Jeder Effizienzpunkt spart

Fehlende Transparenz im Heimspeichermarkt verunsichert die Kunden. Das schadet dem Markt als Ganzes. Denn der Wettbewerb ist hart, der Druck im Markt bleibt hoch. Innerhalb von zwei Jahren haben sich die Verkaufszahlen der Systeme annähernd verdreifacht. Im Sommer 2018 wurde hierzulande bereits der 100.000. Heimspeicher in Eichwalde bei Berlin installiert. Treiber ist der Wunsch nach einer autarken und ökologischen Versorgung mit Solarstrom. Künftige Käufer werden aber immer stärker auf die Effizienz und die Wirtschaftlichkeit der Systeme achten.

Mehr als 60 Hersteller bieten ihre Heimspeicher auf dem deutschen Markt an. Die „Stromspeicher-Inspektion 2018“ der Forschungsgruppe Solarspeichersysteme der Hochschule für Technik und Wirtschaft (HTW) Berlin hat ein hehres Ziel: Sie will mehr Transparenz in den Markt bringen.

Nur wenige Hersteller an Bord

Auch weil viele pauschale Aussagen zur Heimspeicherwahl und der Bedeutung der Energieverluste nach den Ergebnissen der Ende 2018 präsentierten Studie nicht aufrechtzuerhalten sind. Zehn Firmen der 60 angefragten Hersteller beteiligten sich am Ende an der Studie. Sie reichten die Prüfberichte gemäß dem Effizienzleitfaden für insgesamt 20 Systeme ein.

Immerhin vereinen die zehn Unternehmen mehr als die Hälfte aller Marktanteile in Deutschland auf sich. Man kann also sagen, dass die relevanten Marktteilnehmer sich beteiligt haben – auch wenn einige die Ergebnisse nur anonym freigaben.

Einmal im Jahr soll diese Stromspeicher-Inspektion nun wiederholt und aktualisiert werden. Wettbewerb belebt schließlich das Geschäft.

Je größer die Speicherkapazität, umso größer werde die erzielbare Eigenversorgung, heißt es bei Anbietern oft. Studienleiter Johannes Weniger von der HTW argumentiert, dass hohe Energieverluste bei der Umwandlung und im Stand-by-Betrieb bei überdimensionierten Speichersystemen für Ineffizienzen sorgen und somit die Kosten erhöhen. Die Speicher amortisieren sich langsamer oder gar nicht. Kleine, effiziente Speichersysteme ermöglichen dagegen eine geringere Stromrechnung am Jahresende. Systemeffizienz sollte demnach das wichtigste Kriterium beim Speicherkauf darstellen, folgern die Autoren.

Der von der HTW entwickelte System Performance Index, kurz SPI, bietet künftig eine Hilfestellung beim Speicherkauf. Der SPI setzt die erzielte Kosteneinsparung eines Batteriesystems mit Solarstrom ins Verhältnis zu einem errechneten Einsparungspotenzial eines theoretisch verlustfreien Systems. Mit anderen Worten: Der SPI beschreibt, wie sehr Energieverluste die finanziellen Erlöse verringern. Als Referenz für das Idealsystem wurde ein Haushalt mit einem Stromverbrauch von 5.010 Kilowattstunden pro Jahr herangezogen.

Plenticore Plus erzielt den besten Wert

Für insgesamt 16 Systeme wurde ein Wert ermittelt. Nur drei Speichersysteme haben einen SPI von knapp über 90 Prozent erzielt. Auf Platz eins steht der Plenticore Plus 5,5 von Kostal mit der B-Box H11,5 von BYD. Er erreicht einen SPI von 91,4 Prozent. Zur Verdeutlichung: Ein ideales System ohne Verluste spart 1.211 Euro pro Jahr. Jeder Prozentpunkt weniger bedeutet folglich eine verlorene Ersparnis von zwölf Euro. Das bestplatzierte System, der Plenticore mit der BYD B-Box HV, liegt demnach nur rund 100 Euro vom idealen Wert entfernt, der finanzielle Vorteil des Systems summiert sich auf rund 1.100 Euro.

