photovoltaik Ausgabe: 10-2017

Der Speicher als Blackbox

NES Energy Systems ist ein neuer Anbieter auf dem Markt. Die Redaktion der photovoltaik durfte sich das Batteriesystem aus nächster Nähe ansehen.

NES Energy Systems ist ein neuer Anbieter auf dem Markt. Die Redaktion der photovoltaik durfte sich das Batteriesystem aus nächster Nähe ansehen.

Effizienz — Im Markt für Heimspeicher fehlt es an Transparenz. Wissenschaftler der HTW Berlin wollen das ändern: Der sogenannte SPI soll Produkte erstmals vergleichbar machen, erklärt Johannes Weniger. Am Ende des Prozesses könnte ein neues Label stehen. Ein Interview

Inhaltsübersicht

  1. Der Speicher als Blackbox
  2. HTW Berlin
  3. NES Energy Systems
  4. Johannes Weniger

Was besagt der von Ihnen mitentwickelte System Performance Index (SPI) für Speichersysteme?

Johannes Weniger: Der SPI setzt die erzielte Kosteneinsparung eines Batteriesystems mit Solarstrom ins Verhältnis zu einem errechneten Einsparungspotenzial eines theoretisch verlustfreien Systems. Mit anderen Worten: Der SPI beschreibt, wie sehr Energieverluste die finanziellen Erlöse verringern. Denn wir haben festgestellt, dass es derzeit keine Kennzahl gibt, die alle Verluste berücksichtigt. Mit dem SPI wollen wir Produkte wirklich vergleichbar machen. Der Index soll zudem zeigen, wie groß die Wirkung der einzelnen Stellschrauben ist: Zuerst müssen die Umwandlungsverluste minimiert werden.

Können Sie das konkreter beschreiben?

Der Autarkiegrad beispielsweise sagt nichts darüber aus, wie viel Strom zwischen dem Speicher und dem Netz fließt. Ein Systemwirkungsgrad des Speichers berücksichtigt nicht, woher der Strom kommt, also ob er aus der eigenen Solarstromanlage stammt oder doch aus dem Stromnetz. Aber für den Betreiber ist es ein ökonomischer Unterschied, ob er den Strom beim Versorger für rund 28 Cent pro Kilowattstunde oder aus der eigenen Anlage bezieht.

Was haben Sie also gemacht?

Wir wollten verschiedene Systeme vergleichbar machen. Deshalb haben wir den Netzanschlusspunkt als Referenzpunkt ausgewählt. Im Fokus liegt so der Einfluss der Systeme auf die Netzeinspeisung und den Netzbezug. Wir definieren zum Vergleich einen Referenzfall mit einer bestimmten Größe der Photovoltaikanlage und einem Lastprofil. Ein verlustfreies System unter optimalen Bedingungen mit einem Wirkungsgrad von 100 Prozent dient als Vergleichsmaßstab. Voraussetzung für einen Vergleich mit einem realen Speicher ist, dass die Nutzkapazität des verlustfreien Systems identisch ist. So werden die Betriebsergebnisse des Speichers vergleichbar. Wenn der optimale Speicher nun 1.000 Euro pro Jahr einsparen kann und der Strompuffer im Feld auf 900 Euro pro Jahr kommt, dann ergibt sich ein SPI von 90 Prozent. Die Simulation eines Systems ist in anderen Bereichen, wie auch bei rein netzeinspeisenden Photovoltaikanlagen, längst Standard.

Brauchen Systeme eine hohe Entladeleistung?

Wenn die Heimspeicher am Regelenergiemarkt teilnehmen können, scheint das erst mal vorteilhaft zu sein. Aber der Haushalt braucht die hohe Leistung oft gar nicht selbst. Daten aus dem Feld zeigen, dass meist nur mit 500 Watt oder weniger entladen wird. Die Wechselrichter haben in diesem Bereich oftmals Wirkungsgrade von deutlich unter 90 Prozent. Je größer die Nennleistung des Batteriesystems ist, desto mehr Verluste fallen bei geringer Entladeleistung an. In durchschnittlichen Haushalten ist eine maximale Entladeleistung von zwei bis drei Kilowatt meist völlig ausreichend.

Was kann der SPI leisten, wo liegen seine Grenzen?

Die relevanten Energieverluste werden gut abgebildet. Die Aussagen der Simulation hängen aber natürlich von der Qualität der Messergebnisse im Labor ab. Deshalb führen wir eine Validierungswoche auf dem Teststand für das System durch, um die Berechnungsergebnisse zu überprüfen. Das angesprochene Thema der Alterung lassen wir noch außer Acht. Wir bewerten nur die Effizienz im Neuzustand. Mit dem SPI lassen sich so die effizientesten Speichersysteme ausfindig machen.

Wie kann bei einem Speichertest im Labor verhindert werden, dass sich wie bei Abgas- und Verbrauchstests der Autobauer unrealistische oder manipulierte Werte ergeben?

Die veröffentlichten Ergebnisse der Hersteller können zunächst mit den Messergebnissen von unabhängigen Institutionen verglichen werden. Allerdings ist kein Labortest 100-prozentig sicher gegen Manipulationen. Dennoch gibt es nicht viele Stellschrauben, um Effizienzwerte zu verfälschen, ohne die komplette Hardware zu tauschen. Dieselben Manipulationsanreize wie beim Dieselmotor sehe ich deshalb nicht.

