Einen Fehler hat die Speicherbranche nicht wiederholt, an dem die Photovoltaik zu kauen hat: Schon in der Anlaufphase dieses Marktes wurden die Speicherbatterien mit Internetanschluss und Fernüberwachung ausgeliefert.
Faktisch gibt es draußen nur sehr wenige Stromspeicher, die nicht über einen Datenlogger angesteuert werden können.
Zehntausende Testfälle im Feld
Das hilft bei Störungen. Das hilft aber auch, die Effizienz der Batterien laufend zu überprüfen. Denn die Hersteller gehen mit hohen Wirkungsgraden und Zyklenzahlen in die Werbung. Die werden in der Praxis aber entweder nicht erreicht oder spielen kaum eine Rolle, wenn der Betrieb wirtschaftlich sein soll.
Somit ist jeder neu installierte Speicher für die Installateure und ihre Kunden ein Testfall, ob die Systeme halten, was ihre Produzenten versprechen. Ehrlich währt am längsten, das hilft den Installateuren auch im Vertrieb.
„Die Hersteller geben gern einen Wirkungsgrad von 98 Prozent auf ihren Datenblättern an“, nennt Kai-Philipp Kairies ein Beispiel. Der Forscher aus Aachen ist ein Experte, denn er überwacht 20 Heimspeicher im gesamten Bundesgebiet. Das Forschungsprojekt läuft bis zum Sommer, im Juli soll die Auswertung kommen. Denn für den tatsächlichen Wirkungsgrad eines Speichers im laufenden Betrieb vor Ort spielt der maximale Wirkungsgrad kaum eine Rolle. „Er wird vielleicht an drei Tagen im Jahr voll ausgenutzt“, urteilt Kairies.
Zwischen 200 und 250 Zyklen im Jahr
Insgesamt 64 Messwerte erheben die Wissenschaftler von jedem Speicher. Pro Tag laufen 120 Millionen Daten ein. Schon jetzt sind Resultate erkennbar. Stichwort Ladezyklen: „Die meisten der von uns ausgemessenen Systeme bewegen sich zwischen 200 und 250 Zyklen im Jahr“, erläutert Kairies. „Sehr kleine Speicher – etwa zwei Kilowattstunden mit sechs Kilowatt Photovoltaik gekoppelt – kommen auf 300 bis 320 Ladezyklen. Sehr große Speicher weisen 150 Zyklen auf. 100 Zyklen habe ich noch nicht gesehen.“
Bei den ausgewählten Haushalten, die an den Messungen teilnehmen, wurden sehr verschiedene Lastprofile sichtbar. „Wir haben einen Zwei-Personen-Haushalt dabei, der im Jahr acht Megawattstunden Strom verbraucht“, sagt er. „Das sind Architekten mit aufwendiger IT, Druckern und Plottern. Wir haben einige Haushalte, die Elektroautos fahren.“
Und er fand in den Testhaushalten eine ganz neue Konstellation: „Photovoltaik, Stromspeicher und Modelleisenbahn, die auch viel Strom braucht.“
Für eine professionelle Betriebsüberwachung der Speichersysteme plädiert auch Nina Munzke, Wissenschaftlerin am Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Dort laufen seit Oktober 2015 insgesamt 16 Heimspeicher auf den Prüfständen. Die Systeme wurden frei am Markt eingekauft, allesamt Lithium-Ionen-Speicher.
16 Heimspeicher auf dem Prüfstand
Bisher liegen Ergebnisse von neun Speichern vor. Die Lastdaten wurden der VDI 4655 entnommen: 4.200 Kilowattstunden Stromverbrauch im Jahr, dazu 3,2 Kilowatt Photovoltaik auf dem Dach und Speicher mit zwei bis sechs Kilowattstunden Nettokapazität. „Allein die Batteriewirkungsgrade schwanken erheblich zwischen 80 und 98 Prozent“, erläutert sie. „Im Systemwirkungsgrad versuchen wir, alle Verluste zu erfassen.“
Das sind neben den Verlusten in der Batterie die Verluste durch die Leistungselektronik (DC-Wandler oder Batteriewechselrichter) und der Verbrauch im Stand-by. „Da ergeben sich bei Nennleistung und bei Teilleistung erhebliche Unterschiede. Vor allem die Leistung beim Laden und Entladen wirkt sich stark auf die Verluste und damit auf die Effizienz der Systeme aus.“
Bei den Tests offenbarte sich, dass die Entladeleistung in Eigenheimen meist unter einem Kilowatt liegt. Nur selten werden höhere Leistungen abgerufen. Wenn die Entladeleistung nur 500 Watt beträgt, unterscheiden sich die Wirkungsgrade der einzelnen Systeme um immerhin 15 Prozent.
