Stromspeicherung

Billiger Solarstrom 

Strom vom eigenen Dach ist kostengünstig geworden: Nimmt man die staatlich garantierte Einspeisevergütung als Maßstab, dann kostet Strom aus neuen Photovoltaik-Anlagen gerade noch 12 Cent pro Kilowattstunde und damit weniger als die Hälfte dessen, was der Strom vom Netz kostet. Gerechnet über eine typische Lebensdauer der Anlage von 30 Jahren und erwartbaren weiteren Steigerungen des Strompreises dürfte die Rechnung in Zukunft noch attraktiver werden.

Allerdings: Die Sonne scheint tagsüber und nur dann erzeugt die PV-Anlage auch Strom. Häufig wird im Privathaushalt der Strom gerade dann nicht gebraucht, wenn er verfügbar ist. Licht sowieso, aber auch TV, Computer, etc. werden eben dann benützt, wenn man zuhause ist, und das ist oft nur noch an Abenden und Wochenenden der Fall.

Strom speichern - logisch?

Kartoffeln und Äpfel werden im Herbst geerntet und im Rest des Jahres verbraucht. Was liegt also näher, als auch Strom tagsüber - vielleicht sogar im Sommer? - zu speichern und nachts (oder im Winter) zu verbrauchen? Ist doch sowas von logisch- sollte man meinen. Bei näherem Hinsehen zeigen sich allerdings hinter dem "logisch" dicke Fragezeichen:

Bis heute und noch für viele Jahre ist die Menge des witterungsabhängig erzeugten Erneuerbaren-Stroms (also Sonnen- und Windstrom)  viel geringer als die zeitgleich verbrauchte Strommenge. Der große Rest wird mit einem Park von AKWs, Kohlekraft- Gaskraft- und Wasserkraftwerken erzeugt. Es ist also volkswirtschaftlich völlig unsinnig, Strom - teuer - zu speichern, solange gleichzeitig große Mengen fossiler Brennstoffe zur Stromerzeugung verfeuert werden. Sinnvoller ist es allemal, mit den verfügbaren Mitteln die Erzeugungskapazitäten von Solarstrom und Windstrom zu erhöhen, sprich zusätzliche Anlagen zu bauen, statt jetzt teuer und aufwändig Strom zu speichern.

Teure Speicherung

Der Teufel steckt wie üblich im Detail: Strom speichern ist kompliziert und teuer, wie wir gleich sehen werden. Am billigsten können das Pumpspeicherwerke, aber die brauchen viiiieeeel Platz und sind sehr teuer im Bau, also für den Privatmann (oder auch die Privatfrau) keine Option. Die existierenden Pumpspeicherwerke aber gehören den Netzbetreibern, und deren Strom ist bekanntermaßen teuer. (Und  weil es wenig geeignete Plätze für Pumpspeicherwerke gibt, gibt es leicht Krach mit dem Naturschutz, wenn neue gebaut werden sollen).

Aber es gibt doch Batterien - jeder von uns hat solche im Auto - und die sind doch nicht wirklich teuer!? Beim näheren Hinsehen stellt sich heraus, dass Autobatterien nur wenig Strom speichern können, gerade so viel, dass es für den Anlasser reicht. Das braucht zwar kurzzeitig hohe Leistung, aber weil das Anlassen doch nur kurz dauert, ist der Energieumsatz (Energie = Leistung mal Zeit) insgesamt doch gering. Und danach wird die Batterie gleich wieder aufgefüllt über die Lichtmaschine. Insgesamt, so zeigen Testreihen, entspricht die Lebensdauer einer Autobatterie gerade eben 100-maligem voll entladen und wieder aufladen. Die in der Autobatterie gespeicherte und wieder benützte Kilowattstunde kostet damit typischerweise 1 Euro - WOW! Dabei ist die recht teure Stromerzeugung aus dem teuren Benzin noch gar nicht eingerechnet. Und die Lade-/Entladeverluste wie auch die Selbstentladung der Batterie auch nicht. Diese hohen Kosten sind in den Betriebskosten unserer Autos versteckt, und Auto-Mobilität ist uns nun mal teuer.

