Keine Angst vor Batterien

Ein sonniger Tag, Anfang November. Der Mittagsverkehr tobt durch den Wissenschaftspark im Berliner Stadtteil Adlershof, im tiefen Südosten der Bundeshauptstadt. In Adlershof sitzt das Helmholtz-Zentrum für Energie, hier wird an der Zukunft der Stromversorgung geforscht. Doch an diesem Tag findet die Zukunft bei den Nachbarn statt, im nahe gelegenen Audi-Zentrum: Fast 170 Installateure und Anlagenplaner haben sich eingefunden, um sich über Speicher für Solarstromanlagen zu informieren.

In Berlin kennt man den Christopher Street Day. Nun kommt der Storage Day hinzu. Veranstalter ist die Solar Allianz, gleichfalls in Berlin ansässig. Das Interesse ist so groß wie der Informationsbedarf. „Bisher bieten nur rund 25 bis 30 Prozent der Installateure ihren Kunden aktiv Solarstromspeicher an“, sagt Andreas Muntinga, Geschäftsführer der Solar Allianz.

Er bezieht sich auf eine Studie der Marktforscher von EuPD Research in Bonn. „Die anderen 65 bis 70 Prozent sind bei diesem Thema noch unsicher. Das wird sich mit der Zeit ändern. Wir wollen mit unseren Veranstaltungen die Unsicherheit abbauen. Wir wollen den Installateuren die Gelegenheit geben, sich zu informieren und mit den Anbietern von Batterien ins Gespräch zu kommen.“

Es geht aber nicht nur um Anbieter und Systeme. Zunächst brauchen die Installateure einen Einblick in die Technik und Auslegung der Speichersysteme. „Letztlich geht es um Unabhängigkeit von steigenden Strompreisen“, meint Dietmar Geckeler, Leiter der Speichersparte von Sig Solar im niedersächsischen Stuhr. „Es geht um Stromkostensenkung, es geht um Ersparnis, es geht um Einsparung. Letztlich muss man den richtigen Speicher in der richtigen Größe auswählen.“

Netzparität treibt das Geschäft

Der Treiber der Speichertechnologien ist die sogenannte Grid Parity, die Netzparität, die der Solarstrom in Deutschland inzwischen erreicht hat. Denn der Solarstrom vom eigenen Dach ist längst billiger als der Strom vom Versorger, den die Endkunden aus der Steckdose bekommen. „Im Segment der Privathaushalte haben wir inzwischen Solarstromkosten von zwölf Cent pro Kilowattstunde“, erklärt Geckeler den Installateuren. „Wenn wir es schaffen, den selbst erzeugten Strom mit einer kleinen Photovoltaikanlage direkt zu verbrauchen, ersetzen wir Netzstrom und können einen Vorteil gegenüber den Bezugskosten von etwa zwölf Cent pro Kilowattstunde verbuchen, Tendenz ist steigend.“

Konkret bedeutet das: Je höher der Eigenverbrauch, desto größer der Vorteil. „Wir erleben gerade bei den Handwerkern und den Endkunden einen Paradigmenwechsel“, weiß Christoph Kiesel, Produktmanager beim Freiburger Wechselrichterhersteller Kostal. „Sie gehen weg von den Investitionsanlagen und hin zu Anlagen zur Energiekostensenkung, Nachhaltigkeit und Eigenversorgung.“

Den Sättigungspunkt finden

Auch ohne Batterie lässt sich der Sonnenstrom im Gebäude nutzen, zwischen 15 und 35 Prozent. „Das hängt davon ab, wie sich der Stromverbrauch mit der Stromerzeugung deckt“, erläutert Dietmar Geckeler. „Entscheidend können wir diesen Anteil nur mit einem Speichersystem steigern. Damit können wir den Eigenverbrauch mehr als verdoppeln, je nachdem wie man das Speichersystem auslegt.“

Genau dort liegen die Stolpersteine für die Installateure. Denn es nützt nichts, den Speicher so groß wie möglich zu bauen. „Es wird in unseren Breiten durch die kurzen Sonnentage im Winter und die langen Sonnentage im Sommer nicht funktionieren, einen riesigen Speicher zu bauen, um 100-prozentige Autarkie zu erreichen“, sagt Geckeler.