Teillast viel wichtiger als Nennleistung
Interessant sind die Verluste zwischen Laden, Speichern und Entladen. Sie kennzeichnen die Qualität der Leistungselektronik – Batteriewechselrichter bei AC-Systemen oder Laderegler (Hochsetzsteller, Tiefsetzsteller) bei DC-Systemen. Dort variierten die Wirkungsgrade von 70 bis 90 Prozent – wenn man von den Maximalwirkungsgraden ausgeht. „Bei Teilleistung klaffen die Unterschiede noch größer“, sagt Munzke.
Definitiv klar ist bereits jetzt, wenn auch wenig überraschend: Je höher die elektrische Leistung im System, desto niedriger ist sein Wirkungsgrad.
Stand-by als Stromfresser
Auch der Stromverbrauch zur Systemerhaltung im Stand-by ist unterschiedlich gelöst. „Einige Systeme haben fast keinen Stand-by-Verbrauch, andere einen sehr hohen Strombedarf“, meint die Forscherin. „Der Stand-by-Strom wird entweder aus der Batterie oder aus dem Netz gedeckt. Dann entlädt sich die Batterie, auch wenn keine Last am Speicher anliegt.“
Bei einem Eigenstrombedarf von 41 Watt summieren sich die Stromkosten je nach Stand-by-Bedarf auf zwei bis 61 Euro im Jahr – wenn der Speicherkunde den Strom aus dem Netz bezieht.
Ganz wichtig ist zudem, wie schnell ein Speicher auf Lastanforderungen aus der Hausversorgung reagiert. „Manche Systeme sind schnell, da reagiert das System innerhalb von einer Sekunde“, berichtet Nina Munzke. „Andere brauchen 20 oder gar bis zu 70 Sekunden, um sich auf die neuen Anforderungen einzuschwingen.“
Das muss nicht unbedingt nachteilig sein, weil die trägen Speicher sehr kurzfristige Lastspitzen einfach durchfahren. In der Summe sind träge Speicher aber weniger effizient, die Betriebskosten aufgrund der Regelverluste erreichen bis zu 40 Euro im Jahr.
Rechnet man alle Verluste zusammen, kann man die Speicher auch bezüglich ihrer ökonomischen Qualität bewerten: Gute Speicher kosten 50 Euro im Jahr, schlechte Speicher verschlingen eher 200 Euro – zusätzlich zur Investition und Installation.
Speicher haben zu wenig Intelligenz
Munzke moniert, dass nur 30 Prozent der Speicher über intelligente Ladestrategien verfügen, die sowohl das Netz vor Einspeisespitzen als auch die Batterie vor Leistungsspitzen schonen. Sie beginnen nicht mit dem Ladevorgang, sobald die Solaranlage einen Überschussstrom meldet. Sondern sie verteilen die Einspeisung über den Tag, damit der Speicher am Abend möglichst voll ist und den Nutzer durch die Nacht bringen kann.
70 Prozent der Speicher haben diese Intelligenz nicht. Sie beginnen mit der Aufladung, sobald die Sonne scheint und die Solarmodule stromen. Wichtig ist natürlich, dass die Batteriesteuerung mit dem Energiemanager agiert. Denn er muss die Ströme vom Dach zunächst in den Direktverbrauch schicken, etwa in sommerliche Kühlung oder ins warme Trinkwasser.
Tjarko Tjaden von der Hochschule für Technik und Wirtschaft (HTW) in Berlin schlägt vor, die Effizienz der Speichersysteme mit Simulationen zu ermitteln. Das ist ungefähr so, als würde man die Abgaswerte eines Dieselautos im Computer ermitteln und nicht mehr auf dem Prüfstand.
So sieht es auch der neue Effizienzleitfaden der Speicherbranche vor. Allerdings ist das Papier eher eine akademische Abhandlung als ein handfester Beitrag zu mehr Transparenz für die Installateure und ihre Kunden. Immerhin, es ist ein Anfang.
Effizienz vergleichbar machen
Besser wären freilich standardisierte Testroutinen, mit denen unabhängige Institute die Effizienz der einzelnen Speicher zertifizieren können.