Aber gibt es nicht Solarbatterien!? Sogenannte Blei-Vliess-Batterien oder auch AGM-Blei-Batterien (Absorbierende Glas Matte) wie auch Gel-Blei-Batterien haben tatsächlich eine längere Lebensdauer als Autobatterien - aber sie sind auch deutlich teurer, bis dreimal so teuer. Dafür halten sie rund vier mal so lang wie Autobatterien (Lade-/Entladezyklen), geben also auch kein wirkliches Geschäft. Und die wartungsfreien Solarbatterien haben einen weiteren gravierenden Nachteil: Sie trocknen nach wenigen Jahren aus und sind dann, da man auch kein Wasser nachfüllen kann, kaputt. Es gibt zwar Hersteller, die das angeblich (oder tatsächlich) beherrschen, aber die sind dann halt auch wieder teuer.

Und Lithium-Ionen-Batterien? Die halten doch in unseren Handys und Notebook-Computern jahrelang! Na ja, Handy- und Notebookbatterien sind, gemessen an ihrem Energieinhalt, ziemlich teuer. Sie sind leicht und haben eine hohe Energie-Speicherdichte und sind deshab vor allem für mobilen Einsatz interessant. Und ob die wirklich 20 Jahre halten, wie behauptet wird? In Elektroautos ist das weniger wichtig, aber wenn es darum geht, billig Haushaltsstrom zu speichern? Die berühmte "Tesla"-Batterie macht, man rechne und staune, gerade einmal runde 500 Lade- und Entladezyklen (bei typisch 200.000 km Fahrstrecke).

Gibt es wirklich keine Lösung für das Problem?

Es gibt leistungsfähige Batterien, die viele Lade-/Entladezyklen aushalten und auch preislich akzeptabel sind. Es sind große. schwere Bleibatterien für schwere Flurförderfahrzeuge wie Gabelstapler (dort spielt Gewicht keine Rolle). Allerdings ist die elektrische Anpassung an  das Stromnetz aufwendig: Zur Batterieladung muss die hohe Spannung vom Eingang oder Ausgang des Solar-Umrichters auf die Batteriespannung heruntergesetzt werden, zur Bereitstellung von Energie an das (Haus-)Netz aus der Batterie muss die Batteriespannung wieder hochgesetzt werden. Dafür winken Batteriekosten von unter 10 Cent pro Kilowattstunde. Unter Einbezug aller Systemkosten kann also der gespeicherte Solarstrom unter dem Preis von Netzstrom liegen.

Nutzen kommt vor Speichern

Ein weites Feld von gewerblichen und industriellen Anwendungen ist nicht zwingend darauf angewiesen, zu einem ganz bestimmten Zeitpunkt ihr Produkt zu erzeugen. Damit bieten sie sich an für ein "Speichern in der Anwendung". Das sind für kurze Fristen zum Beispiel Kälteaggregate (Kälte ist recht gut speicherbar), Druckluftspeicher, evtl. auch Wärmepumpen. "Saisonal" speichern kann besonders die chemische Industrie mit der Produktion von Halbfabrikaten wie die Chlorsynthese (als Grundstoff für viele Produkte), Aluminiumherstellung und viel andere. Stadtwerke können den Zeitpunkt des Füllens von Hochbehältern der Wasserversorgung nach dem Stromangebot ausrichten...

Wärme speichern ist billiger

Nicht verschwiegen soll an dieser Stelle jedoch, dass Wärme viel billiger zu speichern ist als Strom - sofern Wärme als Endprodukt erzeugt werden soll. Allerdings wäre es doch fragwürdig, teuer erzeugten Solarstrom direkt zu verheizen - sinnvoller ist da beispielsweise die Kombination mit einer Wärmepumpe.

