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Der Traum vieler Photovoltaikanlagen-Besitzer: weitestgehend unabhängig sein von Energieversorgern und Strompreisen. Mit einem Solar-Akku oder einer Solar-Batterie könnte dieser Traum Wirklichkeit werden. Aber sind die Solar-Akkus schon soweit entwickelt, dass ein wirtschaftlicher Betrieb möglich ist?

Übrigens - Synonyme für Solar-Akku lauten Solarakkumulator, Solarbatterie, Solarstromspeicher, Photovoltaikspeicher oder auch Photovoltaik-Akku – auch wenn die Wörter Akku und Batterie technisch gesehen unterschieden werden müssten

"Ihr Photovoltaik-Ratgeber" E-Book von Jascha Schmitz und Benjamin Volkmann

1. Deshalb brauchen Sie eine Solarbatterie?

Das Problem für Besitzer von Photovoltaikanlagen: in der Zeit mit dem meisten Sonnenschein – also dann wenn die Stromproduktion am höchsten ist – ist man nicht zuhause um den Strom auch zu verbrauchen. Man müsste diesen speichern können, um ihn dann abends zu nutzen. 

Aufgrund der gesunkenen Photovoltaik Einspeisevergütung" >Einspeisevergütung sollte der Verkauf - also das Einspeisen des eigenen Solarstroms möglichst vermieden werden. Der eigentliche Spareffekt ist viel größer, wenn Sie keinen teuren Strom vom Versorger mehr kaufen müssen!

Mittlerweile ist die Lithium-Ionen-Speichertechnologie an dem Punkt angekommen, dass es sich lohnt die PV-Anlage hiermit auszustatten.

  • Im Jahr 2016 sind in Deutschland ca. 50% der privaten Photovoltaikanlagen mit einem Speicher installiert worden.
  • zwischen Mai 2013 und Januar 2016 sind ca 34.000 Batteriespeicher mit gesamt ca. 200 Megawattstunden verbaut worden
  • Bis Ende 2018 rechnet der Bundesverbands Solarwirtschaft damit, dass die Zahl der Speicher 100.000 übersteigt.
  • Eine Analyse des Fraunhofer IWES prognostiziert bis 2023 einen Preisverfall der Speicher um 75 bis über 80 Prozent!
  • Selbst die großzügigsten Prognosen hatten das Wachstum der Photovoltaik unterschätzt - das weist darauf hin, dass der Speichermarkt einen ähnlichen Erfolgsweg einschlägt! 

2. Wie verwendet man einen Photovoltaik-Speicher?

Der Solar-Akku wird tagsüber geladen
1. Tagsüber laden

In der Zeit von 12 von 15 Uhr ist die Sonneneinstrahlung ideal für die ertragreiche Solarstrom-Produktion. In dieser Zeit gibt es aber meist nur wenige Stromabnehmer im Haus. Der Kühlschrank, die Gefriertruhe und womöglich das Aquarium laufen zwar, aber die Photovoltaikanlage produziert weit mehr Strom als diese Geräte benötigen. Daher wird der überschüssige Strom nicht in das Netz eingespeist, sondern in der Solar-Batterie gespeichert. Schon nach wenigen Stunden intensiver Sonnenstrahlung ist diese voll.

Nachts kann man den Solar-Akku anzapfen
2. Nachts entladen

Spätnachmittags oder Abends kommen die Hausbewohner heim. Der Herd, die Mikrowelle, der Fernseher, die Beleuchtung und womöglich Spül- und Waschmaschine werden angeschaltet. Doch statt nun den dafür benötigten Strom vom Versorger zu beziehen, zapft man den Solar-Akku an. Der Vorteil liegt also klar auf der Hand: der eigene Photovoltaik-Strom kann jederzeit ganz bequem selbst verbraucht werden – ganz ohne lästige Umstellungen der Gewohnheiten.

Solar-Akku für bestehende Photovoltaikanlagen nachrüsten?