Sicherlich bedeutet die Erhöhung der Speicherkapazität bis zu einem gewissen Grad mehr Eigenverbrauch. Doch ab einer bestimmten Größe sorgt zusätzliche Speicherkapazität für nur noch geringe Gewinne beim Eigenverbrauch. Es gibt sozusagen einen Sättigungspunkt. „Bei der Auslegung eines Speichersystems gilt es, diesen Sättigungspunkt zu finden“, erklärt Geckeler. „Dazu kommt noch, dass es nicht nur einen Haushalt mit einem Stromverbrauch und einem einheitlichen Verbrauchsverhalten gibt.“ Das sind einige Variablen, die der Installateur bei der Auslegung des Speichers beachten muss. „Am Ende geht es darum, wie viel Geld der Kunde investieren muss, um den größtmöglichen Nutzen mit dem Speicher zu erreichen“, fasst Geckeler zusammen.

Deshalb haben sich die Niedersachsen entschlossen, ein möglichst umfangreiches Speicherportfolio anzubieten – zwischen 4 und fast 30 Kilowattstunden. Das Unternehmen bietet Blei- und Lithium-Ionen-Akkus an. „Aus unserer Sicht haben beide Technologien ihre Vor- und Nachteile“, begründet Geckeler. „Bei den kleinen Speichern haben wir uns für Lithiumsysteme entschieden.“ Gerade die kleinen Speicher werden sehr oft beladen. Da braucht der Betreiber einen Speicher, der viele Zyklen aushält. Die Zyklenfestigkeit der Lithium-Ionen-Akkus erreicht etwa das Doppelte bis Dreifache eines Bleiakkus. Große Speicher werden nicht so häufig beansprucht. In der Regel geht es dabei um die Sicherstellung einer unterbrechungsfreien Stromversorgung oder die Abdeckung von Spitzenlasten in Betrieben. Also spielt die Zyklenfestigkeit eine geringere Rolle, was durchaus für Bleiakkus spricht.

Es geht ums Geld

Außerdem sind die großen Systeme von Sig Solar ausschließlich für Neuanlagen gedacht. Viele der Betreiber von neuen Photovoltaikanlagen haben gerade viel Geld in den Generator und dessen Installation investiert. Oft wird es eng, auch den Speicher zu finanzieren. Da Lithium-Ionen-Akkus bisher noch drei- bis viermal teurer sind als Bleiakkus, greifen solche Kunden lieber zu den Bleispeichern. Daran ändert auch die höhere Entladungstiefe – die sogenannte Depth of Discharge (DoD) – des Lithium-Ionen-Akkus nicht viel. „Solche Begriffe wird der Handwerker, der sich mit der Speichertechnologie beschäftigt, schnell verinnerlichen“, prophezeit Christoph Kiesel von Kostal. Dazu zählen auch die unterschiedlichen technischen Angaben der Batteriehersteller.

Einbindung in DC oder AC?

Blei oder Lithium: „Das ist keine Philosophie, sondern es geht darum, welchen Endkunden der Solarteur berät“, sagt Geckeler. „Es gibt Kunden, die möchten unabhängig werden und sofort investieren, aber nicht zu viel. Dann kann man auf den Bleispeicher zurückgreifen. Oder der Kunde will über mehr als 20 Jahre geringe Lebenszykluskosten haben. Dann ist unserer Meinung nach der Lithiumakku die richtige Entscheidung.“

Der Speicher ist aber nicht nur der Akku, sondern ein Komplettsystem. „Zu den Batteriezellen kommt die Leistungselektronik, also Laderegler und Wechselrichter, sowie ein Energiemanagementsystem“, sagt Geckeler von Sig Solar. „Unter Umständen gehören weitere Komponenten dazu.“ Das können Sensoren sein, die das Verbrauchsverhalten im Gebäude analysieren und ein Signal an den Wechselrichter geben, um ihn zu steuern.

