Inhaltsverzeichnis
- Photovoltaik-Speichersysteme lohnen sich immer, oder? Eine kurze Wirtschaftlichkeitsbetrachtung
- Eigenverbrauchsanteil ist alleine kein geeigneter Effizienzmaßstab...
- Wirtschaftlichkeitsrechnung eines PV-Speichers
- Fazit: Ein Ausblick auf die PV-Speichertechnik der Zukunft
Photovoltaik-Speichersysteme lohnen sich immer, oder? Eine kurze Wirtschaftlichkeitsbetrachtung
Warum befinden sich nicht auf allen Dächern oder auf brachliegenden Feldern PV-Anlagen samt Speichern? Diese Frage ist nicht mit wenigen Worten zu beantworten, denn die Wirtschaftlichkeit eines PV-Speichersystems ist von vielen Faktoren abhängig. Klar jedoch ist, dass eine Photovoltaik-Anlage ohne Speicher nur zwischen 20 bis 40 Prozent des Eigenbedarfs gewährleisten kann – darüber hinaus muss zusätzlich Strom bezogen werden.
Was sind Gestehungskosten bei Photovoltaik-Anlagen?
Ja, richtig gehört: Ge- und nicht Entstehungskosten. Unter Gestehungskosten werden alle Kosten, die für die Erzeugung von Strom durch Photovoltaik innerhalb der vorgesehenen Laufzeit entstehen – dazu gehören auch die Anschaffung, der Unterhalt, die Wartung und Reparatur von PV-Speichern, verstanden.
→ Die Gesamtkostensumme wird anschließend mit dem geplanten Stromertrag innerhalb desselben Zeitraums verrechnet. Das ergibt in Kombination die sog. Stromgestehungskosten.
Ebenso wichtig für eine genaue Wirtschaftlichkeitsbetrachtung von PV-Speichern sind der Soll- und Ist-Eigenverbrauchsanteil sowie die Strompreisentwicklung. Denn alle haben direkten Einfluss darauf, wann sich ein Speichersystem amortisiert und schließlich rentiert.
Energieeffizienz des Gesamtsystems (PV-Anlage und Speichermedium)
Je größer der Speicher, desto besser? Diese Annahme wird durch die Stromspeicher Inspektion der HTW Berlin widerlegt. Denn bei verhältnismäßig großen Speichersystemen und zugleich kleineren PV-Anlagen ergaben sich hohe Umwandlungs- und sog. Stand-by-Verluste. Dadurch wurde der gespeicherte Nettostrom unnötig reduziert.
→ Kleine effiziente PV-Speichersysteme können dazu beitragen, dass die Jahresstromrechnung geringer ausfällt.
Der Stand-by-Verbrauch wird häufig unterschätzt
Genauer gesagt geht es hierbei um den Leerlaufverbrauch entladener Stromspeicher. Und hier kommt es durchaus auf die Dimensionierung des PV-Speichers an. Denn je kleiner das System, desto häufiger wird der Batteriespeicher vollständig entladen. Nach Experteneinschätzung ist das Gros der Speicher jährlich zwischen 2.000 bis 4.000 Stunden im entladenen Zustand. Handelt es sich in einem solchen Fall um ein Speichersystem mit beispielsweise einer Stand-by-Leistung von 50 W, verursachen sie einen zusätzlichen Strombezug zwischen 100 bis 200 kWh pro Jahr.
Effizienzwirkungsgrad und Stromspeicherkombinationen
Auch 2023 wurde durch die HTW wieder getestet und für unterschiedliche Leistungsklassen die effizientesten Speichermodelle ermittelt:
- Über 96 Prozent Energieeffizienz (= wenig bis gar keine Umwandlungs- und Stand-by-Verluste) erreichte ein DC-gekoppeltes Speichersystem (Leistungsklasse 10 kW).
- Stark fiel im Allgemeinen auch das Testergebnis (Leistungsklasse 10 kW) von Hybridwechselrichtern in Kombination mit Batteriespeichern aus (95,4 Prozent Energieeffizienz).
- In der 5-kW-Leistungsklasse brillierten vor allem Hybridwechselrichter in Kombination mit Hochvolt-Batterien.
