Photovoltaikanlagen sind eine der am häufigsten genutzten erneuerbaren Energiequellen für den Eigenbedarf. Um die volle Nutzung des Potenzials von PV-Anlagen auszuschöpfen, können Photovoltaik-Speicher genutzt werden. Diese Stromspeicher ermöglichen die Speicherung von überschüssigem Solarstrom und dessen Nutzung zu einem späteren Zeitpunkt. In diesem Artikel befassen wir uns mit den wichtigsten Pros und Contras von Photovoltaik-Speichern.
Und das ist der Inhalt des Artikels:
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Photovoltaik-Speicher: Pro und Contra
Im Folgenden finden Sie eine Tabelle mit den wichtigsten Pro- und Contra-Argumenten. Im weiteren Verlauf gehen wir intensiv auf die Argumente ein, besonders was die tatsächliche Wirtschaftlichkeit eines Photovoltaik-Speichers betrifft.
| Pro | Contra |
|---|---|
| Steigerung des Eigenverbrauchs | Anschaffungskosten |
| Senkung der Stromkosten | Platzbedarf |
| Steigerung der Autarkie | Wartungskosten |
| Notstrom möglich | Lebensdauer der Batterien |
| Reduktion des CO₂-Ausstoßes | begrenzte Kapazität |
| Recycling und Entsorgung von Batterien |
Vorteile eines PV-Speicher
Zu den Vorteilen eines PV-Speichers zählen in erster Linie die Steigerung des Eigenverbrauchs und der Autarkie sowie die Unabhängigkeit von Stromanbietern, da PV-Speicher die Wirtschaftlichkeit des PV-Systems erhöhen und Energiekosten sparen. Die Möglichkeit zur Notstromversorgung und die Reduktion des CO₂-Ausstoßes sind zwei weitere kleine Vorteile.
Steigerung des Eigenverbrauchs
Einer der Hauptvorteile der Verwendung von Photovoltaik-Speichern besteht darin, dass sie den Eigenverbrauch von Solarstrom erhöhen können. Ohne einen Speicher würde der überschüssige Strom, der während des Tages produziert wird, ins Stromnetz eingespeist werden. Photovoltaikanlagen erzeugen nämlich den meisten Solarstrom zur Mittagszeit, wenn die Sonneneinstrahlung am stärksten ist.
Der Großteil der Haushalte in Deutschland verbraucht allerdings den meisten Strom morgens und abends. Das bedeutet, dass der am Mittag erzeugte Strom einen ungenutzten Überschuss bildet. Der Eigenverbrauch beträgt deshalb in der Regel nur etwa 30%. Strom, der später benötigt wird, muss von einem Stromversorger teuer bezogen werden.
Durch die Verwendung eines PV-Speichers kann der überschüssige Strom jedoch gespeichert und später selbst genutzt werden. Der Eigenverbrauch kann auf diese Weise im Schnitt auf 60 bis 70% gesteigert werden. Dies reduziert nicht nur den Strombezug vom Netz, sondern senkt auch die Energiekosten.
Ein Beispiel:
Ein 4-Personen-Haushalt verbraucht rund 4.000 kWh Strom im Jahr. Eine 5-kWp-Photovoltaikanlage erzeugt etwa 5.000 kWh Strom. 30% davon können direkt im Haushalt verbraucht werden, das sind 1.500 kWh. Mit einem Stromspeicher wird der Anteil am Eigenverbrauch dabei auf 65% erhöht, was 3.250 kWh entspricht.
| Strombedarf | Stromerzeugung | Anteil Eigenverbrauch | |
|---|---|---|---|
| Ohne PV-Speicher | 4.000 kWh | 5.000 kWh | 1.500 kWh (30%) |
| Mit PV-Speicher | 4.000 kWh | 5.000 kWh | 3.250 kWh (65%) |
-> Auch interessant: PV-Eigenverbrauch erhöhen & überschüssigen Strom sinnvoll nutzen
Senkung der Stromkosten
Die genaue Ersparnis der Stromkosten veranschaulichen wir in einer weiteren Beispielrechnung. In Deutschland verbraucht ein durchschnittliches Einfamilienhaus rund 4.000 kWh Strom im Jahr. Eine 5-kWp-Photovoltaik-Anlage und ein 5 kWh Stromspeicher stellen eine gute Dimensionierung dar.