Das Interesse hierfür ist tatsächlich gewaltig. Laut Umfragen interessiert sich der Großteil der Solaranlagen-Besitzer für die Nachrüstung.

Dies ist in der Regel unkompliziert möglich, die meisten Hersteller konzipieren Ihre Produkte sowohl für die Nachrüstung als auch für die Neuinstallation. Allerdings ist eine Nachrüstung nicht immer sinnvoll.

  • Denn insbesondere Photovoltaikanlagen, die vor 2011 installiert wurden, sind rentabler, wenn möglichst viel Solar-Strom eingespeist und nicht durch Eigenverbrauch genutzt wird.
  • Dies liegt an der hohen, für 20 Jahre garantierten Einspeisevergütung. Weitere Infos zur Wirtschaftlichkeit von Solar-Akkus finden Sie hier.

Jeder, der eine neue Photovoltaikanlage direkt mit einem Solar-Akku installieren möchte, befindet sich in guter Gesellschaft.

Immer mehr Solarteure raten Ihnen auch direkt zu dieser Kombination von PV-Anlage mit ausreichendem Speicher um wirtschaftlich sinnvolle Autarkie zu erreichen. Falls das nicht der Fall ist, empfehlen wir direkt und konkret nachzufragen!

Um einen für Sie passenden Solarteur ausfindig zu machen, können Sie unser kostenloses und unverbindliches Preisvergleichs-Tool nutzen.

3. Welche Solarbatterie-Technologien gibt es bereits?

Die meisten Solar-Batterien auf dem Markt beruhen auf zwei Technologien:

  • Lithium-Ionen
  • oder Blei.

Jeder Akku funktioniert nach dem Prinzip der Umwandlung von Elektrizität in chemische Energie. Beim Entladen wird das Prinzip umgekehrt. Beide Vorgänge setzen Wärme frei und ein Teil der Energie geht verloren.

Hinweis: Falls Sie auf der Suche nach Solar-Ladegeräten in kleinerem Maßstab für elektronische Geräte waren, empfehlen wir übrigens die Seite:  Infos zu USB-Solar-Ladegeräten.

Unterschied: Solarthermie-Speicher und Solarstromspeicher

Ein Solarthermie-Speicher und ein Solarstromspeicher bezeichnen nicht das gleiche; genauso wie die Solarthermie nicht dasselbe wie die Photovoltaik meint.

  • Die Photovoltaik dient dazu Solarstrom zu produzieren.
  • Solarthermie erzeugt mithilfe von Sonnenkollektoren Warmwasser und Heizwärme.

Da beide Solarsysteme einem anderen Zweck dienen, benötigen auch beide unterschiedliche Speichersysteme:

  • ein Solarthermie-Speicher sammelt warmes Wasser
  • der Solarstromspeicher versorgt den Haushalt mit Strom

Andere Bezeichnungen für den Solarstromspeicher sind Solar-Akku oder Solar-Batterie.

3.1. Funktionsweise einer Solarbatterie

Anhand des Blei-Akkus möchten wir nun die Funktionsweise einer Solar-Batterie vereinfacht erklären. Innerhalb des Akkus befinden sich zwei Blei-Platten – Elektroden genannt, von denen eine positiv (Kathode) und die andere negativ (Anode) geladen ist. Diese werden nebeneinander in eine Flüssigkeit (Elektrolyt) getaucht, welche oft aus Säure oder Gel besteht.

Führt man über einen Generator (G) Strom hinzu, wird der Akku aufgeladen. Dabei wandern die sogenannten Elektronen von der Kathode zur Anode. Dies ist ein chemischer Vorgang, der bis zur Kapazitätsgrenze ausgeführt werden kann. Beim Entladen wird durch das Anschließen eines elektronischen Verbrauchers der Vorgang quasi rückgängig gemacht.

