlagen, beispielsweise einem Mini-BHKW, einem Brennstoffzellen-Heizgerät und weiteren Zukunftstechnologien, kompatibel sind.“

In puncto Aufbau ist es gerade für die Einbringung relevant, dass Batteriespeicher und Batterien getrennt voneinander geliefert werden und so auch einfacher separat zum Aufstellort gebracht werden können. Erst bei der Aufstellung des Batteriespeichers werden die Speichermodule im Gehäuse montiert Abb. 4.

Genauso wichtig ist der modulare Aufbau des Batteriespeichers. Mit einem, für alle gängigen Leistungsgrößen gleichem Gehäuse und dem gleichen Wechselrichter ist es möglich, seinen Batteriespeicher sowohl kostenoptimiert zu erwerben als auch anzuschließen, nach und nach auszubauen oder dem Bedarf anzupassen.

Batteriespeicher sind generell keine Lagerprodukte. Denn während der Einlagerung können sich die Batteriezellen entladen. Kommt es dabei zu einer Tiefentladung, können die Speicherzellen dauerhaft geschädigt werden.

Aufstellbedingungen

Für die Aufstellung, den Transport sowie die Lagerung müssen eine definierte Umgebungstemperatur und eine relative Luftfeuchte eingehalten werden. Diese liegt in der Regel in einem Temperaturbereich von 5 bis 30 °C. Die relative Luftfeuchte sollte 70 % nicht überschreiten und frei von explosiven oder korrosiven Gasen sein.

Wie bereits ausgeführt, sollte eine Möglichkeit zur Anbindung an das Internet vorhanden sein. Da eine Einbindung an die elektrische Unterverteilung erfolgt, ist eine räumliche Nähe vorteilhaft, aber nicht zwingend, da zwischen Unterverteilung, PV-Wechselrichter und Batteriespeicher nur wenige Leitungen mit handelsüblichen Querschnitten erforderlich sind. Die Messtechnik wird direkt in der Elektroverteilung installiert und über eine Busleitung mit dem Batteriespeicher verbunden.

Förderfähigkeit

Je nach der Maßgabe der aktuellen Förderrichtlinien sind zahlreiche Details umzusetzen. Bei den großen und namhaften Herstellern der Branche sollte davon ausgegangen werden, dass diese die Bedingungen erfüllen können. So muss z. B. aktuell mit dem Batteriespeicher die maximale Leistungsabgabe der PV-Anlage am Netzeinspeisepunkt auf 50 % der tatsächlich installierten Leistung reduziert werden können. Genauso werden offengelegte Schnittstellen zur Fernparametrierung gefordert. Hierzu muss der Hersteller jeweils entsprechende Erklärungen vorlegen, die an den Endkunden weiterzugeben sind, um die Förderung zu erhalten. Außerdem ist für die Installation und Inbetriebnahme nachzuweisen, dass diese durch einen qualifizierten Fachbetrieb erfolgt ist.

Einbindung ins Gesamtsystem

Obwohl Batteriespeicher Produkte sind, die sich vergleichsweise einfach auslegen lassen, sollte der Hersteller über fachkundige Beratungsdienstleitungen und Projekterfassungsbögen für das Gespräch beim Kunden verfügen. Außerdem ist gerade bei der ersten Installation für die Inbetriebnahme ein Service des Herstellers vorteilhaft. Um dies sicherzustellen, bietet Vaillant sowohl die Inbetriebnahme durch den Werkskundendienst als auch ein Trainingskonzept zur Qualifizierung von Fachpartnern an.

Ein Batteriespeicher soll und muss in das Gesamtsystem der Technischen Gebäudeausrüstung integriert sein, um seine Vorteile vollständig ausspielen zu können. Dafür ist eine einfache Integration aller System-bestandteile relevant Abb. 6. Sieg: „Werden beispielsweise eine Wärmepumpe und eine PV-Anlage oder die Kombination von Kraft-Wärme-Kopplung und Photovoltaik zusammen mit einem Batteriespeicher eingesetzt, kann eine Größenordnung bei der Eigenverbrauchsquote von bis zu 90 % erzielt werden. Passen Erzeugung und Verbrauch gut zueinander, kann dieser Wert auch übertroffen werden. Unser elopack wird hier zum entscheidenden Bindeglied in Technologie-übergreifenden Systemlösungen, insbesondere für Nutzer, die auf Effizienz und Unabhängigkeit hohen Wert legen.“

ist freier Fachjournalist und Inhaber der Fachpresseagentur Kommunikations-Management Schellhorn in Haltern am See und Herne. Telefon (0 23 64) 10 81 99, info@die-agentur.sh, www.die-agentur.sh