Für die mittleren Werte aller getesteten Systeme beim SPI ergaben sich bis auf die erste Nachkommastelle dieselben Ergebnisse von 88,1 – auch bei beiden unterschiedlichen Systemkopplungen DC oder AC. Wichtig ist vielmehr eine smarte Leistungselektronik, die die Umwandlungsverluste möglichst gering hält, unabhängig von der Systemeinbindung.

Fünf Kennzahlen für die Effizienz

Die Wissenschaftler der HTW Berlin raten: Mindestens 95 Prozent sollte der Wirkungsgrad der Leistungselektronik bei einem Kilowatt ausmachen. Ebenso soll die Batterieeffizienz bei mehr als 95 Prozent liegen. Maximal fünf Watt sollte das System im Stand-by verbrauchen, zudem nur höchstens fünf Watt stationäre Regelungsabweichung aufweisen. Fünfte und letzte Kennzahl: Die Einschwingzeit der Systemregelung sollte unter zwei Sekunden liegen.

Damit ein System effizient arbeitet, muss die Abstimmung zwischen den zwei Unternehmen Kostal und BYD funktionieren. Es gilt, zwei unterschiedliche Systeme zusammenzuführen und die definierten Grenzen für Ströme und Spannungen einzuhalten. Bei den Sicherheitsanforderungen ist Kostal sehr streng. Da der Plenticore-Wechselrichter keinen Trafo hat und direkt im DC-Zwischenkreis angeschlossen ist, liegt die Isolationsvorgabe bei 1.000 Volt DC.

Kostal wird in Zukunft mit weiteren Batterieanbietern kooperieren. Eine weitere Voraussetzung dafür: der Austausch des Kommunikationsprotokolls. Kostal und das Partnerunternehmen testen jeweils ein System an zwei Standorten. Die Entwickler beider Firmen können sich so besser austauschen und die vielen Details abstimmen.

Service aus einem Guss

Nach einer erfolgreichen Validierung wird eine Vereinbarung unterzeichnet, dass künftige Software-Updates rechtzeitig mitgeteilt werden. Nur so funktioniert das Gerät beim Kunden einwandfrei und es gibt eine Betreuung aus einem Guss. Das ist wichtig für den späteren Service, um als eine Einheit aufzutreten.

Wie lange so ein Prozess dauert, hängt auch davon ab, ob die Batterie bereits im Markt ist. In diesem Fall geht es schneller. Ziel ist es, so einen Zertifizierungsprozess in einem Monat abzuschließen. Bei einer Batterie, die noch entwickelt wird, dauert es naturgemäß länger. Mit BYD läuft die Zusammenarbeit seit Jahren reibungslos. Kostal steht in direktem Austausch mit den Entwicklern in Shenzhen. Beide Teams kennen sich auch aufgrund der mehrjährigen Zusammenarbeit sehr gut. Nicht zuletzt funktioniert die Kommunikation auch so gut, weil Kostal einen Standort in China hat – und zwar auch für die Business Unit Photovoltaik. Sprachprobleme gibt es da nicht, man kennt sich und kann sich direkt vor Ort austauschen.

Lernkurve durch den Piko BA

Die Erfahrungen mit den Geräten, die im Feld liefen, haben dem Konzern ab 2016 geholfen, den Plenticore Plus zu verbessern. Einen höheren Wirkungsgrad in Teillast hatten die Entwickler schon damals auf dem Zettel. Ganz bewusst hat Kostal auch das ältere System Piko BA an der SPI-Studie teilnehmen lassen. Ergebnis: Mit derselben Batterie von BYD belegte das Gerät Platz zwölf mit 87,2 Prozent. Mit der kleineren Batterie H6,4 von BYD lag die Effizienz bei 85,5 Prozent.