- Stromerzeugungskosten mit Photovoltaik: 10 Cent
- Stromerzeugungskosten mit PV-Speicher: 15 Cent
- Netzstrom Kosten: 34 Cent (Stand April 2023)
- Einspeisevergütung: 8,2 Cent (Stand April 2023)
- Jährliche Stromkosten ohne PV-Anlage: 1.360 €
Die Stromerzeugungskosten mit Photovoltaik liegen laut Studien des Fraunhofer-Instituts zwischen 3 und 11 Cent pro kWh. Wir haben 10 Cent gewählt, da die Anschaffungskosten für kleinere private PV-Anlagen im Verhältnis teurer sind als bei größeren Anlagen.
Die Stromgestehungskosten für Photovoltaik-Speicher liegen zwischen 5,24 und 19,72 Cent pro kWh. Die große Spanne entsteht durch hohe Kostenunterschiede zwischen den verschiedenen Batteriesystemen und Herstellern. Wir haben 15 Cent gewählt, da auch hier bei kleineren Speicherkapazitäten die Anschaffungspreise im Vergleich höher sind.
| PV-Anlage ohne Speicher | PV-Anlage mit Speicher | Netzstrombezug | |
|---|---|---|---|
| Eigenverbrauch | 30% | 65% | 100% Netzbezug |
| zugekaufter Strom vom Netz | 850€ | 255€ | 1.360€ |
| Kosten eigener Stromerzeugung | 400€ | 600€ | 0€ |
| erhaltene Einspeisevergütung | 287€ | 143,50€ | 0€ |
| Stromkostenersparnis pro Jahr | 397€ | 648,50€ | 0€ |
Die gesparten Stromkosten betragen demzufolge pro Jahr über 600 € mit einem Stromspeicher, und knapp 400 € sind ohne einen Stromspeicher. Damit ist eine Photovoltaikanlage mit PV-Speicher rund 60 % wirtschaftlicher als eine ohne.
-> Auch interessant: Lohnt sich Photovoltaik mit Speicher in 2023?
Steigerung der Autarkie
Ein weiterer Vorteil von Photovoltaik-Speichern besteht darin, dass sie zur Steigerung der Autarkie beitragen. Durch die Verwendung eines Speichers wird die Abhängigkeit von Stromversorgern verringert.
Die Autarkie beschreibt, wie hoch der Anteil des Solarstroms am tatsächlichen Strombedarf des Haushalts ist. Bei einer einfachen Photovoltaikanlage liegt dieser Anteil zwischen 35% und 40%. Wird ein Stromspeicher dem System hinzugefügt, erhöht das die Autarkie im Schnitt auf 80 bis 85%.
Unserer ersten Beispielsrechnung folgend, sieht die Autarkie mit einem Photovoltaik-Speicher dann so aus:
| Strombedarf | Stromerzeugung | Anteil Eigenverbrauch | Anteil am Strombedarf (Autarkie) | |
|---|---|---|---|---|
| Ohne PV-Speicher | 4.000 kWh | 5.000 kWh | 1.500 kWh (30%) | 37,50% |
| Mit PV-Speicher | 4.000 kWh | 5.000 kWh | 3.250 kWh (65%) | 81,25% |
Der Stromspeicher steigert die Autarkie also auf mehr als das Doppelte einer normalen Photovoltaikanlage.
Eine Autarkie von 100% zu erreichen, also komplett unabhängig vom Stromversorger zu sein, ist schwer. Das liegt vorrangig daran, dass man eine stark überdimensionierte PV-Anlage und einen wesentlich größeren Stromspeicher benötigt. Im Winter und bei mehreren Tagen mit schlechtem Wetter ist die Solarstromproduktion extrem gering. Ein großer, vollgeladener Stromspeicher ist nötig, um die Stromversorgung zu sichern. In der Regel erreichen nur Inselanlagen eine 100-prozentige Autarkie.
