Ratgeber
Effiziente Speicherlösungen für Ihr Balkonkraftwerk
Bei der Nutzung von erneuerbaren Energien ist das Selbsterzeugen von Strom inzwischen sehr einfach und effizient. Möglich machen das Balkonkraftwerke, deren Solarmodule bis zu 800 Watt elektrische Leistung generieren können. Vorausgesetzt, die Sonne scheint und die Module sind nach Süden ausgerichtet. Nachts oder bei trübem Wetter allerdings versiegt auch dann der Stromfluss. Es sei denn, die nicht sofort genutzte oder ins Netz eingespeiste Energie wird in Akkus aufgefangen. In unserem Ratgeber lesen Sie, wie solche Speicher aufgebaut sind, welche Typen es gibt und wie sie funktionieren.
Die Speicherung von Strom aus einem Balkonkraftwerk – oft auch als Mini-Photovoltaik-Anlage bezeichnet – bietet gleich mehrere Vorteile. Durch Speichern des überschüssigen Stroms lässt sich dieser auch nachts oder an bewölkten Tagen nutzen, wenn die Ausbeute der Solarmodule geringer ist oder ganz ausfällt. Damit steht ein größerer Anteil des erzeugten Solarstroms für den eigenen Verbrauch zur Verfügung, anstatt ihn ins öffentliche Netz einzuspeisen. Das ist besonders dann vorteilhaft, wenn die Vergütung für die Einspeisung ins Netz niedrig ist oder wenn man unabhängiger vom öffentlichen Stromnetz sein möchte.
Die Speicherung von Solarstrom kann nicht zuletzt dazu beitragen, die Diskrepanz zwischen der Zeit der Stromerzeugung und der Zeit des Energiebedarfs auszugleichen. Davon profitieren Betriebe, in denen der Hauptenergieverbrauch in den Morgen- oder Abendstunden liegt, wenn die Solarstrom-Produktion gering ist.
Nicht zu vergessen: Ein Speicher lässt sich auch als Notstromaggregat verwenden. Fällt die Netzversorgung aus, können beispielsweise LED-Beleuchtungen, PCs, Laptops und Flachbildschirme mehrere Stunden lang weiterlaufen, natürlich abhängig von der Speicherkapazität. Gängige Systeme verfügen außerdem über einen Wechselrichter, der eingebaute 230-Volt-Steckdosen versorgt. USB-Anschlüsse eignen sich zum direkten Betrieb beziehungsweise zum Aufladen von Smartphones und Tablets.
Übliche Mini-PV-Anlagen wie Balkonkraftwerke verfügen in der Regel über einen Wechselrichter, der den von den PV-Modulen erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom mit 230-Volt-Sinusspannung und 50 Hertz Netzfrequenz umwandeln.
Dieser Strom lässt sich direkt verwenden oder – bei einem vorhandenen Zweiwegezähler – ins öffentliche Netz einspeisen. Ist weder die unmittelbare Nutzung noch die Einspeisung sinnvoll, kommen Speicher mit integriertem Wechselrichter ins Spiel. Sie bieten konfektionierte Anschlussmöglichkeiten für Photovoltaik-Module, zumeist im Gleichspannungsbereich von etwa 17 bis 60 Volt. Die verarbeitbare Stromstärke liegt in der Regel bei einigen Ampere. Liefern die Module zum Beispiel eine maximale Gesamtleistung von 600 Watt bei 36 Volt, beträgt die Stromstärke rund 17 Ampere. Der Stromspeicher muss auf diese Parameter zwingend vorbereitet sein.
Wie jedes Akku-Ladegerät besitzen auch Balkonkraftwerk-Speicher einen Laderegler. Er nimmt die elektrische Energie von den Solarmodulen auf und optimiert Spannung und Strom. So sind moderne Solar-Laderegler mit Maximum Power Point Tracking oder kurz MPPT in der Lage, die Leistung der Module zu maximieren. Sie passen kontinuierlich die elektrischen Betriebsparameter an, um den höchsten Leistungspunkt der Solarpaneele unter verschiedenen Bedingungen wie Sonnenlichtintensität und Temperatur zu erreichen. Dazu gehört auch die Temperaturkompensation: Da die Batterieleistung von der Temperatur beeinflusst wird, steuern die meisten Laderegler die Ladevorgänge basierend auf der Umgebungstemperatur.