Die Wärmepumpe sollte dann aber auch mit verfügbarem Erneuerbaren-Strom betrieben werden, also z.B. tagsüber wenn die Sonne scheint.

 

...Wird fortgesetzt...

 

 

Seit dem drastischen Rückgang der Einspeisevergütungen für Photovoltaikstrom sind die Renditeaussichten für neue Anlagen dahingeschmolzen wie Schnee an der Sonne. Gleichzeitig ist den Anlagenverkäufern regelrecht der Markt - und der Gewinn - weggebrochen. Auf der Suche nach einem neuen Geschäftsmodell   werden Eigenverbrauch und Speicherung in Batteriespeichern propagiert. Dabei werben die Systemverkäufer mit teilweise abenteuerlichen Wirtschaftlichkeitszahlen.

Doch was ist wirklich dran, wo liegen die Probleme und was ist für die Zukunft zu erwarten?

Zunächst: Batteriespeicher sind keine neuen Erfindungen. Beginnend bei der in jedem KfZ vorhandenen Starterbatterie, bei Gabelstaplern,  Golfcaddies, Elektro-Rollstühlen und vielen anderen Anwendungen sind Batterien extrem weit verbreitet. Auch in stationären Anwendungen wie Telekommunikationsunternehmungen, Rechenzentren etc. sind Batteriespeicher im so genannten Bereitschaftsparallelbetrieb verbreitet.

Sieht man von den hohen Anforderungen bei Elektroautos ab, ist die gute alte Bleibatterie für absehbare Zeit die Batterie der Wahl. Die oft propagierten Vorzüge anderer Batterietypen, wie z.B. der LiIon-Batterien in ihren verschiedenen Ausprägungen, fallen gerade bei stationären Anwendungen angesichts der sehr hohen Kosten schlicht nicht ins Gewicht.

Dabei stellen gerade Photovoltaikspeicher sehr spezielle Anforderungen an die Speicherbatterien:

1. Sehr kostensensitiv - geringe Wertschöpfung
2. Hohe Beanspruchung im Betrieb - hohe Anzahl von Lade-Entladezylklen
3. Häufig längeres Verbleiben im (teil-)entladenen Zustand
4. Ladung durch solares Stromangebot diktiert, nicht aus den Notwendigkeiten der optimalen Batterieladung
5. Häufig nicht gesicherte Wartungsituation

In der Anwendung läuft dies auf Batterien mit dicken Bleiplatten hinaus, so genannte Panzerplatten-Batterien, gekennzeichnet durch "pZ" in der Produktbezeichnung.  Auto-Starterbatterien haben viel zu dünne Bleiplatten und halten deshalb oft nur 100 Lade-Entladezyklen.
Die weitere Auswahl bestimmt ganz wesentlich den erforderlichen Wartungsaufwand - salopp gesagt: günstige Batterie, hoher Wartungsaufwand, teure Batterie, geringer Wartungsaufwand.

Außerdem empfiehlt sich, die Batterie überzudimensionieren (maximal 50% Entladetiefe im Betrieb) sowie durch geeignetes Batteriemanagement dafür zu sorgen, dass die Batterie regelmäßig (min. monatlich) voll aufgeladen wird (Vermeidung von Sulfatierung).
Auch Überladung muss verhindert werden, ebenso wie Überlastung mit zu hohem Strom.

Gel-Batterien (OpZV-Batterien) haben geringen Wartungsaufwand, sind aber teuer.

Darüber hinaus erfordert auch die Systemtechnik

Kosten der Speicherung

Die Kosten der Speicherung setzen sich zusammen aus:

Systemkosten:
- Wechselrichter, Batteriemanager
- Installationskosten (Schaltschrank, Verkabelung...)
- Platzbedarf

Variable Kosten:
- Batterieverschleiß
- Ladeverlust (Speicher-Wirkungsgrad < 1)
- Wartung, insbesondere der Batterie
- Gestehungskosten des gespeicherten Stroms