Das dokumentiert die Lernkurve, die es bei neuen Produkten immer gibt. Es zeigt aber auch, dass selbst das Piko-BA-System heute noch wettbewerbsfähig ist. Mit der Entwicklung des Vorgängermodells hat Kostal 2013 begonnen. Ein aus technischer Sicht sehr ähnliches System wie der Plenticore Plus. Damals lag der Fokus auf Sicherheit und Zuverlässigkeit. Diese Themen sieht die Firma als gelöst an. Dass das System insgesamt effizienter werden musste, war dann der nächste Schritt.

Hybrid ist flexibel einsetzbar

Kostal war es wichtig, seinen Kunden eine größtmögliche Flexibilität zu geben. Daher deckt der Plenticore Plus insgesamt fünf Leistungsklassen zwischen 4,2 und zehn Kilowatt ab. Zudem verfügt das Gerät über bessere DC-Steller als sein Vorgänger. Eine geänderte Schaltung des Wechselrichters senkt die Spannung im Zwischenkreis, sodass weniger Hub für den DC-Steller nötig ist. Daraus ergibt sich zusammen mit einer verbesserten Regelung im Zwischenkreis eine höhere Effizienz, die sich im SPI-Wert widerspiegelt.

Neben der technischen Innovation hat der Hersteller darauf geachtet, einen besonders ökonomischen Hybrid zu entwerfen. Die Kunden bekommen einen Stringwechselrichter, der auch für eine Batterie einsetzbar ist, wenn der Bedarf besteht. Nur in diesem Fall zahlt er auch für die zusätzliche Funktionalität – die im Markt bisher gut ankommt: Wenige Monate nach der Markteinführung wurde der 1.000. Freischaltcode für den Batterieumrichter aktiviert. Das Gerät hängt bei Familie Angelika Obermayr. Die Grünen-Politikerin ist Bürgermeisterin der Stadt Grafing bei München.

Innovativ und kostensparend arbeitet auch das Energiemanagement des neuen Umrichters. Oberste Priorität des Energiemanagers ist es, den Hausverbrauch zu decken. Das Gerät erkennt die erzeugte Leistung der Solarstromanlage sowie den Hausverbrauch. Auf der Datenbasis der vergangenen Woche wird eine Prognose für den Folgetag erstellt. Daten von außen wie von Wetterdiensten nimmt er nicht auf, denn dadurch wird die Prognose nicht verbessert. Wetterdaten müssen immer lokal sein. Die Bedingungen auf dem betreffenden Dach sind entscheidend. Bei schlechtem Wetter und bedecktem Himmel wird die Solarenergie schon morgens in der Batterie gespeichert. Bei gutem Wetter wird der Speicher erst zur Mittagszeit geladen, um die Mittagsspitze der Erzeugung zu glätten. Der Energiemanager entlastet so auch das Stromnetz.

DC-Systeme per se nicht effizienter

Die Studie der HTW kann eine pauschale Aussage nicht bestätigen: dass DC-gekoppelte Speichersysteme per se effizienter sind. Einer meist höheren Ladeeffizienz der DC-gekoppelten Systeme steht im Vergleich zu AC-gekoppelten Systemen oft eine geringere Entladeeffizienz gegenüber.

Während bei Neuanlagen oft DC-gekoppelte Speicher eingesetzt werden, kommen bei Nachrüstungen meist AC-gekoppelte zum Zug, weil schon ein System mit Wechselrichter vorhanden ist. Nachrüstungen liegen im Trend. Kostal will eine größtmögliche Auswahl für die Systeme bieten, sodass der Installateur für jede Anlage eine individuelle Lösung findet, um ein Speichersystem aufzubauen.

Für kleine Gewerbeanlagen soll der Plenticore Plus künftig auf allen drei Eingängen mit Batterien belegt werden können. Er wird dann als reiner Batterieumrichter arbeiten – und das ist auch gut so. Je größer die Systeme werden, desto sinnvoller ist es, Photovoltaikanlage und Batteriesystem zu entkoppeln. Die Anforderungen an einen Wechselrichter laufen bei einer Leistung von mehr als zehn Kilowatt immer weiter auseinander.

www.kostal-solar-electric.com

„Es ist noch Luft in den Systempreisen“

Welche Batterien sind derzeit mit dem Plenticore Plus kombinierbar?

