photovoltaik Ausgabe: 04-2015

Speicher sind keine Verbraucher


Knubix-Geschäftsführer Markus Michelberger zeigt seinen Batteriespeicher auf der Energy Storage.

Knubix-Geschäftsführer Markus Michelberger zeigt seinen Batteriespeicher auf der Energy Storage.

Energy Storage — Die Energiewende braucht Batterieakkus, chemische Speicher und die Umwandlung von Strom in Gas. Der Verband der Energieversorger warnt, dass große Speicher aufgrund bestehender Gesetze unrentabel sind – und dies künftig bleiben. Niels Henrik Petersen

Inhaltsübersicht

  1. Speicher sind keine Verbraucher
  2. Younicos
  3. Sonnenbatterie
  4. Alevo

Speicher können einen wichtigen Beitrag leisten, um Ökostrom in das bestehende Energiesystem zu integrieren. Das ist die gute Nachricht, die schlechte lautet: Man lässt sie nicht. „Die sich radikal wandelnden Bedingungen auf dem Energiemarkt machen den Einsatz bestehender Speicher schon jetzt unrentabel“, erklärt Hildegard Müller auf der Energy Storage Europe in Düsseldorf. Sie ist Vorsitzende der Hauptgeschäftsführung des Bundesverbandes der Energie- und Wasserwirtschaft (BDEW). Mitte April 2015 trafen sich rund 1.800 Experten aus aller Welt, um über die technologischen Entwicklungen bei Batterieakkus und chemischen Speichern bis hin zu Power to Gas zu diskutieren.

Gleichzeitig sorgen gesetzlich festgelegte Regeln dafür, dass sich Energiespeicher immer weniger lohnen. Aus Sicht der Energiewirtschaft ist es deshalb höchste Zeit, sie zumindest von Entgelten für Netzzugang und den damit verbundenen Umlagen zu befreien. „Der Strommarkt muss zudem so weiterentwickelt werden, dass sich die Bereitstellung von Flexibilität und gesicherter Leistung auch für Speicher rechnet“, argumentiert Müller weiter.

Ein Speicher konserviert nur

Aber Energiespeichern fehlt es zuallererst einmal an einer einheitlichen Begriffsdefinition, beklagt der BDEW. So schafften Gesetzesnovellierungen immer neue Ausnahmen für einzelne Technologien, kritisiert der Verband. Besonders dass Speicher derzeit als Letztverbraucher gelten, die meist nicht von Netzentgelten oder der EEG-Umlage befreit seien, könne nicht sein.

„Speicher haben nicht das Ziel, Strom zu verbrauchen“, betont Müller. „Daher sollten die Regelungen für Energiespeicher in allen relevanten Gesetzen einheitlich festgelegt werden“, schlägt der Branchenverband in einem Papier vom Sommer 2014 vor.

Professor Eicke Weber, Leiter des Fraunhofer ISE und Präsident des Bundesverbands Energiespeicher, bringt es auf den Punkt: Speicher verschieben lediglich den Verbrauch auf der Zeitschiene. „Deshalb sind Speicher nur virtuell und existieren eigentlich gar nicht.“ Aus dieser Sicht heraus sei es wichtig, ein anderes Verständnis für Energiespeicher im Gesetz zu entwickeln, erklärt Weber weiter. Hier müsse künftig neu gedacht werden. Denn als der Gesetzgeber die heute geltenden Regeln festschrieb, hatten Speicher eine ganz andere Bedeutung – und zwar keine systemrelevante.

Die Chancen nutzen

Immer häufiger versuche die Bundesregierung, die Energiewende zu einem „schmutzigen Thema“ zu machen, schimpft Weber und fragt: „Warum sind wir nicht stolz darauf, was wir der Welt mit der Energiewende geben?“ Und wo sei der grüne Politiker, der sich hinstelle und auf die Chancen und Arbeitsplätze hinweise, die durch die Technologieentwicklung entstanden seien und die es künftig weiter gebe.