Vorgänge beim Akku aufladen und entladen

3.1.1. Blei-Solarstromspeicher

Bei Blei-Akkus handelt es sich um eine altbewährte und zuverlässige Batterietechnologie. Wer die Motorhaube seines Autos öffnet, kann ein Beispiel für die Verwendung von Blei-Akkus sehen. Blei-Batterien sind vergleichsweise schwer und besitzen eine geringe Energiedichte – letzteres bedeutet eine geringere Kapazität im Vergleich zu anderen Akku-Technologien. Als Vorteil kann man die geringe Selbstentladung sehen. Der Wirkungsgrad von Blei-Stromspeichern beträgt meist zwischen 70 und 80%. Blei-Stromspeicher bestehen in der Regel aus einem Zusammenschluss mehrerer Akkuzellen, dennoch besteht keine Notwendigkeit eines Batteriemanagementsystems. Im Preis-Leistungsverhältnis haben Blei-Akkus die Nase vorn.

Es gibt Blei-Säure- und Blei-Gel-Akkus. Diese unterscheiden sich durch die Elektrolyt-Flüssigkeit. Man kann sagen, dass es sich bei Blei-Gel-Batterien um Weiterentwicklungen von Blei-Säure-Batterien handelt. Die Gel-Variante ist wartungsfrei und kann auch liegend betrieben werden, da keine Flüssigkeit mehr auslaufen kann. Dadurch ist ein Blei-Gel-Akku auch ein wenig teurer.

3.1.2. Lithium-Ionen-Solarstromspeicher

Wie der Name schon sagt, wird als Elektrolyt das Leichtmetall Lithium verwendet, genauer gesagt ein Lithium-Salz. Sie weisen eine sehr hohe Energiedichte auf, was zu einer kompakten Bauweise genutzt werden kann. So werden Lithium-Ionen-Akkus in Smartphones und Laptops verwendet. Dieser Vorteil ist auch für Solar-Stromspeicher gut, denn man benötigt mit einer Lithium-Ionen-Akku weniger Platz im Keller. Aber Hand aufs Herz: der Platzvorteil ist in Kellerräumen nicht so entscheidend.

Diese Stromspeicher sind sehr modern und werden stetig verbessert. Im Vergleich zu Blei-Akkus haben sie folgende Vorteile:

  • mehr Ladezyklen (also eine höhere Lebensdauer) und eine hohe Entladetiefe.
  • Nachteile sind aktuell kaum noch gegeben. (Früher waren das einmal die höheren Preise und die Notwendigkeit eines Energie-Management-Systems.
    Letzteres wird benötigt, um eine mögliche Überladung oder Überhitzung des Speichers zu verhindern.)
  • Dies stellt aber kein Hindernis mehr da - auch die Preise sind so weit gesunken, dass PV-Anlagen als Standard mit Lithium-Ionen-Akkus ausgestatten werden!

3.1.3. Solar-Batteriespeicher im Vergleich der technischen Daten

Bei den Angaben handelt es sich um Schätz- und Durchschnittswerte. Je nach Hersteller können diese nach oben oder unten abweichen.

  Blei Lithium
Ladezyklen 1.500 5.000
Wirkungsgrad 70 - 80% 90%
Entladetiefe 50 - 60% 70 - 95%
Lebensdauer bis zu 10 Jahren bis zu 20 Jahren
Sonstiges Wartung notwendig Wartungsfrei

4. Was ist beim Anschluss eines Solar-Akkus zu beachten?

Oft gehörte Begriffe im Zusammenhang mit dem Solar-Akku sind DC und AC, sowie einphasig oder dreiphasig. Was das bedeutet und welche Alternativen sinnvoller sind, erklären wir im Folgenden. Darüber hinaus ist die richtige Größe entscheidend.

4.1. 1. Wechselstrom (AC) oder Gleichstrom (DC) für den Solar-Akku?

Photovoltaikanlagen produzieren Gleichstrom (DC), da elektronische Geräte aber Wechselstrom (AC) benötigen, schaltet man einen Wechselrichter zwischen, der den Solarstrom entsprechend umwandelt.

