Speicherung von dezentral produziertem Eigenstrom
Die solare Unabhängigkeitserklärung
Derzeit werden Systeme zur Speicherung für Solarstrom heiß diskutiert. Der Markt für solche Speichersysteme gewinnt rasant an Fahrt. Markus Graßer erläutert die Funktionalitäten von Solarstromspeichern und gibt einen Einblick in die Systemtechnik.
Nicht erst seit gestern ist es ein Wunsch von Menschen, ein Stück weit von Energieversorgungsunternehmen und deren Stropreiserhöhungen unabhängiger zu sein. Dieser Traum rückt nun in greifbare Nähe. Die Idee hierfür klingt einfach und simpel. Man speichert den von der Photovoltaikanlage tagsüber auf dem eigenen Dach produzierten Strom in Batterien und gibt ihn abends an den Haushalt wieder ab. Vor der Änderung des Erneuerbare-Energien- Gesetzes (EEG) 2009 war es gesetzlich vorgeschrieben, den gesamten selbst erzeugten Strom direkt in das öffentliche Stromnetz einzuspeisen. Hierfür erhielt der Anlagenbetreiber die zu diesem Zeitpunkt gültige Einspeisevergütung.
Eigenstrom
Vor gut zweieinhalb Jahren wurde in Deutschland dieser Einspeisezwang aufgehoben und jeder Hauseigentümer kann nun seinen eigenen Strom auf seinem eigenen Dach produzieren. Um einen Anreiz für eine verstärkte Nutzung des Eigenstromes zu schaffen und damit gleichzeitig die lokalen Stromnetze zu entlasten, entschloss sich die Bundesregierung, dezentral produzierten Eigenstrom zu fördern. Das ist der Solarstrom, der im Haushalt sofort verbraucht wird. Die Abrechnung erfolgt über eine simple Zähleranordnung, die in den Ergänzungen der Technischen Anschlussbedingungen von Oktober 2009 beschrieben ist. Zudem hat der Gesetzgeber 2010 bei der Vergütung von Eigenstrom eine zweite Vergütungsstufe bei 30 % Eigenstromanteil eingezogen, um den Anreiz der dezentralen Stromproduktion weiter zu erhöhen. Werden mehr als 30 % des auf dem eigenen Dach produzierten Stroms im darunterliegenden Haus verbraucht, steigt die Vergütung für jede Kilowattstunde, die darüber liegt, um 4 Cent. Aber nicht nur diese Anreize tragen dazu bei, dass bereits die meisten Solarstromanlagen heutzutage auf Eigenstrom produzieren. Die PV-Branche geht davon aus, dass spätestens 2012 die Grid-Parity erreicht wird. also der Zeitpunkt, an dem der Strom vom eigenen Dach günstiger ist als der vom Energieversorger. Spätestens ab dieser Wende wird man sich überlegen, wie möglichst viel des eigenen kostbaren Solarstroms selbst genutzt werden kann. Denn jede Kilowattstunde, die selbst erzeugt und verbraucht wird, muss nicht teuer zugekauft werden. Das bringt finanzielle Sicherheit und energietechnische Unabhängigkeit. Durch Systeme, die tagsüber überschüssigen Solarstrom speichern und diesen abends dem Haushalt wieder zur Verfügung stellen, kann der Eigenstromanteil deutlich erhöht werden.