Auch die Betreiber bestehender Solargeneratoren fragen nach Speichern. „Meist ist es schwierig, den Speicher auf der Gleichstromseite anzukoppeln“, weiß Geckeler. „Da müsste schon der Wechselrichter kaputtgehen, dass sich das finanziell lohnt. Außerdem muss die Leistungselektronik genau auf die Eingangsspannung der Photovoltaikanlage passen.“ Diese Anlagen müssen mit einem Speicher ausgerüstet werden, der auf der Wechselstromseite eingebunden ist. Das hat zwar Verluste zur Folge, da der Strom mehrmals gewandelt werden muss, aber immerhin funktioniert es.

Wegen der geringeren Wandlungsverluste ist die Einbindung des Speichers auf der Gleichstromseite meist von Vorteil. Das funktioniert in der Regel aber nur bei Neuanlagen. Sig Solar hat sowohl Speicher für Wechselstrom- als auch für Gleichstromeinbindung im Portfolio. Andere Unternehmen wie Kostal konzentrieren sich mit ihren Angeboten auf ein Anlagensegment. Die Freiburger bieten einen Akkuschrank, in dem Blei-Gel-Zellen laufen. Sie werden von einem dreiphasigen Speicherwechselrichter gesteuert, der in den eigentlichen Wechselrichter integriert ist. „Das System ist zwar nur für Neuanlagen gedacht“, betont Kiesel. „Allerdings kann der Betreiber jeden Batterietyp anschließen, auch Technologien, die erst noch entwickelt werden.“ Kostal denke schon in die Zukunft, betont er. „Solche Speicher oder Wechselrichter werden zwei bis vier Jahre im Voraus geplant und gebaut“, sagt er.

Der Storage Day legte die Messlatte hoch, die Installateure wurden den ganzen Tag mit Neuigkeiten und anspruchsvoller Technik konfrontiert. Auch wurde die gesamte Veranstaltung aus Speichern versorgt: Beleuchtung, Beamer, Akustik und Präsentationen der Hersteller. Drei Speicher wurden von Winaico bereitgestellt. Der taiwanische Hersteller bestückt seine Batterien mit Feststoffzellen, die von Kolibri Power Systems aus Berlin geliefert werden.

Rundum mit Speicherstrom versorgt

Die Lithium-Polymer-Akkus sind nicht nur kompakt, sondern obendrein weder brennbar noch explosiv – ein Problem, das die Lithium-Ionen-Akkus haben, wenn sie überladen werden. Kolibri verspricht für seine Akkus eine im Vergleich zu den Lithium-Ionen-Batterien höhere Zyklenfestigkeit und längere Lebensdauer. „Preislich sind beide Technologien vergleichbar“, betont Burghard von Westerholt, Geschäftsführer von Kolibri Power Systems. Wie genau die Akkus funktionieren, will er nicht verraten. Nur so viel: „Im Grunde funktioniert der Ladungstransport wie bei allen anderen Batterien. Man braucht keine Flüssigkeiten, um Elektronen zu bewegen.“ Bis zum Ende der Veranstaltung lieferten die Akkumulatoren genügend Strom.

Erlesene Partner

Bei der Veranstaltung in Berlin präsentierten unter anderem diese Unternehmen ihre Speicherprodukte:

• E3/DC
• Kostal Solar Electric
• Sig Solar
• SMA
• Varta Storage (Engion)
• Viessmann

http://www.solarallianz.eu

Autarke Batterie fürs Heim und unterwegs

Die Firma Autarc Tech mit Sitz in Ansbach produziert Batterien auf Basis von Lithium-Ionen-Zellen mit Eisenphosphat. Die Batterien mit dem Markennamen Li-Home werden in den Varianten LH 5.6-24 und LH 5.2-48 CAN geliefert. Sie haben eine Nennspannung von 24 beziehungsweise 48 Volt. Die Speicherkapazität erreicht 5,6 beziehungsweise 5,2 Kilowattstunden. Die Batterie schafft rund 5.000 Zyklen bei 70 Prozent Entladetiefe. Bei 80 Prozent Entladetiefe sinkt die Zyklenzahl auf rund 3.000. Ein Batteriemanagementsystem (BMS) in Verbindung mit einer intelligenten Steuerung, ein eingebautes 200-Ampere-Relais und eine eingebaute 300-Ampere-Sicherung schützen die Batterie vor Über- oder Unterladung. Neu vorgestellt wurde auch das Li-Mobile. Dieses transportable Gerät vereint einen Wechselrichter (1,4 Kilowatt) und eine Batterie (1,4 Kilowattstunden), die wie bei den Li-Home-Batterien mit BMS, Relais und Sicherung ausgestattet ist. Das Li-Mobile ist eine autarke Energieversorgungseinheit, die mit einem Kilowatt Photovoltaikleistung oder 230 Volt Wechselspannung die Batterie laden kann. Ausgänge für 230 Volt/1,4 Kilowatt Wechselspannung und zwölf Volt/16 Ampere Gleichspannung unterstreichen den Autarkieanspruch.

http://www.autarctech.de

Integrierter Energiemanager

Der Wechselrichterhersteller Kostal hat auf dem Storage Day das System Piko BA vorgestellt. Es ist eine Kombination aus Piko-Wechselrichter mit integriertem Energiemanagementsystem und externem Speicher: Der Energiemanager regelt unter Berücksichtigung wirtschaftlicher und technischer Aspekte, ob die von der Photovoltaikanlage erzeugte Energie im Haus verbraucht, zwischengespeichert oder ins Netz eingespeist wird. Die Batterien stammen von der Firma Hoppecke. Des Weiteren ist der Piko BA auch als normaler Stringwechselrichter einsetzbar, der eine spätere Nachrüstung der Batterie ermöglicht. Der externe Batteriespeicher basiert auf Blei-Gel-Zellen. Zudem ist das System durch den modularen Aufbau besonders installationsfreundlich und erfüllt die Bedingungen des KfW-Förderprogramms für Stromspeicher.

https://www.kostal-solar-electric.com/

Dreiphasiger DC-Speicher mit Notstromfunktion

Das Osnabrücker Technologieunternehmen E3/DC GmbH hat mit der Produktion und Auslieferung der neuen Produktgeneration begonnen. Das Hauskraftwerk S10 E5/8/10 ist modular aufgebaut und als dreiphasiges DC-Stromspeichersystem konzipiert. Es verfügt über eine Notstromfunktion, um die Verbraucher an allen drei Phasen bei Netzausfall zuverlässig mit Strom zu versorgen. Das erste Hauskraftwerk installierte der Handwerksbetrieb Bauer Energietechnik bei einem Kunden in Gaimersheim bei Ingolstadt. Das Hauskraftwerk S10 E5 hat eine Batteriekapazität von 5,4 Kilowattstunden und sorgt im Zusammenspiel mit der Photovoltaikanlage (9,15 Kilowatt) für sehr hohe Eigenverbrauchswerte im Haus des Anwenders.

Das S10 überwacht sämtliche Energieflüsse und übernimmt das Energiemanagement der Immobilie. Hausbesitzer und Gewerbetreibende kommen damit dem Wunsch nach energetischer Autarkie besonders nahe: Eigenversorgungswerte von 73 Prozent im Jahresschnitt sind möglich.

E3/DC setzt auf in der Automobilbranche seit Jahren etablierte Lithium-Ionen-Batterien von Panasonic. Die zuverlässigen und langlebigen Batteriezellen tolerieren eine am Markt einzigartige Entladetiefe von 100 Prozent. Sie überstehen 3.500 bis 5.000 Zyklen. Zudem verwendet E3/DC eine effiziente Sperrwandlertechnik zur Batterie, die bei über 90 Prozent des Kundenlastprofils bis zu 40 Prozent mehr Energie vom Dach nutzen kann (DFBC-Technik). Der Wechselrichter auf Basis der NPC-Technik ist eine Eigenentwicklung von E3/DC.