Die Forschung an Erneuerbaren ist aus diesem Grund zentral. „Die Gelegenheiten der Markteinführung müssen nun allerdings genutzt werden – das gibt den nötigen Schub für die weitere Entwicklungen bei den Speichern“, erklärt Weber. Denn bereits heute gebe es Überschussstrom, auch wenn derzeit nur gut 28 Prozent Ökostrom im Energiemix sind. Dabei handelt es sich schließlich um einem Durchschnittswert. Solar- und Windanlagen künftig abzuregeln sei nicht der Sinn der Energiewende, sagt Weber. Besser sei es, aus dem Überschussstrom grünen Wasserstoff mittels Elektrolyse herzustellen. Oder eben Energie thermisch zu konservieren. Fachleute sprechen von „Power to Heat“. Auch das war ein zentrales Thema in Düsseldorf.

Von Kalifornien lernen

Nicht zuletzt könne Deutschland bei der Energiewende noch dazulernen – etwa vom US-Bundesstaat Kalifornien. Dort gebe es schon heute Speicherstrom für zehn Cent pro Kilowattstunde aus einem Batteriespeicher, weiß Wissenschaftler Weber. Er selbst lebte schließlich viele Jahre in Kalifornien. Bei Solarstromkosten von zehn Cent, bleibe man deutlich unter dem Preis des Energieversorgers, rechnet Weber vor. Und das kann jeder Haushalt ausrechnen.

Die Bundesregierung hat hehre Ziele: Bis zum Jahr 2050 soll Ökostrom mindestens 80 Prozent des gesamten Stromverbrauchs in Deutschland decken – und das zu jeder Zeit. Während das gesamte System mit einem steigenden Anteil der erneuerbaren Energien immer flexibler werden muss, nehmen gleichzeitig die Kapazitäten regelbarer fossiler Kraftwerke ab. Somit gewinnen Speicher zwangsläufig an Bedeutung. Die Weichen dafür müssen allerdings heute gestellt werden. Die Industrie, das zeigt sich auf der Energy Storage, steht bereit.

45.000 neue Speicher pro Jahr

Marktanalysten sehen die steigende Bedeutung voraus: Deutschland wird seine Vorreiterrolle im Bereich der Photovoltaikspeicher auch bis 2020 innerhalb Europas behaupten. Auch aufgrund der Speicherförderung und des bereits etablierten Photovoltaikmarktes von 38,2 Gigawatt installierter Leistung. Bis 2020 erwarten die Bonner Experten der International Battery & Energy Storage Alliance (Ibesa) 45.000 neue Speicher pro Jahr. Das entspricht einem jährlichen Marktwachstum von 31 Prozent. Der Anteil Deutschlands am europäischen Solarspeichermarkt liegt bis 2020 bei rund 45 Prozent, schätzt Markus Hoehner, Geschäftsführer von Ibesa. Das entspräche einer Gesamtinstallation von rund 170.000 Speichersystemen bis 2020 in Deutschland. Denn gerade in einer dezentralen Energieversorgung sind Speicher wichtig.

Insgesamt prognostizieren die Marktforscher von EuPD Research und Ibesa für das Jahr 2020 eine Kapazität der Solarspeicher von 1,9 Gigawattstunden in ganz Europa. Der europäische Markt für Photovoltaikakkus werde bis 2020 jährlich um 60 Prozent wachsen und rund 166.000 Neuinstallationen erreichen, sagt Hoehner. Wachstumstreiber seien vor allem Preissenkungen. „Das Beispiel Deutschland zeigt, wie wichtig die richtigen Rahmenbedingungen als Anreizinstrument für einen Wachstumsmarkt sind”, sagt Hoehner bezogen auf die Förderung der Staatsbank KfW für Hausspeicher.

Akkus gleichmäßig laden

Der oberschwäbische Batteriehersteller Knubix scheint für die steigende Nachfrage gut gerüstet. Das Unternehmen stattet seine Solarspeicher mit einem intelligenten Batteriemanagement (BMS) aus. So soll der Eigenverbrauchsanteil weiter erhöht werden. Das vom Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen neu entwickelte Flex-BMS sorgt für eine gleichmäßige und schonende Nutzung der installierten Lithiumzellen.

Das verlängert die Lebensdauer der Akkus. Hierzu ermittelt das BMS nicht nur die Restkapazität und die verfügbare Batteriekapazität, sondern kann die Energie zwischen den Zellen auch aktiv umladen. Durch den Ausgleich der Ladungsunterschiede wird die maximale Kapazität jeder einzelnen Zelle genutzt. Drei Jahre arbeiteten die Fraunhofer-Ingenieure an dem Batteriemanager, seit gut zwei Jahren zusammen mit der Firma Knubix.