Stromspeicher
Es gibt viele unterschiedliche Arten, elektrischen Strom zu speichern. Allerdings stellen derzeit nur die chemischen Speicher eine sinnvolle Lösung für Eigenheime und Kleinbetriebe dar. Diese besitzen die besten Eigenschaften in Bezug auf Preis, Sicherheit und technische Umsetzbarkeit. Diese wiederaufladbaren Batterien arbeiten mit unterschiedlichen Materialien. Je nach Material besitzen sie charakteristische Eigenschaften. Um einen Speicher zur Speicherung von Solarstrom einsetzen zu können, sollte dieser gewisse Voraussetzungen erfüllen: eine hohe Zyklenfestigkeit und eine hohe kalendarische Lebensdauer. Nicht jeder Batterietyp weist diese Anforderungen auf. Große Potenziale lassen sich dem Bleigel-Akkumulator und der Lithium-Ionen-Technologie zuschreiben. Selbst innerhalb der jeweiligen Technologie gibt es enorme Unterschiede. So weist eine herkömmliche Starterbatterie in der Regel zwar eine Lebensdauer von acht Jahren auf, aber nur ca. 300 Zyklen. Speziell entwickelte Solarbatterien auf Blei-Gel-Basis, die auf Röhrchenplattentechnologie beruhen, können hingegen Zyklenfestigkeiten von über 2500 Zyklen und mehr als 18 Jahre kalendarische Lebensdauer aufweisen. Starterbatterien sind also nicht für den Einsatz solcher Anwendungen geeignet. Wie groß eine optimale Zyklenfestigkeit sein sollte, lässt sich kaum pauschal sagen. Diese ist abhängig von der Größe der Solarstromanlage, dem Jahresverbrauch des Haushaltes und dem Energieinhalt der ausgewählten Batterie. Zwischen der Bleitechnologie und der Lithiumtechnologie gibt es weitere Unterschiede. Vergleicht man die Datenblätter zweier Batterien der jeweiligen Technologie miteinander, so stellt man fest, dass die Lithium-Ionen-Technik auf dem Papier nahezu nur Vorteile bringt. Spätestens beim Preisvergleich wird man aber auf den Boden der Tatsachen zurückgeholt. Vor einigen Jahren noch war eine Lithiumbatterie zehnmal teurer als eine vergleichbare Bleibatterie. Aufgrund hoher Nachfrage und Entwicklungsfortschritt im Automobilsektor sinkt dieser Preisunterschied derzeit. Eine weitere wichtige Komponente für die Speicherung der Sonnenenergie in Batterien spielt die Systemtechnik, mit der diese betrieben werden. Es braucht eine ausgeklügelte Technik, die für das Laden und Entladen der Batterien zuständig ist. Funktioniert diese nicht richtig, könnten Batterien zu häufig zyklisiert werden, was sich auf die Lebensdauer der Batterien auswirkt. Gute Forschung und Erfahrung sind hier entscheidend.
Back-up-System
Wird bedacht, dass sich durch das Speichersystem ein gewisser Vorrat an elektrischer Energie zuhause befindet, ist der Schritt zu einem Backup-System nicht weit. Durch ein solches System schafft man sich eine gewisse Versorgungssicherheit, falls das öffentliche Netz ausfällt. Wird ein Netzausfall von einem Speichersystem erkannt, wird in der Regel vollautomatisch innerhalb kurzer Zeit auf Backup-Betrieb
umgeschaltet. Haushaltsverbraucher wie Beleuchtung, Heizungssteuerung, Fernseher, Radio usw. können so weiter betrieben werden. Über eine sinnvoll gewählte Entladetiefe kann verhindert werden, dass im Falle eines Stromausfalls die Batterie bereits im Haushalt vor dem Backup-Fall entladen wurde. Das Praktische ist, dass der Wechselrichter in dieser Betriebsart weiterläuft und sich nicht wie üblich abschaltet. Dann ist es möglich, auch bei Stromausfall mehrere Tage „autark“ zu sein.
Parameter für Stromspeicherung
Ein Trend bei Speichersystemen geht derzeit eindeutig auf eine umfangreiche Visualisierung der wichtigsten Parameter im Haushalt. Folgende Parameter sollten dem Benutzer in Internetportalen angezeigt werden (Abb.):
- Solarstromertrag
- Haushaltsverbrauch
- Eigenverbrauch (in % und absolut)
- Batterieaufladung
- Batterieentladung
- Ladezustand der Batterien
Dadurch ist es möglich, sich das eigene Benutzerverhalten vor Augen zu führen und gewisse Sparpotenziale zu entdecken. Das ist wichtig, denn einen Großteil des Eigenverbrauchs, den so genannten natürlichen Eigenverbrauch, kann der Anwender selbst beeinflussen. Auch eine portable Version via Smartphone und Tablet-PC ist bei einigen Systemen schon möglich. Ebenso spielt das automatische Einschalten von Verbrauchern eine zunehmend wichtigere Rolle. Dadurch können bei starker Sonneneinstrahlung und geringem Eigenverbrauch Verbraucher automatisch zugeschaltet werden. Sinnvoll ist dies z.B. bei Waschmaschine oder Spülmaschine. In Zukunft könnte vor allem auch die Elektromobilität eine wichtige Rolle in der Eigenstromerhöhung darstellen. Um eine CO2freie und damit umweltfreundliche Anwendung zu ermöglichen, müssen die Elektroautos mit Erneuerbaren Energien aufgeladen werden. Und welcher Gedanke liegt da näher, als dies mit der heimischen Solarstromanlage zu realisieren. Um eine Kompatibilität mit den Batterien
in den Elektroautos her zustellen, müssen die Solarstromspeicher jedoch wieder anders ausgelegt werden.
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