Darin müssten Daten aus der Anwendung einfließen, was wiederum dafür spricht, die Monitoringdaten der Hersteller von ihren Systemen draußen bei den Kunden zu nutzen – natürlich anonymisiert und normiert.
Ein guter Ansatz ist es, den AC-Systemnutzungsgrad eines Speichers zu ermitteln: Wie viel AC-Energie stecke ich rein, wie viel bekomme ich raus? Das lässt sich für ideale (verlustfreie) Systeme ermitteln und mit realen Betriebsdaten oder Simulationen für verlustbehafteten Betrieb abgleichen.
SPI: System Performance Index
Daraus ließe sich direkt der ökonomische Vorteil eines Speichers (Einsparung beim Strombezug aus dem Netz) in Euro beziffern – auch gegenüber Photovoltaik ohne Speicher. Tjaden bezeichnet den neuen Parameter als System Performance Index (SPI).
Wie effizient die Speicher wirklich sind, wird die Installateure, ihre Kunden, die Hersteller und die Forscher weiter beschäftigen. Basis ist die lückenlose Betriebsüberwachung der Batterien. Nur sie wird erweisen, wie nützlich die installierten Systeme im Feld sind.
Fronius
Serviceportal für Wechselrichter bietet neue Funktionen
Fronius hat sein Solar Web modernisiert und neu gestaltet. Mit dem umfangreichen Portal können Betreiber ihre Solaranlage bequem überwachen und die Daten einfach analysieren. Zu den Erweiterungen zählt unter anderem, dass die Anwender mittels Fernzugriff mit einem Klick die Software des Wechselrichters (Firmware) aktualisieren können. Um diese Funktion nutzen zu können, muss die Version 3.7.4-6 am Datamanager installiert sein.
Auch das Reporting hat Fronius mit neuen Funktionen ergänzt. Damit ist es möglich, den täglichen Ertrag der Anlage und den Verbrauch gezielter als bisher zu verfolgen.
Senec
Neuer Rundumschutz für Photovoltaik und Speicher
Der Leipziger Speicherhersteller Senec bietet ab sofort zusätzlich zu seinen Garantien einen Versicherungsschutz für Speicher und Photovoltaikanlagen. Auf diese Weise wird die Selbstversorgung mit Energie maximal abgesichert.
Der Vollschutz von PV Secure wurde mit der SEE Servicegesellschaft Erneuerbare Energien mbH entwickelt. Das Unternehmen ist seit zehn Jahren auf Versicherungen und Garantien für die Photovoltaik spezialisiert. „Die Effizienz eines Stromspeichersystems ist nur gegeben, wenn ein hoher Qualitätsanspruch sowie eine fachgerechte und professionelle Ausführung gewährleistet sind“, sagt Hardy Narjes, Geschäftsführer von SEE. Im Schadensfall bietet PV Secure eine Entschädigung des Neuwerts.
Die Versicherung bietet die Entschädigung bei äußeren Einwirkungen wie Überspannung, Feuer, Sturm, Hagel, Vandalismus, Diebstahl und sogar eine Absicherung, sollte ein Hersteller einer der versicherten Komponenten nicht mehr am Markt existieren. Die Versicherungsdauer ist unbegrenzt, wobei Senec den Beitrag für den Speicher-Vollschutz für die ersten 24 Monate übernimmt.
Der Versicherungsschutz kann optional auf alle Photovoltaikkomponenten erweitert werden. Alle Leistungen von PV Secure werden durch mehrere namhafte Versicherungsgesellschaften wie beispielsweise die Allianz, Axa oder die Mannheimer Versicherungen garantiert.
Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW)
Weiter sinkende Förderquote bei den Heimspeichern
Alle reden von Effizienz, auch bei den Speichersystemen. Das Förderprogramm der KfW für Solarbatterien scheint von dieser Debatte nicht betroffen. Die Förderquote unter den verkauften Speichern sinkt weiter. „Zu Beginn der Förderung wurde jeder zweite Speicher unterstützt“, analysiert Kai-Philipp Kairies von der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule (RWTH) in Aachen. „Mittlerweile liegt die Förderquote unter 40 Prozent.“
Die Zahlen stellte er beim PV-Symposium in Bad Staffelstein vor. Nach seinen Angaben waren Ende 2016 in Deutschland rund 57.000 stationäre Stromspeicher installiert. Davon wurden bislang rund 24.000 Systeme gefördert.