Thomas Garber: Aktuell sind wir mit der B-Box HV von BYD kompatibel. Mitte April wird unsere eigene Batterie, die Piko Battery Li, hinzukommen, die wir weiter im Programm haben werden. Zudem soll noch in diesem Jahr, aus unserer Sicht gern vor der Intersolar, die neue Hochvoltbatterie von BMZ hinzukommen. Mit weiteren Batterieherstellern sind wir im Gespräch.

Der dritte Eingang des Plenticore Plus muss über einen Zugangscode freigeschaltet werden. Was kostet das zusätzlich?

Der Plenticore Plus ist standardmäßig ein Wechselrichter für Photovoltaikanlagen mit drei MPP-Trackern für komplizierte Anlagen. Der dritte MPP-Tracker kann aber auch als Batterieeingang genutzt werden. Von der Hardware geben wir den Kunden einen Hybridwechselrichter an die Hand. Über den Webshop (shop.kostal-solar-electric.com) von Kostal kann ein Freischaltcode gekauft werden. Der Preis für den Endkunden liegt bei 375 Euro netto. Der Kunde muss also nur für das bezahlen, was er auch nutzt. Ende 2018, also nur wenige Monate nach der Markteinführung, wurde bereits der 1.000. Freischaltcode für einen Plenticore Plus aktiviert. In Summe wurden natürlich mehr Geräte verkauft.

Sie setzen bei Ihrem Heimspeicher auf ein dreiphasiges System. Warum?

Ein dreiphasiges System bringt durchaus Effizienzvorteile, gerade auch bei einer Auslastung in Teillast. Nicht zuletzt fordern die Netzanschlussbedingungen drei Phasen ab einer Leistung von 4,6 Kilowatt. Die symmetrische Einspeisung vermeidet schiefe Lasten im Stromnetz. Wir gehen davon aus, dass die Systeme künftig eher größer werden, deshalb bietet Kostal diese Lösung schon heute an. Künftig planen wir aber auch, einphasige Geräte anzubieten, die sich meist besser für eine Nachrüstung eines Batteriespeichers eignen.

Ist der Plenticore Plus Smarthome-fähig und kann er mit einer Ladesäule kommunizieren?

Als Automobilzulieferer beschäftigt sich Kostal schon seit mehreren Jahren mit der Elektromobilität und Ladesystemen. Wir sind seit 2013 Mitglied der Initiative EEBus. Auch deshalb hatten wir Schnittstellen des Wechselrichters für ein Smarthome früh auf dem Radar. Der Trend zu einem höheren Eigenverbrauch des Solarstroms gibt uns das vor. Die Themen Solarstrom, Batteriespeicher, Smarthome und Elektromobilität gehören für uns untrennbar zusammen.

Welche technischen Entwicklungen und Trends erwarten Sie bei Speichersystemen?

Neben steigenden Leistungen der Anlagen werden wir höhere Spannungen sehen. Wir rechnen damit, dass mehr Hochvoltsysteme auf den Markt kommen und auch stärker nachgefragt werden. Die Elektromobilität ist ein klarer Treiber dieser Entwicklung – die Kostal als Automobilzulieferer entgegenkommt. Zudem wichtig für die Marktentwicklung: Der Wettbewerb wird zu weiteren Preissenkungen führen. Wir sind noch nicht am Ende der Entwicklung – es gibt noch Luft in den Systempreisen von heute.

Das Gespräch führte Niels H. Petersen.

Thomas Garber

studierte Elektrotechnik an der TU Dortmund mit den Schwerpunkten elektrische Energietechnik, elektrische Maschinen und EMV. Er arbeitet seit 2010 im Produktmanagement bei der Kostal Industrie Elektrik in Hagen. Seit 2013 leitet er das Produktmanagement für Photovoltaikwechselrichter und Speichersysteme.