Sie haben jedoch die Möglichkeit, die Autarkie und auch den Eigenverbrauch durch den Einsatz eines Energiemanagers noch weiter zu optimieren
Möglichkeit zum Notstrom
Mit einem Stromspeicher ist der Haushalt auch bei einem Ausfall des öffentlichen Netzes mit Solarstrom versorgt. Die meisten modernen Stromspeicher haben nämlich eine sogenannte Notstromfunktion. Meist befindet sich dafür ein Anschluss für eine Steckdose am Wechselrichter des Stromspeichers. Das bedeutet aber auch, dass die Notstromfunktion auf ein oder zwei Geräte begrenzt ist und manuell eingeschaltet werden muss.
Alternativ bieten einige PV-Speicher Ersatzstromfunktion. Ersatzstrom versorgt das ganze Haus weiterhin bei einem Netzausfall. Die Umschaltung bei einem Stromausfall erfolgt dabei automatisch. Dazu wird eine Umschalteinrichtung am Netzanschlusspunkt benötigt. Diese ist zwischen dem Stromzähler und der Hausverteilung installiert.
Reduktion des CO₂-Ausstoßes
Eine normale Photovoltaikanlage auf einem Einfamilienhaus senkt die CO₂-Emissionen, die durch den Strombezug anfallen, um etwa 45%. Mit einem Photovoltaik-Speicher erhöht sich dieser Wert auf rund 85%. Zu diesen Ergebnissen kam eine Studie der EUPD Research in Bonn.
Dies ist ein wichtiger Aspekt, betrachtet man die Elektrifizierung der Haushalte durch Wärmepumpen und Elektroautos. Wärmepumpen steigern den Stromverbrauch eines Einfamilienhaushalte auf rund 8.000 bis 8.500 kWh. E-Autos steigern ihn sogar auf rund 10.000 kWh jährlich. Die Nutzung einer Wärmepumpe oder eines E-Autos in Kombination mit einer eigenen PV-Anlage und Stromspeicher reduziert neben den CO₂-Emissionen durch den Strombezug also auch noch die Treibhausgase der Wärmeerzeugung und Mobilität.
Nachteile eines PV-Speichers
Neben den wirtschaftlichen und umweltfreundlichen Vorteilen hat ein Stromspeicher aber auch einige Nachteile. Dazu gehören vorrangig die hohen Anschaffungskosten, die kürzere Lebensdauer und die Stromsicherung nur über kurze Zeiträume.
Hohe Anschaffungskosten
Die Preise für PV-Speicher sind in den vergangenen zehn Jahren enorm gesunken. Dennoch sind die Investitionskosten für einen Stromspeicher mit 800 bis 1.400 € pro kWh Speicherkapazität hoch. Bei einem Einfamilienhaus sind es je nach Speichergröße Anschaffungskosten von 6.000 bis 10.000 €.
Dazu kommen 8.000 bis 14.000 € für die Kosten der PV-Anlage. Das ergibt eine Investitionssumme von 14.000 bis 24.000 € für ein komplettes PV-System. Auch wenn diese Kosten durch die eingesparten Stromkosten sich wieder rentieren, dauert die Amortisation einer Photovoltaikanlage mit Speicher im Schnitt 10 bis 15 Jahre.
Nur kurzzeitige Stromspeicherung
Ein weiterer Nachteil von PV-Speichern ist, dass sie den Solarstrom nur kurzfristig speichern können. Der Zyklus eines Stromspeichers ist in der Regel für ein bis zwei Tage gedacht. Bei Inselanlagen sind es bis zu vier Tage. Dies bedeutet, dass in Zeiten mit wenig Sonneneinstrahlung, wie in den Wintermonaten, der Strombedarf nicht vollständig durch den PV-Speicher gedeckt werden kann.
Kürzere Lebensdauer als Solarmodule
Die meisten Stromspeicher haben eine Lebensdauer von 15 bis 20 Jahren. Diese ist damit deutlich kürzer als die Lebensdauer von Solarmodulen, die bei über 30 Jahren liegt. Stromspeicher-Hersteller versprechen aber in der Regel nur eine Garantie bis zu zehn Jahre. Das liegt daran, dass in den Batterien chemische Prozesse stattfinden, die das Material altern lassen. Diese Alterung der Batterie führt im Laufe der Jahre zu einer geringen Speicherkapazität. Am Anfang altert die Batterie sehr langsam und es kommt nur zu geringen Verlusten. Später jedoch geht der Alterungsprozess wesentlich schneller voran.
