E s ist noch früh am Tag. Gut 40 Installateure haben sich aufgemacht ins beschauliche Örtchen Wachow, nur wenige Kilometer westlich von Berlin. Einige haben mehrere Hundert Kilometer hinter sich, nur um an der Schulung teilzunehmen. Das Interesse ist groß. Schließlich will keiner den Anschluss an die neuesten Trends im Markt verpassen. Auf der Tagesordnung steht die Installation neuer Energiemanager und die Einbindung von Speichersystemen in Solarstromanlagen. Eingeladen hatte der Photovoltaikgroßhändler Havelland Solar. Otto Willemsen ist Vertriebsmanager des niederländischen Herstellers Nedap. Er referiert über die Tricks und Kniffe, wie die Installateure am besten vorgehen.
Genau auf den Verbrauch abstimmen
Nachdem er die Verschaltung des Power Routers aus den Niederlanden erklärt hat, spricht Willemsen über die Einbindung von Speichern. Schnell wird klar, dass die Batterien genau auf den Stromverbrauch abgestimmt werden müssen. Die Anlagenplanung wird dadurch noch individueller als bisher. Jetzt kommen nicht nur die mechanischen Lasten auf dem Dach und die Umgebungsbedingungen zum Tragen. „Die Kapazität des Batteriespeichers muss individuell auf das elektrische Lastprofil des Haushaltes abgestimmt werden“, erklärt Otto Willemsen. „Am Anfang steht also immer die Bestimmung der Speicherkapazität über eine normale Lastkurve.“
Sie ist Ausgangspunkt für die Dimensionierung der Batterien. „Denn einen zu großen Speicher bekommt die Solaranlage im Frühling und im Herbst nicht voll“, wie Willemsen sagt. „Im Sommer wird der Speicher nicht leer. Das zehrt an der Lebensdauer der Batterie.“ Er nennt diese Faustregel: Insgesamt sollte der nutzbare Speicher nicht größer sein als ein Tausendstel des Jahresstromverbrauchs in Kilowattstunden. Bei einem Verbrauch von 5.000 Kilowattstunden pro Jahr kommt also eine Batterie mit einer nutzbaren Speichergröße von fünf Kilowattstunden infrage. „Um daraus die benötigte Nennkapazität des Speichers abzuleiten, muss der Installateur wissen, dass bei Lithium-Ionen-Batterien bis zu 90 Prozent der Nennkapazität genutzt werden können, Bleibatterien aber besser nur bis zu 50 Prozent entladen werden sollten“, erklärt Martin Rothert, Produktmanager bei SMA in Kassel. „Damit ergibt sich für einen Verbrauch von 5.000 Kilowattstunden pro Jahr eine Nennkapazität für eine Lithium-Ionen-Batterie von sechs bis sieben Kilowattstunden und für eine Bleibatterie von etwa zehn Kilowattstunden.“ Dabei sollten aber auch besondere Lasten beachtet werden: zum Beispiel eine Sauna im Haus, die einmal alle zwei Wochen läuft.
Nahe am Hausanschluss
Wenn der Installateur dem Kunden einen Batteriespeicher verkauft, spielen die baulichen Voraussetzungen eine große Rolle. „Für alle Systeme ist der Platzbedarf nicht unerheblich“, betont Martin Rothert. So muss bei der Installation von Bleibatterien der Raum, in dem sie stehen, ausreichend belüftet sein. „Aber auch Lithium-Ionen-Batterien stellen bestimmte Ansprüche an den Aufstellungsort“, gibt Rothert zu bedenken. Vor allem sollten die Systeme möglichst nahe am Hausanschlusskasten stehen.
Zusätzlich muss der Installateur beachten, ob das angebotene System den aktuellen Normen und Richtlinien entspricht. Entscheidend ist vor allem die VDE AR 4105, die umgangssprachlich als Niederspannungsrichtlinie bekannt ist. Die Erfüllung der Norm muss im Datenblatt des Batteriewechselrichters angegeben sein. Dabei geht es darum, dass die Netzbetreiber über den Wechselrichter die Wirkleistung der Anlage entsprechend der Netzfrequenz steuern können, um Überfrequenzen zu vermeiden.