Aktiv steuern

Nach Aussagen der Beteiligten ist das präsentierte System das erste Produkt am Markt mit einer aktiven Steuerung. Das intelligente Managementsystem sorgt zusammen mit den Akkus für einen höheren Eigenstromverbrauch. Demnach ist auch bei Lastspitzen der gleichzeitige Betrieb durch Batterie und Netz möglich. Und das Knubix-Modell lässt sich auch nachträglich in vorhandene Photovoltaikanlagen integrieren. „Hausbesitzer können bei durchschnittlich 250 Ladezyklen im Jahr mit einer 20-jährigen Lebensdauer rechnen“, sagt Knubix-Geschäftsführer Markus Michelberger.

Rund 300 Systeme hat die Firma bisher verkauft. „In diesem Jahr plant Knubix, 300 bis 500 Stück zu verkaufen“, prognostiziert Michelberger. Im nächsten Jahr rechnet er bereits mit bis zu 1.000 verkauften Exemplaren. „Der Markt wächst langsam, aber stetig – und das ist gut so“, sagt der Knubix-Chef.

Um die Spannung zwischen 42 und 55 Volt bei Solarenergiespeichern für Eigenheime zu sichern, werden mehrere Batteriezellen miteinander verschaltet. Das BMS überwacht Spannung und Temperatur jeder einzelnen Zelle. Denn bei hohen Entladeraten laufen die Ladezustände der einzelnen Batteriezellen aufgrund von Toleranzen zwischen den Zellen auseinander. Die Entladung muss aber abgebrochen werden, wenn die schwächste Zelle ihre minimale Zellspannung erreicht hat. Folge: Die Energie in den stärker geladenen Zellen bleibt ungenutzt. Für BMS und einen sicheren Betrieb von Batteriezellen ist die genaue Information über die Restkapazität aber essenziell.

Induktive Umwandler

Das Fraunhofer-Modul ermittelt den Zustand der Batterie exakt, indem es mehrere Verfahren zur Restkapazitätsbestimmung kombiniert. Neben der herkömmlichen Spannungs-, Strom- und Temperaturmessung berücksichtigt die neue Lösung auch den Innenwiderstand der einzelnen Batteriezellen.

Wie funktioniert das gleichmäßige Beladen? Herkömmliche Batteriemanager machen oft nur eine sogenannte passive Symmetrierung. Das heißt, sie entladen stärker geladene Zellen auf das Niveau der schwächeren – und wandeln diese Energie in Wärme um. Bei der aktiven Symmetrierung arbeiten hingegen induktive Gleichspannungswandler zwischen den einzelnen Batteriezellen. Diese verkraften Umladeströme von beispielsweise fünf Ampere. Der Wirkungsgrad dieser Umladung zwischen den Zellen liegt bei mehr als 75 Prozent.

Das skalierbare Speichersystem wird in Mehrfamilienhäusern und Gewerbebetrieben eingesetzt. Der Speicher an sich erfüllt die komplette Sicherheitscheckliste der KIT-Forscher, da von Anfang an der strengere Standard für Automobilhersteller bei der Speicherproduktion angelegt wurde.

Die verbauten Lithiumakkus kommen von der chinesischen Firma Innopower. Bei der Fertigung der Speicher will Michelberger künftig stärker aufs Gaspedal drücken: „Wir stellen die verlängerte Werkbank derzeit auf eine industrielle Produktion um.“

www.knubix.de

Literatur

Fussnoten

  • Batteriezellen der chinesischen Firma Innopower. Sie stecken auch im Knubix-Speicher.

  • Gut besucht: Auf dem sechsten Storageday präsentieren Hersteller ihre Speicher in Kurzvorträgen.

  • Einer der insgesamt 1.800 Messebesucher informiert sich über Batteriespeicher am Markt.

  • Plus und Minus: Die Firma Ads-Tec aus Nürtingen zeigte als Aussteller ihren Lithium-Ionen-Energiespeicher.

Foto: nhp

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Foto: Sonnenbatterie

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