Die Lebensdauer wird durch die Haltbarkeit der Ladezyklen bestimmt. Im Durchschnitt hat ein Photovoltaik-Speicher 4.000 bis 5.000 Ladezyklen. Ein privater Familienhaushalt verbraucht davon 200 bis 250 im Jahr. Sobald die Ladezyklen aufgebraucht sind, nimmt die Speicherkapazität der Batterie zunehmend ab, bis die Batterie kaputt geht.
Ein Ladezyklus umfasst die komplette Aufladung, Speicherung und Entladung des Speichers. Ein Stromspeicher wird nie zu 100% entladen und er behält immer eine Restladung zum Schutz des Akkus. Die Anzahl der Ladezyklen bezieht sich deshalb auf die Nutzkapazität des Batteriespeichers und nicht auf die Gesamtkapazität.
Mit einer guten Ladestrategie beträgt die Lebenszeit auch bis zu 25 Jahre. Gute Ladestrategie bedeutet in diesem Sinne, dass der Speicher nie zu lange in voll geladenem Zustand verweilt. Grob sollte deshalb ein Verbrauch von 200 Zyklen pro Jahr angestrebt werden. Wir verdeutlichen dies einmal mit unserem Haushalt aus den vorherigen Beispielen:
- Stromverbrauch: 4.000 kWh
- PV-Leistung : 6 kWp.
- Nutzkapazität des Speichers: 95% und soll 3
- Jährlich gedeckter Strombedarf: 30%
4.000 kWh x 0,3 (30%) = 1.200 kWh Strombedarf
6 kWp x 0,95 (95%) = 5,7 kWp Nutzkapazität
1.200 kWh / 5,7 = 210 Ladezyklen
Bei einer Lebensdauer von 4.000 - 5.000 Ladezyklen hält der Stromspeicher also 20-24 Jahre.
Kritische Umweltverträglichkeit
Für die Herstellung von Stromspeicher-Akkus wird immer Lithium und entweder Kobalt oder Eisenphosphat benötigt. Die Förderung und Gewinnung dieser Materialien sind jedoch oft mit sozialen Missständen, Kinderarbeit und Umweltzerstörung verbunden. Es ist wichtig zu bedenken, dass dies ein ethisches und moralisches Problem darstellt, das nicht ignoriert werden sollte.
Das Problem von Kobalt ist, dass die Hälfte der weltweiten Reserven im Kongo lagert. Der Abbau findet unter katastrophalen Bedingungen für die Menschen und auch die Umwelt statt. Die Nachfrage nach „sauberem Kobalt“ ist zwar groß, jedoch ist dieses aktuell kaum erhältlich. Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Speicher stellen deshalb ethisch ein Problem dar.
-> Auch interessant: Welche Arten von PV-Speichern gibt es?
Besser sind Lithium-Eisen-Phosphat-Speicher. Eisenphosphat ist ein natürliches Mineral und kein Schwermetall wie Kobalt. Die Gewinnung von Lithium ist jedoch ebenfalls kritisch zu betrachten. Lithium wird hauptsächlich in den Ländern Chile, China, Argentinien und Australien abgebaut. In Australien stammt das Lithium aus dem Bergbau, in Chile und Argentinien wird es jedoch aus sogenannten Salaren (Salzwüsten) gewonnen. Diese führen zu Trockenheit und der Senkung des Grundwasserspiegels, was besonders die einheimischen Bauern bedroht und die Natur zerstört.
Daher ist es wichtig, einen Photovoltaik-Speicher zu wählen, der auf eine umweltfreundliche und sozialverträgliche Produktion achtet.
Fazit
Photovoltaik-Speicher haben sowohl Vor- als auch Nachteile, wobei die Pro-Argumente klar überwiegen. Der Hauptvorteil ist die Steigerung des Eigenverbrauchs, was die Unabhängigkeit von Stromanbietern erhöht und deutlich mehr Energiekosten spart. Außerdem steigern Photovoltaik-Speicher die Autarkie, bieten eine Möglichkeit zur Notstromversorgung und reduzieren den CO₂-Ausstoß des Haushalts. Zu den Nachteilen gehören die Anschaffungskosten sowie die Lebensdauer der Batterien. Ein weiteres Thema ist die ethische und umweltschädliche Herstellung von Batterien.
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