Grafik: E3/DC

http://www.e3dc.de

Mehr Praxis: Stromspeicher

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Storage Day im Januar

Die große Nachfrage will die Solar Allianz auch weiterhin abdecken. Sie bereitet deshalb schon den nächsten Storage Day vor. Er wird im Januar in der Niederlassung von Saint-Gobain in Frankfurt am Main stattfinden. Auch wenn der genaue Termin noch nicht veröffentlicht wurde, eines ist sicher: In Frankfurt steht wieder ein Stromspeicher im Raum, der die Energie für die gesamten elektrischen Anlagen liefert. Dann wird garantiert auch Solarstrom im Speicher sein, versprechen die Veranstalter.

http://www.storageday.de

Bis zu 70 Prozent Eigenverbrauch

https://www.tritec-energy.com/en/

Der eidgenössische Systemanbieter Tritec hat bereits im vergangenen Jahr das Komplettsystem Tri-Cell vorgestellt. Dem Prototyp folgten nun die ersten Anwendungen in der Praxis. Tritec verwendet Lithiumakkus mit Eisen-Nanophosphat, die weder Lithium noch Sauerstoff freisetzen und dadurch außerordentlich sicher sind. Die neue Akkugeneration zeichnet sich durch eine hohe Lebensdauer von 6.000 Ladezyklen aus. Das entspricht einer Betriebszeit von über 15 Jahren. Die Zellen werden elektronisch überwacht, sodass das Risiko eines vorzeitigen Defektes minimal ist. Sollte der Fall dennoch eintreten, erfolgt eine automatische Überbrückung bis zum Auswechseln der Batterie.

Eingebaut wurde das Tri-Cell-System beispielsweise bei der Firma Wiaton Solarmontagen in Bisingen. Das Gebäude bietet Raum für eine Familie und den sechsköpfigen Installationsbetrieb mit Büro und Werkstatt. Der jährliche Gesamtenergieverbrauch für die 300 Quadratmeter Nutzfläche liegt bei 9.000 Kilowattstunden pro Jahr.

Heizwärme und Warmwasser werden über einen Stückholzvergaser mit 40 Kilowatt Heizleistung sowie einer solarthermischen Anlage mit zehn Quadratmetern Kollektorfläche erzeugt. Zur Stromgewinnung laufen zwei Photovoltaikanlagen: Eine Anlage mit 11,8 Kilowatt in Südwestausrichtung und eine mit 10,8 Kilowatt in Nordostausrichtung.

Für eine optimale Nutzung des Solarstroms wurde das Speichersystem Tri-Cell M-Li mit einer Batterieleistung von 100 Amperestunden installiert. Dazu wird der Strom aus der 10,8-Kilowatt-Anlage in die Batterien gespeist. Die Ausrichtung der Solarmodule ist unterschiedlich (70 Prozent West und 30 Prozent Ost). Die Module sind über vier Stränge an Tri-Cell angeschlossen, bei dem jeder Eingang einen eigenen MPP-Tracker besitzt. Mit einer clever gesteuerten Speicherung der selbst produzierten Energie erhöhte sich der Eigenverbrauch von 20 Prozent auf gut 70 Prozent.

Das Speichersystem stellt auch eine Notstromversorgung bei Netzausfall sicher. Über die Notstromklemme werden die Heiztechnik (Steuerung, Pumpen, Sensoren), die Kühlschränke, Gefrierschränke und Beleuchtung dreiphasig versorgt. An der Hausinstallation müssen diese Verbraucher nur auf die Notstromklemme umgelegt werden.

„Eigenverbrauch vermeidet EEG-Umlage“

In der deutschen Wirtschaft herrscht Verunsicherung. Denn die Strompreise steigen. Wie bewerten Sie die Situation?

