Solarstromspeicher – Tag und Nacht Solarstrom nutzen

Solarbatterie – was ist das eigentlich?

Der von Photovoltaikanlagen erzeugte Strom wird in einer Solarbatterie gespeichert und bei Bedarf für den Eigenverbrauch zur Verfügung gestellt. Sie werden daher auch als Solarspeicher oder als Solarenergiespeicher bezeichnet. Solarbatterien sind eine neuartige Erfindung, die seit 2012 immer beliebter wird. In diesem Jahr hat die Bundesregierung eine Reform des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) beschlossen. Dabei wurde die Einspeisevergütung für Solarstrom deutlich gesenkt. Die Folgen: Immer mehr Privatpersonen entscheiden sich dafür, ihren selbst produzierten Strom nicht in das öffentliche Netz einzuspeisen, sondern für den Eigenbedarf zu nutzen. Auch heute noch erfreuen sich Solarbatterien großer Beliebtheit. Nicht nur angesichts steigender Energiepreise, sondern auch aus ökologischer Sicht ist die autonome Energieversorgung eine beliebte Alternative.

Wie funktioniert eine Solarbatterie?

Streng genommen handelt es sich bei einem Solarstromspeicher nicht nur um eine Batterie, sondern um eine wiederaufladbare Solarbatterie. Bei starker Sonneneinstrahlung übersteigt die erzeugte Sonnenenergie den Energiebedarf des Hauses. Die überschüssige Energie wird in die Batterie geleitet und lädt diese wie eine Batterie auf. Der gespeicherte Solarstrom kann später zum Betrieb elektronischer Haushaltsgeräte genutzt werden. In der Regel wird zwischen zwei unterschiedlichen Solarstromspeichern unterschieden: Lithium-Ionen-Batteriespeicher und Blei-Säure-Batteriespeicher . Die für die Funktion der Solarbatterie verantwortliche chemische Reaktion ist jedoch ähnlich.

Im Akkupack befinden sich zwei Elektroden. Eine Elektrode ist positiv elektronisch geladen, die andere ist negativ geladen. Die Elektroden sind von einer leitenden Flüssigkeit umgeben, die als Elektrolyt bezeichnet wird. Es sorgt für den Stoffaustausch zwischen den beiden Elektroden, die durch eine teildurchlässige Trennschicht (Separator) voneinander isoliert sind. Ist die Solarbatterie leer, befinden sich Substanzpartikel auf der positiven Elektrode. Trifft Sonnenstrom, also elektrische Spannung, auf die positive Elektrode, lösen sich die Partikel auf und gleiten durch den Elektrolyten zur negativen Elektrode. Da die Partikel positiv geladen sind, entsteht eine Potentialdifferenz zwischen den beiden Elektroden und die Batterie wird geladen. Beim Entladen, also bei der Nutzung des Stroms, läuft dieser Vorgang genau anders ab.

Welche Batterien eignen sich für Solaranlagen?

Obwohl sich die Grundfunktionen von Lithium-Ionen-Batterien und Blei-Säure-Batterien nicht unterscheiden, handelt es sich um zwei unterschiedliche Technologien. Um herauszufinden, welche Solarbatterie sich am besten für den Einsatz in der hauseigenen Photovoltaikanlage eignet , müssen vorab einige Konzepte geklärt werden.

Energiedichte

Die Energiedichte gibt Aufschluss über die Kapazität der Solarbatterie im Hinblick auf ihre Größe. Je höher die Energiedichte, desto kleiner ist die Solarbatterie – bei gleicher Speicherkapazität. An dieser Stelle haben Lithium-Ionen-Batterien klar die Nase vorn, da alle Komponenten auf engstem Raum verbaut sind. Nicht zuletzt werden Lithium-Ionen-Batterien – neben der Photovoltaik – auch in Smartphones und Notebooks verbaut.

