Als Solarstromspeicher beschreibt man Technologien, die elektrische Energie einer Photovoltaikanlage aufnehmen und zeitversetzt wieder abgeben können. Während das im großen Stil zum Beispiel mechanisch mit Pump- oder Druckluftspeichern funktioniert, kommen im Haushalt vor allem elektrochemische Speicher zum Einsatz. Diese bestehen aus Akkumulatoren oder Akkus, die sich bei Sonnenschein aufladen. Bei schattigem Wetter, am Abend oder in der Nacht setzen sie die Energie wieder frei und machen den kostenfreien Solarstrom zu einem großen Teil im eigenen Haus nutzbar.

Schema der Funktion eines Solarspeichers in einem Wohnhaus.

Die passende Größe für den Solarstromspeicher

Um möglichst viel des selbst erzeugten Stroms selbst nutzen zu können, sollte der Solar-Akku zum Verbrauch im Haus und der Photovoltaikanlage auf dem Dach passen. Während sich die richtige Größe dabei nur mit einer individuellen Berechnung ermitteln lässt, helfen einfache Faustwerte bei der überschlägigen Auslegung. So sollte der Speicher in einem Wohnhaus eine Kapazität von einer Kilowattstunde pro Kilowatt Spitzenleistung der Solaranlage haben.

Solarspeicher lassen sich in der Hausanlage installieren und sind dabei besonders platzsparend. Je nachdem, an welcher Stelle der Photovoltaikanlage sie sich befinden, unterscheidet man die AC- und die DC-seitige Einbindung.

Einbindung eines Solarstromspeichers im Gleichstrom- oder im Wechselstromnetz eines Gebäudes.

Nachträgliche Installation: Solarspeicher im Wechselstromnetz

Bei der AC-Lösung installieren Experten den Solar-Akku im Wechselstromkreis, also nach dem Wechselrichter. Da die Stromspeicher mit Gleichstrom arbeiten, ist ein zusätzlicher Wechselrichter nötig. Der Vorteil: Dieser kann nicht nur den Strom der Photovoltaikanlage einlagern, sondern auch den aus dem öffentlichen Netz. Das lohnt sich vor allem dann, wenn die Strompreise im Laufe eines Tages stark schwanken. Darüber hinaus können Hausbesitzer den Solarspeicher unabhängig von der installierten Technik wählen und kostengünstig in bestehende Anlagen integrieren lassen. Nachteilig sind dagegen die höheren Energieverluste, die mit der mehrfachen Umwandlung beim Be- und Entladen einhergehen.

Neue Photovoltaikanlage: Stromspeicher im Gleichstromnetz

Bei der DC-Lösung installieren Experten den Solarspeicher im Gleichstromnetz, also zwischen Solarmodulen und Wechselrichter. Das reduziert die Umwandlungsverluste und sorgt für eine höhere Energieeffizienz. Ein weiterer Vorteil ist der geringe Platzbedarf. Denn die Stromspeicher vereinen oft alle nötigen Komponenten in einem Bauteil und lassen sich einfach installieren. Sie eignen sich vor allem für Hausbesitzer, die eine neue Photovoltaikanlage installieren wollen.

Übrigens: Spezielle Solar-Akkus lassen sich auch in bestehenden Anlagen vor dem Wechselrichter installieren. Dabei liefern die Solarstromspeicher Energie in einem Spannungsniveau, mit dem verschiedene Wechselrichtertypen arbeiten können.

Geht es um die Art der Solarstromspeicher, unterscheidet man heute vor allem Blei-Säure- bzw. Blei-Gel- und Lithium-Ionen-Akkumulatoren.

Solarstromspeicher auf Blei-Säure-Basis

Blei-Akkus sind schon lange am Markt verfügbar. Sie kommen zum Beispiel in Autos zum Einsatz, wobei sie kurzzeitig viel Energie zum Start des Motors bereitstellen. Sie sind günstig und arbeiten zuverlässig, haben jedoch auch einige Nachteile. Einer davon ist der niedrige Wirkungsgrad von rund 80 Prozent. Dieser hat zur Folge, dass die Blei-Solar-Akkus beim Be- und Entladen bis zu 20 Prozent der kostbaren Solarenergie verlieren. Ein weiterer Nachteil ist die begrenzte Lebenszeit. Die Speicher erreichen in der Regel nur 3.000 Ladezyklen und sind daher im Durchschnitt alle zehn Jahre auszutauschen.

Solarspeicher auf Lithiumionen-Basis

Besser geeignet sind dabei Lithium-Ionen-Akkus. Diese haben eine hohe Energiedichte und können auch bei kleinen Baugrößen viel Strom speichern. Sie versorgen viele Mobilgeräte lange mit Strom und erreichen dabei einen Wirkungsgrad von bis zu 95 Prozent. Das heißt, dass beim Be- und Entladen hier nur fünf Prozent des selbst erzeugten Stroms verloren gehen. Ein weiterer Vorteil: Solarspeicher auf Lithium-Ionen-Basis erreichen in der Regel rund 5.000 Ladezyklen und halten dabei oft länger als 20 Jahre.

Durch einen Stromspeicher steigt die sogenannte Eigennutzungsrate der selbst erzeugten elektrischen Energie. Während herkömmliche Photovoltaikanlagen ungefähr 80 Prozent des Stroms gegen eine Vergütung in das öffentliche Netz einspeisen, sind das bei Speicheranlagen nur noch rund 40 Prozent. Dabei müssen Verbraucher weniger Strom aus dem Netz beziehen und sparen rund 27 Cent für jede Kilowattstunde, die sie selbst verbrauchen. Die folgende Rechnung zeigt, ob sich das tatsächlich lohnt.