Solar-Akkus speichern auch Gleichstrom (DC). Daher empfiehlt es sich den Photovoltaik-Strom direkt aus den Modulen im Akku zu speichern – also bevor der Strom durch den Wechselrichter läuft. So muss der Strom nicht extra umgewandelt werden. Denn: jede Umwandlung von Strom kostet Energie.

Der Solar-Akku speichert Gleichstrom: dennoch kann der vor oder nach dem Wechselrichter integriert werden

Wenn man den Gleichstrom (DC) aus der Photovoltaikanlage nun erst im Wechselrichter in Wechselstrom (AC) umwandelt und dann im Solar-Akku speichern möchte, muss dieser erneut in Gleichstrom (DC) umgewandelt werden. Sollte es möglich sein, ist daher die klare Empfehlung, die Solar-Batterie VOR den Wechselrichter zu schalten. Eine AC-Kopplung des Speichers bewirkt Energieverluste durch Stromumwandlung und Mehrkosten durch die zusätzliche Installation eines Batteriewechselrichters.

4.2. 2. Solar-Akku: einphasig oder dreiphasig?

Der Strom in deutschen Stromnetzen fließt dreiphasig. Allerdings endet die dreiphasige Stromversorgung beim Hausanschluss. Aus der Steckdose kommt einphasiger Strom. Eine Ausnahme bildet der Herd, welcher dreiphasig angeschlossen wird - auch bekannt als Starkstrom. Ab einer Leistung von 4,6 kW, müssen Photovoltaikanlagen - genau genommen der Photovoltaik-Wechselrichter - den Solarstrom dreiphasig einspeisen. Diese Vorschrift besteht, damit die Netzstabilität gewährleistet bleibt.

Daraus ergibt sich die Frage, ob es sinnvoll ist, den Solarstrom einphasig oder dreiphasig zu speichern. Da der Strom ja gespeichert wird, damit er im Haus verbraucht werden kann, ist eine einphasige Speicherung die bessere Alternative: günstiger und technischer leichter umzusetzen. Einziger Nachteil: Starkstrom-Geräte können dann über den Solar-Akku nicht versorgt werden. In den meisten Haushalten könnte dann also der Ofen und der Herd (Ceranfeld) nicht den gespeicherten Solarstrom nutzen.

4.3. 3. Welches ist die richtige Größe für den Solarspeicher, also wie viel Kilowatt sollte er haben?

Diese Frage kann man nur schwer pauschal beantworten, ein Solarteur sollte die passende Größe für Sie ermitteln. Die perfekte Größe des Solar-Akkus ergibt sich aus den Verbrauchsdaten Ihres Haushalts und dem Ertrag der Photovoltaikanlage.

So viel sei aber gesagt: ist die Speicherkapazität zu gering, verschenken Sie Einsparpotential. Ist der Akku zu groß, haben Sie viel Geld für eine Batterie ausgegeben, die Sie nicht voll ausschöpfen können. Nur die richtige Größen-Anpassung, führt zu einer lohnenden Rendite. Auch die Entladetiefe spielt hierbei eine zusätzliche Rolle. Ein Akku sollte so genutzt werden, dass dieser nie vollständig entladen wird. Dies verbessert die Lebensdauer.

5. Vorteile einer Solar-Batterie

Komfortabler Solarstrom-Verbrauch

Das Problem für Besitzer von Photovoltaikanlagen: in der Zeit mit dem meisten Sonnenschein – also dann wenn die Stromproduktion am höchsten ist – ist man nicht zuhause um den Strom auch zu verbrauchen. Man müsste diesen speichern können, um ihn dann abends zu nutzen. Dazu sind Solarspeicher gedacht. Ein Solar-Akku macht es möglich, dass Solarstrom komfortabel verbraucht werden kann.

