Sonnenstrahlen sammeln

Besitzer einer Solaranlage, die den selbsterzeugten Strom zu Hause nutzen, möchten auf Fernseher, Waschmaschine oder Elektroherd nicht verzichten, nur weil die Sonne einmal nicht scheint. Mit modernen Energiespeichern ist die produzierte Solarenergie jederzeit abrufbar.

Es ist doch vertrackt: Da sendet die Sonne innerhalb von nur 20 Minuten so viel Energie zur Erde, dass damit – rein rechnerisch – die gesamte Weltbevölkerung ein Jahr lang ausreichend versorgt werden könnte. Nur: Leider tut sie das nicht nachts. Besitzer von Photovoltaik-Anlagen wissen ein Lied davon zu singen, wie unregelmäßig die Erträge aus den Installationen auf ihrem Dach sind.Dennoch war die Welt der Solarstromerzeugung lange Zeit im Lot. Immerhin gab es bis vor Kurzem noch eine satte Einspeisevergütung. Was lag da näher, als den selbst erzeugten Strom einfach ins öffentliche Netz zu leiten und den eigenen Bedarf „aus der Steckdose“ zu holen. Doch dann kam der Schnitt: eine unvorhergesehen drastische Kürzung der Einspeisevergütung auf nur noch 34,05 Cent seit 1.Juli diesen Jahres. Unterm Strich schrumpft damit der Ertrag von Anlagebetreibern, die ihren Strom ausschließlich ins öffentliche Netz speisen und ihren eigenen Bedarf ebenfalls von dort decken, auf rund 14 Cent pro Kilowattstunde.

Was bleibt, ist der Trost, dass die Preise für viele Photovoltaik-Komponenten inzwischen sinken – und es bleibt auch die Möglichkeit, den hauseigenen Solarstrom selbst zu nutzen.Dafür gibt es nun neue Anreize für Hausbesitzer. Immerhin 22,76 Cent pro Kilowattstunde erhält derzeit jeder, der seinen vom Dach geholten Strom auch selbst zu Hause nutzt. Zusätzlich bringt jede Kilowattstunde Eigenstrom eine Ersparnis von rund 20 Cent an Stromkosten aus dem Netz, die nun wegfallen. Summa summarum bleibt so für Nutzer selbst erzeugten Solarstroms derzeit ein Plus von 42,76 Cent pro Kilowattstunde – vorausgesetzt, der Eigenverbrauch beträgt mehr als 30 Prozent vom produzierten Strom. Auf dieser Basis rechnet sich nun für viele Anlagenbetreiber eine bisher oft noch recht kostspielige Komponente, mit der sich mehr aus dem selbst erzeugten Strom herausholen lässt: die Speicherung.

Speichern – aber wie?
Es scheint zwar nur eine Frage der Zeit zu sein, bis Energiekonzerne und regionale Stadtwerke Großspeicher für regenerative Energien zur Verfügung stellen werden – etwa mit Brennstoffzellen, Kiesspeicherung oder sogenannten Hubkraftwerken. Auch die Entwicklung von Redox-Flow-Batterien für Elektromobile macht deutliche Fortschritte – damit könnte sogar der eigene Pkw eines Tages auch als Solarspeicher fürs Haus dienen. Doch vieles von alledem befindet sich derzeit noch in der Entwicklungsphase und wird wohl erst in einigen Jahren realisiert. Bis es soweit ist, sind Eigenheimbesitzer weiterhin auf bewährte Batterietechnik angewiesen. Damit lässt sich die Solarstromenergie vom eigenen Dach in der Praxis zwar auch nur einige Stunden, maximal vielleicht ein paar Tage konservieren. Das reicht jedoch bei vielen Haushalten bereits aus, um das zeitliche Ungleichgewicht zwischen der Stromerzeugung und dem Stromverbrauch weitgehend auszugleichen.

Die richtige Auslegung
Solarbatterien sind stets wiederaufladbar. Um ihre Power möglichst lang zu erhalten, dürfen diese Batterie- bzw. Akkutypen weder überladen noch zu stark entladen werden. Die maximale „Entladetiefe“ beträgt – je nach Typ – zwischen 50 und 80 Prozent. Das bedeutet: Wer zum Beispiel an trüben Wintertagen einen täglichen Bedarf von 2-3 Kilowattstunden (kWh) Strom hat und diesen vollständig mit Solarbatterien decken will, benötigt bei einer Batteriesorte mit 50 Prozent Entladetiefe insgesamt 4-6 kWh Batteriepower. Das entspricht umgerechnet etwa 300-500 Amperestunden (Ah). Beim Kauf eines Speichers sollte man auf einen K-Wert von mindestens 20 achten: Das bedeutet, dass die Solarbatterie in der Lage ist, den gespeicherten Strom rund 20 Stunden lang am Stück zur Verfügung zu stellen. Mit den derzeit im Handel erhältlichen Batterien ist es zwar technisch möglich, bis zu zwei Wochen Novemberblues zu überbrücken.