Die Investitionskosten im Vergleich

Für ein typisches Einfamilienhaus mit einem Stromverbrauch von rund 4.500 Kilowattstunden im Jahr kommt eine Photovoltaikanlage mit 4,5 kWp infrage. Soll diese mit einem Stromspeicher kombiniert werden, sollte dieser eine Kapazität von mindestens 4 kWh haben. Dabei fallen folgende Kosten an:

• Photovoltaikanlage: 6.500 Euro
• Solarspeicher: 4.500 Euro – 19 Prozent KfW-Förderung = 3.645 Euro
• Gesamtkosten der Anlage mit Solarstromspeicher: 10.145 Euro

Vergleicht man die Investitionskosten, schlägt der Stromspeicher in dieser Beispielrechnung mit Mehrkosten von rund 3.645 Euro zu Buche. Der Staat macht diese Investition durch eine Förderung in Form eines Kredits attraktiver.

Erlöse und Einsparungen

Den Investitionskosten der Photovoltaikanlage stehen im Betrieb Einsparungen und Erlöse gegenüber. Wie hoch diese sind, hängt von der Eigennutzungsrate, der Einspeisevergütung und den aktuellen Stromkosten ab. In dieser Beispielrechnung gehen wir von folgenden Werten aus:

• Eigennutzungsrate ohne Speicher: 20 Prozent
• Eigennutzungsrate mit Speicher: 60 Prozent
• aktueller Strompreis: 27 ct/kWh
• Einspeisevergütung (06/2017): 12,24 ct/kWh

Der Vergleich zeigt, dass sich ein Solarspeicher bereits bei einem Eigenverbrauch von nur 60 Prozent lohnt. Denn dabei spart er 1.700 Euro mehr als eine Photovoltaikanlage ohne Speicher. Betrachtet man den Vergleich dynamisch, also mit einer jährlichen Strompreissteigerung von rund 2 Prozent, liegen die möglichen Einsparungen sogar noch höher.

Einsparungen einer Photovoltaik-Anlage mit und ohne Solar-Akku.

Wichtig zu wissen ist, dass diese Berechnung nur ein Beispiel darstellt. In der Praxis sollten Hausbesitzer mit realen Werten rechnen lassen.

INFO: Warnung vor Billiglösungen

Solarspeicher können die Wirtschaftlichkeit einer Photovoltaikanlage deutlich erhöhen. Um Probleme zu vermeiden, sollten Hausbesitzer neben dem Preis vor allem auch auf die Qualität achten. So konnten Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) bei verschiedenen Billigprodukten deutliche Mängel feststellen. Dabei wurden selbst deutsche Produkte mit blanken Polen, losen Zellverbindern, ungesicherten Metallschrauben oder verrutschten Isolierungen ausgeliefert. Nach Aussage der Forscher könnten die Solar-Akkus bei einer Störung überhitzen, in Flammen aufgehen oder im schlimmsten Fall sogar explodieren.

Um diesen Problemen vorzubeugen, empfehlen wir den Kauf von Produkten namhafter Hersteller. Ein Indiz für hohe Qualität ist dabei zum Beispiel das Sicherheitszertifikat UN38.3, mit dem übrigens keines der getesteten Speichersysteme ausgestattet war.

Während Lithium-Ionen-Akkumulatoren den heutigen Standard der Stromspeichertechnik darstellen, wird es in Zukunft auch weitere Möglichkeiten geben. Interessante Alternativen stellen dabei Redox-Flow- und Wasserstoffspeicher dar.

Redox-Flow-Solarspeicher als Alternative zu Lithium-Ionen-Akkus

Der Redox-Flow-Speicher funktioniert ähnlich wie Blei- oder Lithium-Ionen-Akkus, denn auch er speichert elektrische Energie in chemischen Verbindungen. Der größte Unterschied ist jedoch, dass die Reaktionspartner hier nicht in fester, sondern in flüssiger Form vorliegen. Dabei zirkulieren zwei Elektrolyte in getrennten Kreisläufen zwischen Tanks und einer sogenannten galvanischen Zelle. In dieser werden die Stoffe oxidiert, wobei Strom fließt. Zu den bedeutendsten Vorteilen der Solarstromspeicher zählt die räumliche Trennung von Tanks und Stacks, wobei sich die Speicher gut an den individuellen Bedarf anpassen lassen. Darüber hinaus erreichen Redox-Flow-Batterien bis zu 10.000 Ladezyklen und sind damit besonders lange haltbar.

Aufgrund der aufwendigen Technik sind die Solar-Akkus heute noch recht teuer. Weil sie sich für kleinere Einsatzgebiete kaum lohnen, kommen sie vorwiegend in großen Speicheranlagen zum Einsatz. Durch fortschreitende Forschung könnte sich das in Zukunft jedoch ändern.

Wasserstoff als Langzeitspeicher

Wasserstoff lässt sich mit überschüssigem Solarstrom aus dem Wasser herauslösen und in speziellen Gastanks einspeichern. Im Gegensatz zu heute verfügbaren Solar-Akkus funktioniert das vergleichsweise platzsparend und effizient sogar über längere Zeiträume.

Die Rückumwandlung funktioniert dabei mithilfe einer Brennstoffzelle. Diese lässt den Wasserstoff mit Sauerstoff reagieren und erzeugt dabei neben dem Strom auch Wärme, die den Bedarf im eigenen Haus deckt. Die Technologie ist effizient und bereits heute nutzbar. So kam sie zum Beispiel im ersten energieautarken Mehrfamilienhaus der Schweiz zum Einsatz. Aufgrund der hohen Kosten ist sie heute jedoch eher eine Nischenlösung.

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