Höherer Eigenverbrauch und höherer Autarkiegrad

Je mehr Strom man selbst verbraucht, desto rentabler ist eine Photovoltaikanlage, denn man spart enorm bei den Stromkosten. Ein Solarspeicher hilft dabei den Solarstrom-Eigenverbrauch stark zu erhöhen. Ohne Akku schafft man realistischerweise maximal 25% des Stroms selbst zu verbrauchen, mit einem Speicher halten Experten 80% für möglich.

Photovoltaik-Eigenverbrauch mit und ohne Batteriespeicher

Allerdings darf man diese Werte nicht missverstehen: 80% Prozent des Solarstroms selbst zu verbrauchen bedeutet nicht, dass man zu 80% von den Stromkonzernen autark ist. Letzteres nennt man den Autarkiegrad oder Grad der Selbstversorgung. Im Vergleich ist der Autarkiegrad auch der interessantere und aufschlussreichere Wert. Hierbei schaut man, wie viel Strom insgesamt benötigt wird, und wie viel Prozent davon man über die Solaranlage beziehen kann. Bei einem Eigenverbrauchsanteil von 80% liegt der Autarkiegrad wohl bei rund 60%.

Umweltschonung

Je mehr Solarstrom man direkt selbst verbraucht, desto weniger muss man auf Energieversorger zurückgreifen, die den Strom meist noch mit fossilen Brennstoffen produzieren.

Kombinierbar und nachrüstbar

Genial: fast alle Photovoltaikanlagen können mit einer Solar-Batterie kombiniert werden. Auch bei Bestandsanlagen ist das überhaupt kein Problem.

Kurze Ladezeit

Die meisten Photovoltaik-Batterien sind in wenigen Stunden - je nach Größe des Batterie und der Photovoltaikanlage - komplett vollgeladen.

6. Solar-Akku-Begriffe

Energiedichte

Die Energiedichte einer Photovoltaik-Batterie ist kein unbedeutendes Merkmal. Denn: je höher die Energiedichte ist, desto kleiner ist der Akku – bei gleicher Kapazität. Allerdings steigt mit der Dichte auch der Preis des Solar-Akkus. Lithium-Ionen-Batterien sind im Bereich der Energiedichte klar im Vorteil, daher werden sie beispielsweise in Smartphones und Laptops verbaut.

Entladungstiefe oder Entladetiefe

Je nach verwendeter Solar-Batterie-Technolgie und -Hersteller ist eine komplette Entladung des Speichers nicht wünschenswert, da es dem Gerät schaden könnte. Bei einer Zuführung von 100% Solarstrom werden dann also vielleicht nur 75% wieder entnommen. Je höher die Entladetiefe, desto effizienter der Akku. Eine Entladungstiefe von bis 90% ist also ein gewisses Qualitätsmerkmal von Solar-Akkus. Ein Solar-Akku auf Blei-Basis verträgt oft nur eine Entladetiefe von maximal 50%.

Die Entladetiefe wird oft mit DoD bezeichnet, was Depth of discharge bedeutet. Diese Größe sollte bei der Größendimensionierung des Photovoltaik-Speichers berücksichtigt werden. Aufgrund der geringeren Entladungstiefe von Blei-Speichern, sollte die Kapazität größer als die Kapazität der Photovoltaikanlage sein. Ein Beispiel: die Batterie hat eine Kapazität von 8,0 kWh bei einer Entladetiefe von 85%. Der Besitzer kann maximal 6,8 kWh Strom aus dem Gerät „anzapfen“.

Ladeleistung

Die Ladeleistung ist im Prinzip die Ladegeschwindigkeit des Batteriespeichers. Eine möglichst hohe Ladeleistung ist auf jeden Fall gewünscht, da die Sonne eben nicht den ganzen Tag scheint. Je mehr Solarstrom der Akku in den Sonnenstunden aufnehmen kann, desto besser.

