Technisches Neuland erobern

Während die Marktpreise für Strom stetig steigen, wird die Kilowattstunde aus Photovoltaik immer billiger. Am Schnittpunkt der zwei Kurven, bei denen Preise über der Zeit abgetragen werden, beginnt der Eigenverbrauch sich richtig zu rechnen. Mit der neuen Novelle des Erneuerbare-Energien-Gesetzes erhalten Dachanlagen zudem nur noch eine Vergütung, wenn mindestens 20 % ihres Stromertrags im Einfamilienhaus selbst verbraucht werden. Damit ergibt sich für Installateure eine günstige Konstellation im Markt: Die Kunden fordern Unabhängigkeit, der Staat will die Netze entlasten. Beides leistet die Photovoltaik. Installateure können sich in diesem Markt mit den geeigneten Technologien ein echtes Alleinstellungsmerkmal (USP = Unique Selling Proposition) aufbauen, denn wer dieses technische Neuland meistert, wird sich schnell von der Konkurrenz abheben. Jetzt trennt sich die Spreu vom Weizen. Dominierte bisher die einfache Netzeinspeisung, braucht man für den Eigenverbrauch mehr Grips und zwei neue Systeme: elektrisches Lastmanagement und Zwischenspeicher für den Solarstrom.

Laut einer neuen Studie des Instituts für ökologische Wirtschaftsforschung (IÖW) in Berlin lässt sich die Selbstversorgung mit Solarstrom bis 2019 auf bis zu 96 % steigern. Als Voraussetzungen nennen die Wirtschaftsforscher ein intelligentes Nutzerverhalten, weitere finanzielle Anreize, den Solarstrom im eigenen Haushalt zu verbrauchen (statt ihn ins Netz einzuspeisen) und vor allem langlebige und preiswerte Speicher. In ihrer Simulation kamen die Forscher zu der Erkenntnis, dass der Eigenverbrauch von Solarstrom sehr stark von der Geräteausstattung, also den Stromabnehmern des Nutzers, abhängt.

Lastmanagement plus Speicher gleich Selbstversorgung

Indem man den Stromverbrauch durch technische Steuerungen (Lastmanagement) in Deckung mit dem Stromangebot vom Dach bringt, lässt sich der Eigenverbrauchsanteil auf rund 40 % steigern. So werden beispielsweise Waschmaschinen und Geschirrspüler über eine Zeitschaltung in der Mittagszeit eingeschaltet, wenn die Solargeneratoren den meisten Strom produzieren. An bewölkten Tagen könnte der Solarstrom nicht ausreichen, dann muss das öffentliche Stromnetz als Puffer fungieren. Damit würde zwar der Stromverbrauch aus dem Netz wieder steigen, aber die früheren Verbrauchsspitzen aus den Jahren ohne ­Eigenverbrauch des PV-Stroms wären zumindest geglättet. Und gelingt es, einen geeigneten Speicher zu entwickeln, ließe sich die solare Stromerzeugung vom Verbrauch entkoppeln. Von Seiten der Steuerung gibt es kaum Probleme. SMA hat bereits vor Jahren mit dem Sunny Backup einen Wechselrichter auf den Markt gebracht, der die Ladekontrolle der Batterien integriert.

Detlef Beister, Produktmanager bei SMA, stellt für 2012 eine weitere Neuheit in Aussicht: „Wir werden noch in diesem Jahr ein Home Energy Managementsystem bringen, das die individuellen Nutzerprofile im Stromverbrauch mit der Solaranlage in Deckung bringt. Dazu nutzen wir einerseits Batterien und andererseits das Netz als Puffer.“ SMA hat zu diesem Thema bereits einige Pilotprojekte laufen. Ein Produkt zur Harmonisierung von Last und Erzeugung „könne sich innerhalb von vier bis fünf Jahren amortisieren“, schätzt Beister. „Je höher der Eigenverbrauch, desto schneller amortisiert sich die Investi­tion.“ Entscheidend sei die Absicherung eines solchen Systems gegen Stromausfall oder Hacker. Denkbar sei es, dass die Energiemanager einer Siedlung oder einer Masche im Niederspannungsnetz miteinander kommunizieren, um sich gegenseitig mit Solarstrom zu versorgen. „Solche Cluster kann man als virtuelle Kraftwerke steuern“, sagt der SMA-Experte. „Sie entlasten das Netz, das ist heute technisch schon möglich.“

Seit dem ersten Quartal 2012 kann der Sunny Home Manager von SMA die Wetterprognosen einbeziehen, um Verbrauch und Erzeugung in Deckung zu bringen. Er ist die dritte Komponente des Managementsystems von SMA, das auf dem Sunny Backup basiert, dem Wechselrichter mit Notstromfunktion. Der Backup enthält eine Batterie, um die Ströme zu puffern. Der Home Manager kann neuerdings auch variable Stromtarife berücksichtigen, wenn er die Energieströme im Haus steuert.