Allerdings funktioniert dies nur bei einer entsprechend großzügig dimensionierten Solaranlage, die zuvor ausreichend Strom in die Batterie leiten kann – und einer ebenso starken Batterieeinheit. Diese Auslegung rechnet sich allenfalls für Multimillionäre, die sich auf einsame Inseln zurückziehen wollen. Wenn die Solarstromspeicherung mit den derzeit handelsüblichen Batterielösungen bezahlbar bleiben soll, sind 12-24 Stunden Stromversorgung aus dem Akku eine realistische Zahl. Um das Zusammenspiel der bereits vorhandenen oder geplanten Photovoltaik-Anlage und des passenden Batteriespeichers optimal auszulegen, müssen letztendlich viele Faktoren berücksichtigt werden: von der Größe und Leistungsfähigkeit des Systems über ihren geografischen Standort, die Dachausrichtung, den Sonnenwinkel, die Jahreszeit bis hin zu einem exakt prognostizierten Stromverbrauch. Es lohnt sich daher, bereits bei der Speicherplanung einen Energieberater oder erfahrenen Installateur zu Rate zu ziehen. Gleiches gilt für die Installation selbst: Solarbatterien sind kein Kinderspielzeug – sie verfügen meist über eine Power, die bei unsachge-mäßem Umgang zur Gefahr werden kann.

Das Energiemanagement
Nach gründlicher Planungsphase verschaltet der Installateur die Batterien mit einem sogenannten Laderegler. Damit lassen sich sowohl der Ladevorgang als auch die Leistungsabgabe ganz exakt steuern – Schäden durch zu starkes Be- oder Entladen werden so von vorneherein vermieden. Um ein Optimum an Leistung aus PV-Anlage und Speichereinheit herauszuholen, lohnt sich der zusätzliche Anschluss eines Energiemanagementsystems. Damit lassen sich besonders verbrauchsintensive Haushaltsgeräte wie Waschmaschine oder Geschirrspüler zur Mittagszeit aktivieren, wenn die PV-Anlage ohnehin genügend Strom liefert. So wird der Eigenverbrauch des selbst erzeugten Stroms weiter erhöht – und damit auch die Eigenverbrauchsvergütung. Außerdem entlastet ein kluges Verbrauchstiming die Akkus, sie leben länger und leisten mehr.

Die Batteriewahl
Ein bekanntes Problem: Eigentlich will man nur eine einfache Batterie für den Wecker zu hause kaufen – und plötzlich steht man im Kaufhaus vor einem Regal mit hundert verschiedenen Sorten. Ganz so groß ist die Auswahl an Batterien, die sich für die Solarstromspeicherung eignen, nicht. Aber die Unterschiede zwischen den verschiedenen Batterietypen sind zum Teil gravierend. Um herauszufinden, welche Solarstrombatterie für die eigene Photovoltaikanlage die Richtige ist, sind verschiedene Kriterien zu beachten. Zunächst einmal sollte man sich über die individuellen Anforderungen Gedanken machen. Wie viel elektrische Energie müssen die Batterien speichern und abgeben können und über welchen Zeitraum? Weiter geht es mit dem Einbau und der Frage, wie aufwendig die Installation ist. Wichtig ist auch die Frage nach der Lebensdauer des  Batterietyps und dem Wartungsaufwand. Für viele Bauherrn wird auch der benötigte Platz für die geplante Batterieeinheit entscheidend sein. Und neben dem Kostenpunkt sollten auch Umwelt- und Gesundheitsaspekte nicht zu kurz kommen. Konkret lautet die Frage also: Wie schädlich sind die enthaltenen Stoffe in der Speichereinheit? Grundsätzlich sind sowohl Bleibatterien als auch Lithium-Ionen-Akkus geeignet. Ein Typ kommt aber nicht in Frage: die gute alte Autobatterie aus der Garage. Diese spezielle Form des Blei-Akkus ist dafür ausgelegt, sehr schnell viel Strom abzugeben, um Fahrzeuge zu starten. Durch die damit einhergehende, besonders kräftige Entladung wäre jedoch beim Einsatz im Solarhaus der Verschleiß eine Frage kürzester Zeit.