Ladezyklen

Das Wort Ladezyklus meint das Aufbrauchen einer kompletten Batterieladung. Dies muss nicht in einem Vorgang passieren. Wenn der Akku an vier Tagen jeweils um ein Viertel geleert wird, entspricht dies einem Ladezyklus. In der Realität wird der Solar-Akku aber nur selten erst komplett aufgeladen und dann wieder vollständig entladen (was einem Vollzyklus entsprechen würde). Meist geschehen die Lade- und Entladevorgänge in Teilzyklen. Letztlich gibt die maximale Anzahl der Ladezyklen also die Lebensdauer einer Solar-Batterie an. Die Experten von EuPD Research haben errechnet, dass ein typischer Haushalt mit Photovoltaikanlage pro Jahr ca. 250 Ladezyklen verbraucht.

Leistungsgarantie

Hersteller, welche von ihren Produkten überzeugt sind, geben eine Leistungsgarantie. Diese besagt, dass der Solar-Batterie innerhalb eines bestimmten Zeitraums – beispielsweise 10 Jahre – noch mindestens einen bestimmten Prozentwert seiner anfänglichen Kapazität leisten wird. Bei einer Solar-Batterie ohne Leistungsgarantie sollte man vorsichtig sein – wenngleich dies nicht heißt, dass das Gerät per se schlecht ist, wenn keine Leistungsgarantie angeboten wird.

Memoryeffekt

Jeder kennt den Memoryeffekt vom Handy. Mit der Zeit hält der Akku nicht mehr so lange; oder mit anderen Worten: die Speicherkapazität des Akkus verringert sich. Das liegt daran, dass die Batterie Kristalle bildet und ein vollständiges Laden und Entladen verhindert. Das Wort „Memoryeffekt“ kann man mit Erinnerungseffekt oder Batterieträgheitseffekt übersetzen. Dies deutet darauf hin, dass sich ein Akku, den man nicht ab und zu komplett entlädt, daran „erinnert“ wie viel Kapazität in der Regel benötigt wird und dann auch nur noch so viel Kapazität zur Verfügung stellt. Bei Lithiumionen-Akkus tritt dieser Memoryeffekt nur ganz geringfügig auf, bei Blei-Akkus gar nicht. Bei modernen Batterietechnologien muss man sich um den Memoryeffekt aber keine Sorgen mehr machen.

Notstrom

Die meisten Solarbatterien verfügen über eine Notstrom-Option, so dass man Stromausfall weiterhin mit Strom versorgt wird.

Selbstentladung

Solar-Akkus entladen sich bei Nichtbenutzung langsam selbst. Dies bedeutet einen Energieverlust, welcher sich aber im Rahmen hält. Die Selbstentladung ist temperaturabhängig: je kälter die Umgebungstemperatur, desto geringer tritt der Effekt auf. Daher ist Keller, der ja meist kühl ist, ein idealer Standort für Ihren Solar-Akku.

Speicherkapazität

Die Nennspeicherkapazität ist einfach ausgedrückt, die Menge Strom, die der Stromspeicher maximal speichern kann. Dieser Wert wird in Kilowattstunden angegeben. Die tatsächlich nutzbare Speicherkapazität multipliziert mit der Entladetiefe. Die Nennspeicherkapazität ist weniger aussagekräftig als die nutzbare Speicherkapazität.

Wirkungsgrad

Der Solar-Akku setzt beim Auf- und Entladen Wärme frei, wobei ein Teil des Solarstroms verloren geht. Man erhält also nicht zu 100% die gleiche Menge Strom zurück, wenn man diesen im Akku zwischengespeichert hat. Wie viel Prozent man zurück erhält, ist der Wirkungsgrad der Solar-Batterie. Bei Lithium-Solarstromspeichern liegt der Wirkungsgrad oft über 90%, bei Blei-Batterien zwischen 70 und 80%

Auf der nächsten Seite: die größte Übersicht aller Solar-Akku-Hersteller

Contact Person Autor des Artikels: Jascha Schmitz - Redakteur der Umweltportale: Solaranlagen-portal.de | Ihr-BHKW.de | Ihre-Waermepumpe.de | klaeranlagen-vergleich.de