Aktuelle Vergütungssätze und Wetterprognosen gehen ein

Die ersten Produkte sind vorhanden. Schüco aus Bielefeld hat beispielsweise das neue Energiemanagementsystem E-Tower entwickelt. Es kombiniert die intelligente Steuerung mit der Verteilung und Speicherung von Energie im Gebäude. Dabei steuert der E-Tower sämtliche Energieströme so, dass die gewonnene Solarenergie nach Möglichkeit dort genutzt und gespeichert wird, wo sie verbraucht wird: direkt im Gebäude. Der E-Tower minimiert den Strombezug aus dem Netz und maximiert den Eigenverbrauch, je nach Wetterlage. Mittels seiner Steuerung (Smart Control) entscheidet er, wann es sich lohnt, den PV-Strom zu speichern, zu verbrauchen oder ins Netz zu verkaufen. Die Systemsteuerung erkennt automatisch, wie viel selbst erzeugter Strom vorhanden ist – und kombiniert diese Information mit Daten von außen, wie aktuelle Strompreise, Vergütungssätze und Wetterprognosen.

Das dezentrale Energiemanagement steuert den Eigenverbrauch, den Strombezug und die regenerativen Heizsysteme, etwa eine Wärmepumpe. Schüco verspricht, dass sich ein Einfamilienhaus in Deutschland auf diese Weise durch Solarstrom „über weite Teile des Jahres autark mit elektrischer Energie“ versorgen kann. Vorausgesetzt, die Anlage ist genau auf den Verbrauch abgestimmt. Mittels Smart Storage wird überschüssige Energie zwischen internen und externen Verbrauchern und Erzeugern vernetzt und gespeichert. Der Strom wird nur dann ins Netz eingespeist, wenn die Produktion den Eigenbedarf und die Speicherkapazität übersteigt. Der E-Tower wird modular konfiguriert, dadurch kann man ihn problemlos für den gewerblichen Eigenverbrauch von Solarstrom erweitern. Ab dem zweiten Quartal sollen die Varianten SPR 4000 und SPE 8000 kommen, mit verschiedenen Lithium-Ionen-Batterien (4 oder 8 kWh Kapazität).

Rusol aus Weikersheim hat ebenfalls ein ­Eigenverbrauchssystem entwickelt. Das Unternehmen stützt seine Technik auf Batterien und Ladegeräte von Dispatch Energy. Das Komplettsystem Black Diamond 5000 hält den Solarstrom bis in den Abend und die Nacht vor. Auch hierbei kommen Lithium-­Ionen-Akkus zum Einsatz, mit einer Speicherkapazität von 5 kWh. Das System ist gegen Überladung und Tiefentladung abgesichert, es hält rund 7000 Vollladezyklen aus. Permanent werden der Ladezustand und die Alterung der Batterie überwacht. Die Lebensdauer ist mit 20 Jahren angegeben. Rusol hat sein System wie Schüco modular konzipiert, um größere Solaranlagen mit größeren Batteriepaketen zu koppeln. Es lässt sich einfach an verfügbare Laderegler und Wechselrichter anschließen – per Plug-and-Play.

Darüber hinaus hat Rusol das intelligente Energie Controlling System (iEC) von Econ Solutions in seinen Vertrieb aufgenommen. Es liefert detaillierte Analysen des Verbrauchs von Strom, Gas, Wasser oder Fernwärme in einem Gebäude. Auf diese Weise ist es möglich, Einsparpotenziale aufzuspüren und Lastspitzen zu optimieren. Die Einsatzgebiete liegen in der Industrie, bei Kommunen, Dienstleistungsunternehmen oder in Filialstruk­turen. Der modulare Aufbau mit vier Komponenten ist beliebig erweiterbar und lässt sich in jede EDV einbinden. Das iEC verspricht eine Energieeinsparung bis zu 25 %. Es unterstützt das Energiemanagementsystem DIN EN 16001, das die Bundesregierung ab 2013 für die produzierende Industrie vorschreiben will.

Der 5-kWh-Speicher ist für vier Personen die passende Größe

Die Verknüpfung der Energieströme ist ein Weg, um Verbrauch und Stromangebot in Deckung zu bringen. Entscheidend sind jedoch die Stromspeicher, also Batterien und Akkumulatoren. Damit sich der Einsatz von Speichern für Solarstrom lohnt, müssten die Batterien eine Lebensdauer von 20 Jahren haben und sollten nicht mehr als 300 bis 400 Euro pro kWh Kapazität kosten. Das wäre bis 2019 möglich. Zurzeit liegt der Preis für ­Lithium-Ionen-Speicher mit durchschnittlich 1000 Euro pro kWh mehr als doppelt so hoch. Immerhin: Die Anbieter der Solarpuffer versprechen bereits 20 Jahre Lebensdauer.

So hat beispielsweise AS Solar aus Hannover das Speichersystem Storage S10 des OEM-Herstellers E3/DC aus Osnabrück in den Vertrieb aufgenommen. Damit kann ein Vier-Personen-Haushalt mit einer 5-kW-Solaranlage und dem Speichersystem seinen Strombedarf von Frühjahr bis Herbst fast vollständig decken. Über das ganze Jahr betrachtet wird nur etwa ein Viertel des bisherigen Strombedarfs eingekauft. „Eigenheimbesitzer erreichen damit eine hohe Unabhängigkeit vom Stromversorger und schützen sich vor weiter steigenden Strompreisen“, kommentiert Gerd Pommerien, Geschäftsführer von AS Solar. Denn nach dem Reaktorunfall in Fukushima und den Preiserhöhungen der Stromversorger fragen viele Kunden zunehmend nach gepufferten Solarsystemen. Ihr Motiv: Unabhängigkeit von den Konzernen.

