Stromspeicher: Was Zelltechnik und Alterung über die Laufzeit sagen
Ein Stromspeicher für das Eigenheim besteht aus Batteriezellen, einem Batteriemanagementsystem und einem Wechselrichter, der Gleichstrom in Wechselstrom umsetzt. Marktüblich sind heute Lithium-Eisenphosphat-Zellen mit 6.000 bis 10.000 Ladezyklen und einer kalendarischen Lebensdauer von 12 bis 20 Jahren. Die Kosten liegen bei 600 bis 900 Euro je Kilowattstunde nutzbarer Kapazität, bei größeren Speichern am unteren Rand dieser Spanne.
Wie funktioniert ein Stromspeicher im Eigenheim?
Ein Stromspeicher nimmt überschüssigen Solarstrom auf, wandelt ihn in chemische Energie um und gibt ihn bei Bedarf wieder als elektrische Energie ab. Ein Batteriemanagementsystem überwacht dabei Zellspannung, Temperatur und Ladezustand jeder einzelnen Zelle.
Unterschieden werden zwei Anschlussarten. Bei der Gleichstromkopplung sitzt der Speicher zwischen Solarmodulen und Wechselrichter, was eine Umwandlungsstufe spart und den Wirkungsgrad um 2 bis 4 Prozentpunkte erhöht. Bei der Wechselstromkopplung hängt der Speicher mit eigenem Wechselrichter am Hausnetz und lässt sich unabhängig von der Photovoltaikanlage nachrüsten.
Der Gesamtwirkungsgrad, also das Verhältnis von entnommener zu eingespeicherter Energie, liegt bei aktuellen Systemen zwischen 88 und 94 Prozent. Die Verluste entstehen in den Umwandlungsstufen und in der Standby-Leistung der Elektronik.
Die Standby-Leistung wird dabei regelmäßig unterschätzt. Ein Speicher mit 15 Watt Eigenverbrauch zieht im Jahr rund 130 Kilowattstunden, was den Nutzen spürbar schmälert.
Welche Technik in den Zellen steckt, bestimmt Lebensdauer und Sicherheit.
Welche Zelltechnologien gibt es?
Am Markt dominieren zwei Lithium-Ionen-Varianten: Lithium-Eisenphosphat und Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt. Eisenphosphat bietet mehr Ladezyklen und eine höhere thermische Stabilität, Nickel-Mangan-Cobalt eine höhere Energiedichte bei geringerem Gewicht.
| Merkmal | Lithium-Eisenphosphat | Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt |
|---|---|---|
| Ladezyklen bis 80 Prozent Restkapazität | 6.000 bis 10.000 | 4.000 bis 6.000 |
| Thermische Stabilität | hoch, kein Durchgehen bis 270 Grad | geringer, kritisch ab 180 Grad |
| Energiedichte | 90 bis 120 Wattstunden je Kilogramm | 150 bis 220 Wattstunden je Kilogramm |
| Gewicht bei 10 Kilowattstunden | 90 bis 130 Kilogramm | 60 bis 90 Kilogramm |
| Kobaltanteil | keiner | vorhanden |
| Typischer Einsatz | Hausspeicher | Fahrzeuge, kompakte Geräte |
Für den stationären Einsatz im Haus hat sich Eisenphosphat durchgesetzt, weil Gewicht und Bauraum dort keine Rolle spielen, Lebensdauer und Sicherheit dagegen sehr wohl. Nahezu alle aktuellen Hausspeicher arbeiten mit dieser Technologie.
Blei-Säure-Speicher sind technisch überholt. Sie erreichen nur 1.500 bis 2.500 Zyklen, vertragen keine tiefe Entladung und brauchen einen belüfteten Aufstellraum.
Die Zyklenzahl ist dabei nur eine von zwei Alterungsgrößen.
Wie lange hält ein Stromspeicher?
Ein Stromspeicher altert kalendarisch und zyklisch. Die kalendarische Alterung beträgt 1,5 bis 3 Prozent Kapazitätsverlust im Jahr, unabhängig von der Nutzung. Die zyklische Alterung hängt an der Zahl der Vollzyklen und liegt bei Eisenphosphatzellen bei rund 0,005 Prozent je Zyklus.
In der Praxis begrenzt die kalendarische Alterung die Lebensdauer, nicht die Zyklenzahl. Ein Hausspeicher absolviert etwa 250 bis 300 Vollzyklen im Jahr, kommt also nach 20 Jahren auf 5.000 bis 6.000 Zyklen und liegt damit noch innerhalb der Zyklenfestigkeit.
Die Herstellergarantien spiegeln das wider. Üblich sind 10 Jahre oder eine festgelegte Energiedurchsatzmenge mit einer Restkapazität von 70 bis 80 Prozent am Ende der Garantiezeit.