Förderregeln beachten
Will der Kunde die Einbindung eines Batteriespeichers von der Bundesregierung gefördert bekommen, muss der Installateur außerdem beachten, dass das System die vorgegebenen Voraussetzungen erfüllt. Diese hat der Gesetzgeber so geregelt, dass der Einsatz von Stromspeichern nicht ausschließlich dem Eigenverbrauch des Betreibers, sondern vielmehr der Entlastung der Stromnetze zugutekommt. Deshalb müssen die Speicher netzoptimiert betrieben werden. Das bedeutet, dass die Solaranlage nicht in den Morgenstunden zuerst den Speicher volllädt und dann mit voller Wirkleistung in den Mittagsstunden ins Netz einspeist. Die Speicherladung muss über den Tag so verteilt werden, dass die Solarstromanlage nur mit maximal 60 Prozent ihrer Wirkleistung ins öffentliche Netz einspeist.
Prognose übers Internet
Bei SMA funktioniert diese Regelung über den Sunny Home Manager. Er bezieht aus dem Internet eine tägliche Solarprognose für den Standort der Anlage. Zusätzlich berechnet er aus dem Stromverbrauch der Vergangenheit die aktuelle Lastprognose für den Verbrauch im Gebäude. Dabei bezieht er steuerbare Verbraucher ein. Aus diesen Daten erstellt der Home Manager einen „Einsatzplan“ für die steuerbaren Verbraucher. Er versucht, sie so zu steuern, dass sie möglichst viel Strom aus der Solaranlage verbrauchen. Allein damit sollte die Einspeiseleistung schon an die geforderten 60 Prozent der Wirkleistung herankommen. Dann noch überschüssige Energie wird in der Batterie gespeichert. In das öffentliche Stromnetz fließt nur noch der Strom, der weder direkt verbraucht noch in der Batterie gespeichert werden kann. Dann muss der Wechselrichter die Einspeisung so weit abregeln, dass die Anlage die vom Gesetzgeber geforderten 60 Prozent Wirkleistung nicht überschreitet.
Spätestens mit der Speicherförderung kommt auch die Frage ins Spiel, wie der Speicher eingebunden wird. Für neue Solarstromanlagen eignet sich der Anschluss auf der Gleichstromseite (DC), also zwischen der Solaranlage und dem Wechselrichter. „Der Vorteil ist, dass man den Strom aus den Solarpaneelen nur in Wechselstrom umwandelt, wenn er verbraucht wird“, erklärt Otto Willemsen. „Wird die Batterie auf der Wechselstromseite angeschlossen, muss man ihn zweimal umwandeln, mit entsprechenden Systemverlusten. Die Systemeffizienz kann bei netzgekoppelten Systemen bis 89 Prozent betragen, gegenüber 80 Prozent, wenn der Speicher auf der Wechselstromseite angeschlossen ist.“
Nedap setzt auf DC-Einbindung
Die aktuellen Lösungen von Nedap sind konsequent auf eine Einbindung auf der Gleichstromseite ausgelegt. „Ein weiterer Vorteil ist, dass die meisten DC-Systeme höher integriert sind“, sagt Martin Rothert von SMA. „Das bedeutet, dass man nur ein Gerät für den Anschluss an die Photovoltaikanlage und die Batterie braucht.“ Die höhere Integration erlaubt preiswertere Lösungen, solche Systeme sind oftmals einfacher zu installieren. „Allerdings hat die Einbindung des Speichers auf der Gleichstromseite auch Nachteile“, weiß Rothert. „Eine höhere Integration bedeutet immer einen Verlust an Flexibilität.“
Ähnliches Spannungsniveau
Die höhere Effizienz und die geringeren Kosten erreicht man vor allem dann, wenn die Eingangsspannung der Photovoltaikanlage, die Batteriespannung und die Netzspannung auf ähnlichem Niveau liegen. „Für die Photovoltaikspannung ist dies in der Regel keine große Einschränkung, aber durchaus für die Batterie“, erklärt der Produktmanager von SMA. Die Hessen bieten derzeit nur die Einbindung des Speichers auf der Wechselstromseite an. Aber SMA will demnächst mit dem Sunny Boy Smart Energy ein optimiertes und voll integriertes Gleichstromsystem auf den Markt bringen.