Blei-Säure-Batterien

Ein toter Frosch brachte im 18.Jahrhundert die beiden italienischen Wissenschaftler Luigi Galvani und Allesandro Volta auf die geniale Idee, dass sich chemische Energie in Elektrizität verwandeln und speichern lässt. Sie stellten nämlich erstaunt fest, dass seine Schenkel bei Berührung mit Kupfer oder Eisen zu zucken begannen. Im Jahr 1850 entwickelte der deutsche Mediziner Wilhelm Josef Sinsteden schließlich auf Grundlage der Forschungsergebnisse seiner italienischen Kollegen den ersten Blei-Akkumulator. Seither ist der Blei-Akku als zuverlässiges Arbeitstier unter den Speichermedien nicht mehr wegzudenken. Für den Einsatz als Solarstromspeicher braucht es allerdings einen etwas anderen Aufbau als bei einer herkömmlichen Starterbatterie: Anstelle vieler dünner, parallel geschalteter Elektroden ist die sogenannte Blei-Säure-Batterie für Solaranlagen robuster konstruiert – sie entlädt sich nach der Stromabgabe nicht so stark wie eine Autobatterie und ist besser vor Korrosion geschützt. Zugleich sind die Entladezyklen nicht zu kurz. Innerhalb eines Monats verliert der Blei-Solar-Akku nur etwa zehn Prozent seiner Leistung – bei der Autobatterie sind es bis zu 80 Prozent bei jedem Motorstart – und lebt dadurch deutlich länger: Die Lebensdauer einer Solarbatterie auf Blei-Säure-Basis beträgt im Durchschnitt etwa fünf Jahre. Dabei hängt die Lebensdauer vor allem von der Anzahl der Zyklen ab, in denen die Batterie ge- und entladen wird. Faustregel: Je mehr Bleigewicht eine Blei-Säure-Batterie auf die Waage bringt, desto mehr Leistung steckt in ihr – und desto länger ist auch ihre Lebensdauer. Voraussetzung dafür ist eine regelmäßige Wartung.

Die Batterie sollte sauber gehalten werden und man sollte besonders darauf achten, dass auch die Anschlüsse nicht verschmutzen und sie vorsichtig mit einem trockenen Tuch abwischen. Andernfalls kann sich die Batterie durch sogenannte Kriechströme entladen. Lockere Anschlussklemmen müssen regelmäßig nachgezogen werden. Blei-Säure-Batterien benötigen ähnlich wie gebräuchliche Autobatterien Wasser, sobald sich die darin enthaltene Säure allmählich verflüchtigt. Den Wasserstand an den Einfüllöffnungen sollte man mindestens zweimal pro Jahr prüfen und bei Bedarf Wasser bis zur Randmarkierung nachgießen. Dafür darf man ausschließlich destilliertes Wasser benutzen. Ist der Wasserverbrauch besonders in der kalten Jahreszeit auffallend hoch, sollte die Spannung des Ladereglers fachmännisch überprüft und gegebenenfalls neu eingestellt werden. Wer eine Blei-Säure-Batterie ungenutzt lagern will, muss hin und wieder feststellen, ob die Batterie noch vollständig geladen ist. Falls die Batterie nämlich im ungenutzten Zustand ganz oder teilweise Spannung verliert, ist ihre Lebensdauer bedroht. In diesem Fall muss die Batterie nachgeladen werden.

Der Ladezustand einer Blei-Säure-Batterie lässt sich generell auf zweierlei Weise messen – entweder mit einem Spannungsmess- gerät oder mit einem Säuredichtemesser. Dass ist ein kleiner Stab, der mit Batteriesäure angefüllt wird. Dabei wird der Säureprüfer einfach in jeden Verschlussstopfen auf der Oberseite der Batterie eingeführt und die Säure wie bei einer Pipette angesaugt. Ein kleiner Schwimmer zeigt die Säuredichte an: Ist die Batterie voll, liegt diese bei einem Wert von 1,28 kg je Liter – eine vollständig leere Batterie kommt dagegen gerade noch auf bescheidene 1,12 kg je Liter. Von allen erhältlichen Solarbatterien benötigen die Blei-Säure-Akkus damit den höchsten Wartungsaufwand. Allerdings sind sie auch mit etwa 100 Euro je Kilowattstunde die derzeit preiswerteste Speicherlösung für Photovoltaik-Anlagen. Wichtig: Blei-Säure-Batterien sollten niemals unter Abdeckungen verschwinden, sondern stets gut zugänglich im Haus installiert werden – zum Beispiel auf einem sauberen, trockenen Untergrund im möglichst gut gelüfteten Keller. Bei einer Beschädigung kann unter Umständen hochgiftige Schwefelsäure entweichen. In diesem Fall muss die Batterie dann umgehend von einem Profi umweltschonend entsorgt werden. Ein Einatmen der aggressiven und giftigen Dämpfe ist dabei ebenso zu vermeiden, wie eine Berührung mit der Haut.