Der Laderegler schützt die Akkus zudem vor einer Tiefentladung. Wenn die Batteriespannung unter einen bestimmten Schwellenwert fällt, trennt der Laderegler die Last von der Batterie. Er unterbindet außerdem, dass angeschlossene Verbraucher mehr Strom ziehen, als die Batterie sicher liefern kann. Da nachts oder bei geringer Sonneneinstrahlung der Strom von der Batterie zurück zu den Modulen fließen könnte, ist im Allgemeinen auch ein Rückstromschutz vorhanden.
In Speichern für Balkonkraftwerke sind die Batterien die wichtigsten Bauelemente. Nahezu ausschließlich basieren sie heute auf der Lithium-Ionen-Technologie. Diese Akkus bieten eine hohe Energiedichte, einen hohen Wirkungsgrad und eine lange Lebensdauer. Lithium-Ionen-Batterien sind in verschiedenen Varianten verfügbar, zum Beispiel in Form von Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Zellen. Für Balkonkraftwerk-Speicher hat sich inzwischen aber die Lithium-Eisenphosphat-Technologie durchgesetzt, auch bekannt als LiFePO4 oder LFP.
LFP-Akkus gelten als eine der sichersten Lithium-Ionen-Technologien. Sie sind thermisch stabiler und weniger anfällig für Probleme wie thermisches Durchgehen, bei dem hohe Temperaturen zu einem Brand oder einer Explosion führen können. LiFePO4-Batterien bieten im Vergleich zu anderen Lithium-Ionen-Akkus eine große Anzahl an Lade- und Entladezyklen und behalten auch über längere Zeiträume hinweg eine sehr gute Kapazität. Da sie auch bei hohen oder niedrigen Temperaturen relativ gut funktionieren, sind sie als Speicher für Balkonkraftwerke besonders geeignet.
LFP-Akkus enthalten kein Cobalt, sie gelten daher als umweltfreundlicher im Vergleich zu anderen Lithium-Ionen-Technologien. Sie sind zudem oft kostengünstiger in der Herstellung, da Eisen und Phosphat reichlich vorhanden und preiswert sind. Von Nachteil ist allerdings ihre geringere Energiedichte im Vergleich zu anderen Lithium-Ionen-Technologien, wie zum Beispiel Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt. Daher sind sie für dieselbe Energiemenge größer oder schwerer.
Blei-Säure-Batterien sind eine ältere Technologie und werden aufgrund ihres günstigeren Preises und ihrer Robustheit aber immer noch verwendet, obwohl sie eine geringere Energiedichte und kürzere Lebensdauer im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien aufweisen. Innerhalb dieser Kategorie gibt es verschiedene Typen wie Gel-Batterien und AGM-Zellen, die in der Regel wartungsfreundlicher sind als traditionelle nasse Blei-Säure-Batterien.
Nickel-Cadmium- und Nickel-Metallhydrid-Batterien sind aufgrund ihrer geringeren Effizienz, höheren Kosten und negativen Umweltauswirkungen inzwischen in Solarstrom-Speichern nahezu verschwunden.
Bei der Auswahl eines Speichers sind mehrere wichtige Kriterien zu berücksichtigen. So bestimmt die Kapazität, gemessen in Kilowattstunden, wie viel Energie gespeichert werden kann.
Für die Beschaffung des Speichers ist dazu der durchschnittliche tägliche Energieverbrauch zu berücksichtigen. Die Leistung, gemessen in Kilowatt, gibt an, wie viel Strom der Speicher bereitstellen kann. Dieser Wert ist wichtig für die gleichzeitige Nutzung mehrerer elektrischer Geräte.
Die Lebensdauer eines Speichers wird in Jahren oder in Lade-/Entladezyklen angegeben. Eine höhere Zyklusfestigkeit bedeutet eine längere Lebensdauer des Speichers. Effizienz steht für den Anteil der gespeicherten Energie, die sich tatsächlich nutzen lässt. Je höher der Wert, desto geringer ist der Energieverlust. Schließlich ist sicherzustellen, dass der Speicher mit der vorhandenen beziehungsweise geplanten Photovoltaikanlage kompatibel ist, einschließlich des Energiemanagementsystems.
Durchaus, die Anwendungsbreite von Solar-Stromspeichern reicht von der mobilen Stromversorgung auf Baustellen bis zum Camping in der freien Natur. Zumeist sind die dafür geeigneten Speicher als Powerstations bezeichnet, die Kapazität kann 25 Kilowattstunden und mehr betragen.