Wie hat sich der Markt für Heimspeicher in den vergangenen drei Jahren aus Ihrer Sicht entwickelt?

Vor drei Jahren war der Anteil von Photovoltaikanlagen, die mit Batteriespeicher gebaut wurden, noch relativ gering. Mittlerweile wird mehr als die Hälfte aller neu installierten Solarstromanlagen mit Speicher installiert. Tendenz steigend. Die Verknüpfung von Photovoltaikanlagen mit Batteriespeichern hat sich zum Standard entwickelt. Das liegt natürlich auch an der rasanten Kostenentwicklung der Akkus. Fertig installierte Speichersysteme bekommt man heute schon für unter 1.000 Euro pro Kilowattstunde. Vor einigen Jahren hat das noch 3.000 oder 3.500 Euro gekostet. Bei privaten Wohngebäuden sind Speicher nun der Treiber, um Photovoltaik zu installieren. Hier steht oft der Autarkiewunsch im Vordergrund.

Wo liegen noch Hemmnisse und wie können sie beseitigt werden?

Die künstliche Beschränkung des Photovoltaikausbaus begrenzt auch den Speichermarkt. Um die Pariser Klimaschutzziele und eine entsprechende Dekarbonisierung des gesamten Energiesektors zu erreichen, brauchen wir eine installierte Solarstromleistung von mindestens 200 Gigawatt. Das bedeutet einen jährlichen Zubau von mindestens zehn Gigawatt. Als Ausbauziel der Bundesregierung sind derzeit lediglich 2,5 Gigawatt festgehalten – und die wurden in den letzten drei Jahren nicht einmal erreicht. Wichtig ist auch, dass der Aufwand für den Netzanschluss der Photovoltaikanlagen sowie die Bürokratie gerade für Privatpersonen künftig vereinfacht werden.

Wie hat sich die Qualität der Produkte entwickelt?

Die Hersteller sind professioneller geworden, die Sicherheit sowie die Effizienz und Langlebigkeit der Produkte sind besser. Das ist sicherlich auch auf das Marktanreizprogramm 275 der KfW zurückzuführen. Für Speicherinteressierte ist es jedoch aktuell noch schwierig, Unterschiede in der Effizienz und Langlebigkeit zwischen den Produkten festzustellen. Die Speicherwahl gleicht einer Schatzsuche. Die Einführung eines Labels könnte die Lage künftig verbessern.

Brauchen Speicher weiterhin eine KfW-Förderung?

Die Förderung war als Markteinführungsprogramm gedacht. Und in der Tat war die staatliche Unterstützung auch die beste Werbung. Denn sie hat unterstrichen, dass die Technologie von der Bundesregierung gewollt ist. Die Einspeisebegrenzung der Photovoltaikanlage, die von der KfW-Speicherförderung verlangt wird, war wichtig, damit sich die Branche mit der Kappung der solaren Erzeugungsspitzen frühzeitig auseinandersetzt. Es muss aber auch vorausschauend gedacht werden, was mit den Systemen künftig passiert, die nicht an eine Einspeisebegrenzung gebunden sind. Derzeit ist das jede zweite Anlage. Eine Lenkungswirkung wäre aus Sicht der Politik wünschenswert und richtig. Die Umwandlung der Förderung in einen Investitionskostenzuschuss könnte eine Lösung sein. Bei anderen Gebäudetechnologien wie Wärmepumpen wird das bereits so gemacht.

Was muss bei den Bedingungen für die Installation der Heimspeicher plus Photovoltaikanlage beachtet werden?

Eine Einspeisebegrenzung von 50 Prozent der Leistung der Solarstromanlage ist sinnvoll. Das KfW-Programm hat in der Vergangenheit jedoch nicht vorgegeben, wie das in der Praxis realisiert wird. Wenn der Speicher früh volllädt, kann er die Einspeisespitzen nicht reduzieren. Für den Speicherbetreiber ist die Abregelung der Solarstromerzeugung zur Mittagszeit mit Einnahmeverlusten verbunden. Ein intelligentes Lademanagement, das die Speicherladung in die Mittagsstunden verlegt, kann Abhilfe schaffen. Zudem ist denkbar, dass die Netzbetreiber zukünftig Anforderungen an die Betriebsweise der Systeme definieren. Wenn wir einmal drei Millionen Batteriespeichersysteme in Deutschland haben, können aus Sicht der Netzbetreiber einheitliche Betriebsweisen vorteilhaft sein.

Das Gespräch führte Niels H. Petersen.

Literatur

Fussnoten

  • Eine Verlustanalyse mit dem System Performance Index (SPI) für ein exemplarisches PV-Batteriesystem.

  • Am Ende steht ein Label: Maßnahmen, um netzgekoppelte Batteriesysteme besser zu vergleichen.

  • Eine Übersicht der Verlustmechanismen, die es in netzgekoppelten Speichersystemen gibt.

Grafik: HTW Berlin

Grafik: HTW Berlin

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