2013 war etwa die Hälfte der verkauften Speicher mit Bleizellen bestückt, die andere Hälfte mit Lithiumzellen. Anfang 2017 betrug der Marktanteil der Lithium-Ionen-Systeme bereits 95 Prozent.
Diese Quote dürfte weiter sinken. Denn die bürokratischen Hindernisse sind viel zu hoch, bis der Solarkunde in den Genuss der Speicherförderung kommt. Erst muss er wegen relativ geringer Summen bei seiner Hausbank einen Kredit durchboxen, dann muss die KfW nicken. Da werden stapelweise Papiere gewälzt. Für preiswerte Speichersysteme werden die Zuschüsse ohnehin kaum in Anspruch genommen. Das Geld legen die Kunden lieber aus der eigenen Tasche auf den Tisch. Die Tilgungszuschüsse kommen meist teuren Systemen zugute, bei denen sich der Aufwand lohnt.
Teure Systeme wird es aber nicht mehr lange geben. Der Preisverfall bei Lithium-Ionen-Systemen erreicht im Jahr rund 18 Prozent. Wenn die Speicher immer preiswerter sind, lohnt sich der Aufwand für die Förderung erst recht nicht. Und die Tilgungszuschüsse sinken mit der Zeit, wegen zusätzlicher Degression. Zu Beginn des Programms waren es 25 Prozent, derzeit sind es 19 Prozent der Kreditsumme. Die Absenkung erfolgt alle sechs Monate, bis letztlich nur noch ein Zehntel bezuschusst wird.
Teure Systeme wird es aber nicht mehr lange geben. Der Preisverfall bei Lithium-Ionen-Systemen erreicht im Jahr rund 18 Prozent. Wenn die Speicher immer preiswerter sind, lohnt sich der Aufwand für die Förderung erst recht nicht. Und die Tilgungszuschüsse sinken mit der Zeit, wegen zusätzlicher Degression. Zu Beginn des Programms waren es 25 Prozent, derzeit sind es 19 Prozent der Kreditsumme. Die Absenkung erfolgt alle sechs Monate, bis letztlich nur noch ein Zehntel bezuschusst wird.
Der Markt brummt – trotz der geringen Förderquote. In Deutschland wurden nach Angaben der Forscher aus Aachen im vergangenen Jahr rund 20.000 Speicher neu installiert. Das waren fast doppelt so viele wie Neuzulassungen bei Elektroautos (11.400). Nach dem Ranking der RWTH sind die wichtigsten Anbieter von Speichern (in dieser Reihenfolge): Sonnen, Senec, E3/DC, SMA, LG Chem, Samsung SDI, Fronius, IBC und Varta.
Allerdings hat die Förderung ein Gutes: Die KfW schreibt den Speicherherstellern eine Ersatzwertgarantie für zehn Jahre vor, wenn die Geräte förderfähig sein sollen. Das ist mittlerweile Standard im Markt.
Die Ergebnisse der Analysen veröffentlicht die RWTH auf dieser Website:
Solarmax
Energiemanager und Datenlogger inklusive
Ab sofort bietet die Solarmax-Gruppe ihre dreiphasigen Stringwechselrichter von sechs bis 32 Kilowatt mit kostenlosen Zusatzfunktionen an. Bei den beiden Wechselrichtertypen MT und HT gehört der Datenlogger Maxweb XPN nunmehr zum Lieferumfang. Er zeichnet die Betriebsdaten und Störungen auf.
Als selbstlernender Energiemanager passt er den Energiebedarf an die Verfügbarkeit an. Über das Maxwebportal, für dessen Nutzung einmalig pro Jahr geringe Gebühren anfallen, lassen sich Erträge, der Eigenverbrauch und der eingesparte Strom visualisieren. Die Aktion will Solarmax bis mindestens Jahresende anbieten.
Zu den weiteren Besonderheiten der beiden Wechselrichterserien zählt der integrierte Netz- und Anlagenschutz, der für Photovoltaikanlagen ab 30 Kilowatt Leistung vorgeschrieben ist. Bei den Wechselrichtern der Serien MT und HT können die Kunden das interne Netzteil als Kuppelschalter des zentralen N/A-Schutzes verwenden.
Bei den Stromspeichern gehört die laufende Betriebsüberwachung per Internet und App zum Standard.
Fachgerechte Installation einer Powerwall von Tesla im Eigenheim.