Peter Forch: Insbesondere der Mittelstand in Branchen wie Maschinenbau, Chemie, Kunststoff- und Ernährungsindustrie leidet unter den steigenden Kosten für Strom und Wärme. Laut einer Befragung der Deutschen Industrie- und Handelskammer (DIHK) plant bereits jedes fünfte Unternehmen, eine eigene Energieversorgung aufzubauen. An die Adresse der Politik geht hier die klare Forderung, unternehmerische Initiativen für das Gelingen der Energiewende nicht mit neuen Belastungen zu hemmen. Investitionen der mittelständischen Wirtschaft in eine dezentrale, umweltfreundliche Eigenversorgung müssen unbedingt gefördert werden.

Welche Chancen sehen Sie?

Für regenerative Energie, die für den Eigenverbrauch produziert wird, ist keine EEG-Umlage zu zahlen. Das ist gut für alle, denn jede direkt vor Ort verbrauchte Kilowattstunde vermeidet eine weitere Erhöhung der Umlage. Ein Betrieb, der Kapital in die zukunftssichere Versorgung mit erneuerbaren und effizienten Energien investiert, leistet einen substanziellen Beitrag zur Energiewende. Mit solchen Investitionen betreiben Unternehmen aktive Sicherung des Standortes und der Arbeitsplätze vor Ort. Das ist auch die beste Grundlage für eine breite öffentliche Akzeptanz.

Was ist technisch möglich?

Eine dezentrale Energieerzeugung für den Eigenverbrauch kann heute individuell zugeschnitten auf den Bedarf an Strom und Wärme eines Unternehmens realisiert werden. Mittelgroße Verbraucher können sich durch die Kopplung von Blockheizkraftwerken, Windenergie und Photovoltaik je nach Branche zu bis zu 60 Prozent selbst versorgen. Das Einsparpotenzial eines solchen Kombikraftwerks liegt bei bis zu 30 Prozent. Eine Lösung im direkten räumlichen Zusammenhang zwischen Energieerzeugung und den Stromverbrauchern entlastet zudem das Stromnetz. Investitionen in nachhaltige Kapazitäten zur Eigenerzeugung treiben Innovation und Entwicklung voran. Der in Deutschland in zwei Jahrzehnten aufgebaute Vorsprung an Know-how kann weiter ausgebaut und weltweit exportiert werden.http://www.linden-energy.de

Das Gespräch führte Heiko Schwarzburger.

ist Geschäftsführer von Linden Energy in Oldenburg. Das Unternehmen hat sich auf dezentrale Photovoltaik, Windenergie und nachhaltige Energielösungen spezialisiert. Der 44-Jährige ist seit 2001 in den erneuerbaren Energien tätig. Mehrere Jahre war er Vorstandsvorsitzender der IFE Eriksen AG, eines Projektentwicklers. Auch führte er zwei Jahre lang die Geschäfte von Johanna Solar, einem Hersteller von CIS-Dünnschichtmodulen, der 2009 an den Bosch-Konzern verkauft wurde.

Brandgefahr bei Lithiumspeichern

Aus Erfahrungen beispielsweise bei Laptops oder dem Opel Ampera ist bekannt, dass bestimmte Lithiumzellen dazu neigen, sich zu überhitzen und zu explodieren. Ursache ist der chemische Reaktionsablauf in der Zelle, bei dem Wärme frei wird. Dadurch steigt in ungesicherten Systemen auch der Druck an. Dieser Prozess verstärkt sich unter Umständen selbst, bis die Batterie Feuer fängt. Anfällig sind vor allem Lithium-Ionen-Akkus mit flüssigem oder gebundenem Elektrolyt, wenn es einen internen Kurzschluss zwischen den Elektroden gibt, etwa bei mechanischer Beschädigung. Bei neueren Technologien wie Lithium-Eisenphosphat (LiFePO4) und verbesserten Zellmembranen mit speziellen Keramikbeschichtungen (LiTec) ist diese Gefahr gebannt.