Kapazität

Hier gibt es zwei Werte: die nominelle Speicherkapazität und die nutzbare Kapazität. Beide werden in Kilowattstunden (kWh) angegeben. Die Nennspeicherkapazität ist die Energiemenge, die der Solarspeicher maximal aufnehmen kann. Die tatsächlich nutzbare Kapazität multipliziert diesen Wert mit der Entladetiefe und ist somit aussagekräftiger.

Effizienz

Beim Laden und Entladen gibt die Solarbatterie Wärme an die Umgebung ab. Dadurch geht ein Teil des gespeicherten Solarstroms verloren. Von 100 Prozent zwischengespeichertem Strom erhalten Sie nur einen bestimmten Prozentsatz zurück. Dies nennt man Effizienz. Moderne Lithium-Solarbatterien haben oft einen Wirkungsgrad von über 90 Prozent, bei der Bleivariante liegt dieser Wert zwischen 70 und 80 Prozent. Um Aussagen über die Effizienz treffen zu können, muss das gesamte System betrachtet werden. Neben der Effizienz der Solarbatterie muss auch die Effizienz der anderen Systemkomponenten, z. B. PV-Wechselrichter, Batteriewechselrichter, DC/DC-Wandler oder Backup-Komponenten, berücksichtigt werden. Darüber hinaus spielt die richtige Dimensionierung der Anlage eine wesentliche Rolle. Für eine professionelle Dolmetschung können Sie sich gerne an Ihren IBC-Fachpartner vor Ort wenden.

Lebensdauer

Die Lebensdauer der Solarbatterie wird durch zwei Alterungsmechanismen bestimmt. Diese Mechanismen werden als Zyklenlebensdauer und Kalenderlebensdauer einer Solarbatterie bezeichnet. Das Lebensende ist nicht gleichbedeutend mit dem „Tod“ der Solarbatterie, sondern bedeutet, dass die Kapazität der Solarbatterie auf einen vom Hersteller definierten Restwert gesunken ist. Im Allgemeinen liegt diese zwischen 60 und 80 Prozent der Ausgangskapazität. Die Kalenderlebensdauer ist unabhängig von der Nutzung des Speichers. Bei Lithium-Solarbatterien beträgt sie 15–20 Jahre und bei Blei-Säure-Solarbatterien etwa 10 Jahre. Die Zyklenlebensdauer, dargestellt durch die Anzahl der Zyklen, gibt an, wie oft der Batteriespeicher vollständig geladen und entladen werden kann, bevor seine Kapazität unter eine funktionsunfähige Grenze sinkt. Lithium-Ionen-Solarbatterien haben etwa 4.000 Zyklen. Jedes Jahr verbraucht eine Solarbatterie etwa 250 Zyklen. Eine Lithium-Solarbatterie, die üblicherweise mit 4.000 Zyklen ausgestattet ist, hält etwa 20 Jahre. Blei-Säure-Batterien haben etwa 1.200 bis 2.500 Ladezyklen und halten daher nur etwa zehn Jahre. Daher bringt eine höhere Zyklenzahl keinen Vorteil, da die kalendarische Lebensdauer die Obergrenze darstellt. Sowohl Lithium-Ionen-Batterien als auch Blei-Säure-Batterien verlieren ihre Lebensdauer, wenn sie sich über einen längeren Zeitraum in sehr warmen Umgebungen befinden. Als Faustregel gilt: Eine um 10 °C höhere Durchschnittstemperatur bedeutet eine doppelt so hohe Alterungsgeschwindigkeit.

Entladungstiefe

Viele Solarbatterien haben eine sogenannte maximale Entladetiefe. Grundsätzlich bedeutet eine geringere Entladetiefe eine Verringerung der Zyklenlebensdauer, aber natürlich auch eine geringere nutzbare Speicherkapazität. Die Entladetiefe wird in Prozent angegeben: 80 Prozent DoD (Depth of Discharge) bedeutet, dass 80 Prozent des vollständig geladenen Solarenergiespeichers genutzt werden. Während moderne Lithium-Ionen-Batteriespeicher mit Entladetiefen von 100 Prozent werben, liegt das Kosten-Nutzen-Optimum bei Blei-Säure-Batterien bei rund 50 Prozent.