Auslastung und Umwandlungseffizienz eines Wechselrichters
Die Kennzahl, die bei Wechselrichtern zu dessen Leistungseinschätzung herangezogen wird, ist meist ausschließlich deren maximaler Wirkungsgrad. Dabei gerät aber aus dem Blick, dass die Umwandlungseffizienz direkt von der temporären Auslastung betroffen ist. Dementsprechend wird der maximale Wirkungsgrad samt höchster Umwandlungseffizienz meist nur bei optimaler Betriebsweise erreicht.
Eigenverbrauchsanteil ist allein kein geeigneter Effizienz-Maßstab...
…weil der Eigenverbrauchsanteil nur den Anteil der erzeugten PV-Energie angibt, die zeitgleich zum allgemeinen Betrieb und zur Ladung des Speichersystems verwendet wird.
Da sich aber die einzelnen Effizienzverluste der PV-Speicher unterschiedlich stark auf die Höhe des Eigenverbrauchsanteils auswirken, ist diese Kennzahl allein nur bedingt aussagekräftig. Hinzu kommt, dass sowohl der Umwandlungsverlust als auch der Stand-by-Verbrauch temporär den Eigenverbrauchsanteil beeinflussen.
Wirtschaftlichkeitsrechnung eines PV-Speichers
Vorweg muss gesagt sein, dass unterschiedliche Betriebsweisen zu unterschiedlichen Kostenrechnungen führen werden, weswegen eine absolut genaue Wirtschaftlichkeitsberechnung bei Photovoltaikspeichersystemen sehr feingliedrig und komplex ist. Jedoch lässt sich bereits durch eine vereinfachte Berechnung feststellen, inwiefern der gewählte Speichertyp rentabel ist oder wie lange er theoretisch bräuchte, um dies zu werden.
Berechnungsbeispiel
Ziel: Berechnung der Energie, die der Akku während seiner Ladezyklen aufnimmt und abgibt in Relation zu Strom-, Anschaffungs- und Betriebskosten.
Beispiel: Lithium-Eisenphosphat-Akku mit etwa 8.000 Ladezyklen bei einer Kapazität von 4 kWh. Gleichzeitig sollte konservativ mit einer Effizienz von 90 Prozent gerechnet werden (Umwandlungs- und Stand-by-Verluste berücksichtig). Hinzukommt jedoch noch der Wirkungsgradverlust des Gesamtsystems.
→ Moderne und gepflegte Photovoltaik- und Speicherkombinationen erreichen einen Gesamtwirkungsgrad von etwa 95 Prozent.
- Für unser Beispiel hieße das: 8.000 Ladezyklen x 4 kWh = 32.000 kWh x 0,95 = 30.400 kWh
- Bei Anschaffungskosten von 6.000 Euro ergäben sich Speicherkosten von: 19,7 Cent pro Kilowattstunde.
- Hinzu kommen die Kosten für den erzeugten Strom, der gespeichert werden soll (Investitions- und Betriebskosten der PV-Anlage); derzeit gängiger Mittelwert zwischen 10–12 ct/kWh.
- Somit kostet eine dem PV-Speicher entnommene Kilowattstunde insgesamt etwa 30 Cent. Da jedoch im Falle einer Kombination aus PV und Speichersystem der Stromverbrauch auf Direktverbrauch, Speichernutzung und Bezug aus dem Stromnetz besteht, können geringere Strommixpreise erreicht werden.
Fazit: Ein Ausblick auf die PV-Speichertechnik der Zukunft
Hält die technische Weiterentwicklung der Photovoltaikanlagen samt Speicher an, kann damit gerechnet werden, dass im Laufe der nächsten Jahre der Wirkungsgrad steigen und die Ladezyklen erweitert werden. Das sollte in der Folge einen erhöhten Einspareffekt darstellen – Experten sprechen sogar von einer möglichen Verdoppelung oder Verdreifachung.
Für derzeitige PV-Anlagen und Speichersysteme heißt es aber, genau abzuwägen, welche Anlage im Einzelfall die richtige ist. Oft fällt die Wahl nach einer derartigen Bestandaufnahme auf Lithium-Ionen-Technologie. Denn diese lässt sich problemlos mit E-Fahrzeugen verbinden und trägt damit gleich in zweierlei Hinsicht zum Klimaschutz bei.
Quellen: „Handbuch Planung und Wirtschaftlichkeit von Photovoltaik-Anlagen“