Derzeit sind Batterien mit einer Spannung von 48 Volt DC die gängigste Variante. Sie sind auch am billigsten. „Bei dieser Batteriespannung ist ein DC-System in der Regel nicht effizienter als ein AC-System“, meint der SMA-Mann. Deshalb muss sich der Installateur im Vorfeld auf ein bestimmtes Verhältnis der Eingangsleistung für die Batterie und der Ausgangsleistung der Photovoltaikanlage festlegen. „Man kann damit in der Regel keine Systeme aufbauen, die eine sehr große Photovoltaikanlage mit einem kleinen Speicher verbinden oder umgekehrt“, betont Rothert. Auf diese Weise wird die Batterie zum Teil der Anlagenplanung, die Komplexität wächst. Schon haben die ersten Anbieter von Software zur Planung und Simulation reagiert: Die Programme erlauben nun auch, Stromspeicher und Lastprofile in die Planung einzubeziehen.
Ein zweiter Nachteil der Einbindung auf der Gleichstromseite ist, dass bei der Nachrüstung von bestehenden Anlagen der bereits verbaute Wechselrichter verschwinden muss. Denn meist kann er nicht mit den entsprechenden Energiemanagern kommunizieren. Dann wird die Nachrüstung umso teurer. „Deshalb eignen sich für die Nachrüstung vor allem die auf der Wechselstromseite gekoppelten Systeme“, erklärt Rothert. „Dann kann der Kunde in den meisten Fällen den vorhandenen Wechselrichter weiter nutzen.“ Die Verschaltung ist nicht anders als für ein komplett neues System.
Geeignete Räume wählen
Noch ein Wort zu baulichen Gegebenheiten, die nicht unerwähnt bleiben sollen: Bleibatterien benötigen in der Regel einen entlüfteten Raum. Für Lithium-Ionen-Zellen werden derzeit brandsichere Räume diskutiert, allerdings dürften dann solche Speicher nicht mehr in Autos oder Laptops verbaut werden. Wahrscheinlicher ist, dass die Batteriehersteller die Entflammbarkeit und Selbstzündung der Batterien konstruktiv lösen, indem sie geeignete Materialien für die Kathoden nutzen und Kobalt aus den Zellen verbannen. Zudem bauen sie in die Zellen und Batteriepacks zusätzliche Sicherheitssysteme, die Überdruck vermeiden und defekte Zellen abschalten.
Wichtig ist jedoch in jedem Fall, Batterien und Wechselrichter möglichst nahe beieinander zu installieren, um überflüssige Kabelwege zu vermeiden. Auf diese Weise wird auch die Inspektion und Wartung der elektrischen Anlage erleichtert. Der Installateur findet die Leistungselektrik beispielsweise im Haustechnikraum oder im Zählerraum im Keller.
Kompakter Speicher: Batterieblock aus Lithium-Ionen-Zellen des neuen Accu System von REM aus Rottenburg.
Batteriewechselrichter Sunny Island von SMA und die zugehörigen Batterien: Der Kasseler Inverterhersteller war Vorreiter bei der Integration von Stromspeichern in die Solartechnik.
Techniker der Tritec International AG bereiten den Einbau des Speichersystems Tricell vor. Es besteht aus Lithium-Ionen-Zellen und wird je nach Größe des Solargenerators dimensioniert.
Links: Der Solarstrom fließt nur durch den Wechselrichter, wenn er die Verbraucher (1) füttert oder ins Netz speist (3). Die Batterie lädt direkt aus der Solaranlage (2). Rechts: Die Verbraucher beziehen ihren Strom zuerst aus der Solaranlage. Reicht das nicht, hilft die Batterie aus. Das Netz puffert die Spitzenlasten.