Blei-Gel-Batterien
Anders als beim Blei-Säure-Klassiker arbeitet diese Batterie mit einer wesentlich geringeren Säureentwicklung. Die Säure wird dabei in einem speziellen Gel gebunden. Blei-Gel-Batterien sind fest verschlossen und sogar wasserdicht. Somit wird der Austritt von Gasen oder Säure selbst im Kopfstand verhindert. Diese Batterien können problemlos auch im Wohnbereich untergebracht werden. Ein weiteres Plus: Blei-Gel-Batterien lassen sich wesentlich länger ungenutzt lagern als Blei-Säure-Akkus und müssen dabei nur selten nachgeladen werden. Zugleich sind die Blei-Gel-Batterien besonders langlebig. Sie halten etwa sieben Jahre, vertragen eine tiefere Entladung und überstehen außerdem eine hohe Anzahl von Ladezyklen. Auch das Wassernachfüllen entfällt. Dadurch ist die Blei-Gel-Batterie praktisch wartungsfrei – aller- dings auch etwa dreimal so teurer wie eine einfache Blei-Säure-Ausführung: Ein Kilowatt kostet ca. 300 Euro.

Lithium-Akkus
Seit der Markteinführung der ersten Lithium-Ionen-Akkus in einer kleinen Sony-Videokamera sind nun gerade einmal 20 Jahre vergangen. Seither überschlagen sich bei der Weiterentwicklung dieses besonders zukunftsfähigen Batteriesystems die Ereignisse. Immer neue Metallverbindungen machen die ohnehin schon überlegenen Lithium-Akkus noch leistungsfähiger. Kein Wunder, dass zur Vielzahl von Anwendungsbereichen nun auch die Speicherung von Solarstrom kommt: Derzeit laufen in 25 deutschen Haushalten wissenschaftliche Praxistests, bei denen der Strombedarf dank Lithium-Batterien fast ausschließlich aus eigener Solarstromproduktion gedeckt wird. Die Rheinisch-Technische Universität Aachen erprobt dabei auch die Marktfähigkeit einer etwa kühlschrankgroßen Einheit aus Lithium-Akkus, Laderegler und Wechselrichter.
Spätestens in ein paar Monaten werden die ersten speziell auf Sonnenstrom abgestimmten Lithium-Ionen-Akkus in den Handel kommen. So plant die Firma Conergy die rasche Einführung einer Akku-Einheit mit einer Leistung von 8 Kilowattstunden. Auch Solarworld will nach der Produktion eines eigenen Blei-Akkus schon bald mit Lithium-Ionen-Batterien für Photovoltaik-Anlagen nachziehen.

Die Lithium-Lösung bietet verschiedene Vorteile, wie etwa eine extrem niedrige Selbstentladung. Außerdem kennen die Lithium-Ionen-Akkus keinen Memory-Effekt. So bezeichnet man den schleichenden Verlust der Speicherkapazität, der bei anderen Akkulösungen dann entsteht, wenn es immer wieder nur zu Teilentladungen kommt. Ein weiteres Plus eines Lithium-Ionen-Akkus im Vergleich mit Blei-Batterien: Seine Lebensdauer ist sowohl in Betrieb als auch bei der Lagerung mehr als doppelt so lang. Außerdem beträgt der Wirkungsgrad 85 Prozent gegenüber nur rund 70 Prozent bei Blei- Batterien. Lithium-Batterien sind noch dazu so gut wie wartungsfrei und wesentlich kleiner als ihre schweren Brüder und Schwestern aus Blei. Der einzige Haken an der Lösung: Bisher kosten die fortschrittlichen Lithium-Batterien je Kilowattstunde Leistung noch etwa 1.000 Euro. Damit sind sie zehnmal teurer als einfache Blei-Säure-Batterien. Allerdings könnten die derzeit hohen Preise auch sehr schnell fallen – Branchenkenner rechnen schon bald mit ersten günstigeren Angeboten um 300 bis 400 Euro pro Kilowattstunde.

Diesen Artikel verfasste Uwe Herzog für das greenhome Magazin

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