Zwei Faktoren beschleunigen die Alterung erheblich: dauerhaft hohe Temperaturen und ein dauerhaft hoher Ladezustand. Ein Speicher, der den Sommer über bei 100 Prozent Ladezustand in einem 35 Grad warmen Dachraum steht, verliert doppelt so schnell an Kapazität wie derselbe Speicher im 18 Grad kühlen Keller.
Rechenbeispiel
Speicher mit 10 Kilowattstunden nutzbarer Kapazität, 280 Vollzyklen im Jahr, kalendarische Alterung 2 Prozent. Nach 10 Jahren sind 2.800 Zyklen absolviert, was rund 14 Prozent zyklischen Verlust bedeutet, dazu etwa 18 Prozent kalendarisch. Die Restkapazität liegt bei rund 72 Prozent, also 7,2 Kilowattstunden. Der Speicher ist damit weiter nutzbar, sein jährlicher Ertrag sinkt aber um etwa ein Viertel.
Die Restkapazität allein sagt jedoch nichts über die Sicherheit der Anlage.
Welche Sicherheitsanforderungen gelten für Stromspeicher?
Für Lithium-Speicher im Wohngebäude gelten die Anforderungen der VDE-Anwendungsregel für Batteriespeicher. Vorgeschrieben sind ein Batteriemanagementsystem mit Zellüberwachung, eine Freischaltmöglichkeit, ein Aufstellort außerhalb von Flucht- und Rettungswegen und eine Kennzeichnung für die Feuerwehr.
Der Aufstellort im Flur oder Treppenhaus ist damit ausgeschlossen, auch wenn dort Platz wäre. Zulässig sind Keller, Hauswirtschaftsraum und Technikraum, sofern sie trocken, frostfrei und belüftet sind.
Die Kennzeichnung erfolgt über ein Hinweisschild am Hausanschlusskasten und an der Eingangstür. Die Feuerwehr muss im Einsatzfall erkennen können, dass ein Batteriespeicher vorhanden ist, weil sich das Vorgehen bei der Brandbekämpfung unterscheidet.
Eine Meldung an die Gebäudeversicherung ist in vielen Verträgen vorgesehen. Unterbleibt sie, kann der Versicherungsschutz im Schadensfall eingeschränkt sein, und das betrifft nicht nur den Speicher, sondern das gesamte Gebäude.
Was kostet ein Stromspeicher je Kilowattstunde?
Ein Hausspeicher kostet einschließlich Installation 600 bis 900 Euro je Kilowattstunde nutzbarer Kapazität. Kleine Speicher mit 5 Kilowattstunden liegen bei rund 900 Euro je Kilowattstunde, Speicher ab 15 Kilowattstunden bei 600 bis 700 Euro.
Der Grund für die Degression liegt in den Festkosten. Wechselrichter, Batteriemanagement, Gehäuse und Montage fallen weitgehend unabhängig von der Zellmenge an, nur die Zellen selbst skalieren mit der Kapazität.
Der Preis ist seit 2015 um mehr als die Hälfte gefallen und sinkt weiter, allerdings deutlich langsamer als in den Anfangsjahren. Ein Abwarten auf niedrigere Preise kostet heute mehr an entgangenem Eigenverbrauch, als es an Anschaffungskosten spart.
Achten Sie beim Preisvergleich auf die nutzbare Kapazität, nicht auf die Nennkapazität, und auf den Umfang der Installation. Ein Angebot ohne Elektroarbeiten, Zählerschrankanpassung und Inbetriebnahme ist nicht vergleichbar.
Wie groß der Speicher zur eigenen Anlage ausfallen sollte, ist im Beitrag zur Photovoltaikanlage mit Speicher aufgeschlüsselt.
Kann ein Stromspeicher als Notstromversorgung dienen?
Ein Speicher liefert bei Netzausfall nur dann Strom, wenn er ausdrücklich notstromfähig ist. Standardgeräte schalten bei Netzausfall aus Sicherheitsgründen ab, weil sonst Strom ins Netz gelangen könnte, an dem Monteure arbeiten.
Zwei Ausbaustufen sind verbreitet. Eine Notstromsteckdose versorgt einzelne Geräte mit 2 bis 3 Kilowatt und schaltet manuell zu. Eine Ersatzstromfunktion trennt das Haus automatisch vom Netz und versorgt ausgewählte Stromkreise oder das gesamte Haus weiter.
Der Aufpreis liegt bei 300 bis 800 Euro für eine Notstromsteckdose und bei 1.500 bis 3.000 Euro für eine vollständige Ersatzstromfunktion mit Netztrennstelle. Letztere erlaubt auch den Weiterbetrieb der Photovoltaikanlage im Inselbetrieb.
Entscheidend ist, welche Verbraucher tatsächlich laufen sollen. Heizungspumpe, Kühlschrank, Licht und Router kommen zusammen auf 300 bis 600 Watt und lassen sich aus 10 Kilowattstunden über einen Tag versorgen. Ein Durchlauferhitzer mit 21 Kilowatt dagegen überfordert jeden Hausspeicher.