Storage S10 besteht aus Lithium-Ionen-Batterien, einer Regelelektronik und dem ohnehin notwendigen Wechselrichter zur Netzeinspeisung. Die Batterien stammen von Sanyo und wurden speziell für die Ladezyklen aus der Solaranlage optimiert. Sie sind für eine Lebensdauer von 20 Jahren ausgelegt. Das kompakte System verlangt nicht mehr Wartung als netzgekoppelte Solarstromanlagen. AS Solar will das System umfangreichen Feldtests unterziehen und ab Anfang 2012 verkaufen.

Das gleiche System bietet Solutronic aus Stuttgart unter dem Namen Sol-Energymanager an, mit dem Wechselrichter Solplus 40 S2 für den Netzanschluss und dem Batteriewechselrichter von E3/DC. „Momentan ist ­eine Batterie mit 5,4 kWh vorgesehen“, erläutert Produktmanagerin Sibylle Scheuerle-­Kraiss. „Das System kann aber mit einer zweiten Batterie erweitert werden.“

Ein ähnliches System hat Conergy vorgestellt. Damit lässt sich der Eigenverbrauch von Photovoltaikstrom auf bis zu 80 % erhöhen. Das kühlschrankgroße Gerät wiegt rund 220 kg. Im Zusammenspiel mit dem integrierten Wechselrichter liegt der Systemwirkungsgrad bei 85 %. Conergy nutzt das System VS5 hybrid von Voltwerk. Dieser Batterieinverter ging aus dem Forschungsprojekt Sol-Ion hervor, an dem französische und deutsche Partner beteiligt waren, darunter Saft Batte­rien, Voltwerk, das Fraunhofer IWES, das französische Forschungsinstitut INES und das ISEA-Institut der RWTH Aachen. Mittlerweile firmiert Voltwerk unter Bosch Power Tec, denn die Stuttgarter haben die Hamburger Tochter des Conergy-Konzerns vor Jahresende übernommen. Allerdings bleibt die Lieferantenbeziehung zu Conergy bestehen.

Der integrierte Speicher senkt Stromkosten

Der VS5 hybrid beinhaltet eine leistungsstarke Lithium-Ionen-Batterie Synerion. Sie hat eine Kapazität von 8,8 bis 13,2 kWh. Das reicht, um eine Solaranlage mit 5 kW_p Leistung zu puffern. „Diese Energiezentrale bringen wir 2012 auf den Markt“, kündigt Voltwerk-Chef Peter Knaupp an. Integriert ist auch ein Managementsystem für die Ströme, mit denen der Kunde seinen Eigenverbrauch steigern oder ein Backup-System für den Netzausfall aufbauen kann. Die Lithium-­Ionen-Batterie stammt von Saft, sie wurde in dem französischen Überseedepartement Guadeloupe getestet. Auch in Deutschland liefen Feldtests. Der Energiemanager des VS5 hybrid entscheidet, ob der Solarstrom genutzt wird, um die Batterie zu laden, ob er direkt an die Verbraucher fließt oder ins Netz eingespeist wird. Die Batterie wird mit 48 V gespeist, sechs Batterien zu je 2,2 kWh lassen sich als Stapel kombinieren.

Zunächst bringen Bosch und Saft das System in einem einphasigen Wechselrichter. Er deckt die Netze in Übersee und die meisten Anwendungsfälle auch in Deutschland ab. Später ist die Erweiterung auf drei Phasen möglich. Das gleiche System hat der französische Solaranbieter Tenesol in seinen Vertrieb aufgenommen, eine Tochtergesellschaft von Total und EDF. „Die erste Generation der Solarsysteme war netzgekoppelt“, sagt Engin Yaman von Tenesol. „Wir glauben, dass die zweite Generation vollkommen dezentralisierte Systeme hervorbringen wird, die den Eigenverbrauch ermöglichen.“

Ganz neu im Markt ist das System Grid­save von Kaco New Energy aus Neckarsulm. Der Wechselrichterproduzent hat seine Gerätereihe Powador damit erweitert, um den Eigenverbrauch von Solarstrom zu optimieren. Gridsave besteht aus einem DC-DC-Wandler, einer Lithium-Ionen-Batterie mit 4,7 kWh Kapazität, einer Netzfreischaltung und einem Energiemanager. Das schrankähnliche Gehäuse kann bis zu drei Batterien aufnehmen.

Auch Blei-Akkus bleiben weiterhin im Rennen

Die Zukunft der Stromspeicher liegt in den Lithium-Ionen-Batterien. Sie werden die Blei-Säure-Akkus oder die Blei-Gel-Akkus verdrängen, aber noch sind Bleispeicher deutlich billiger. IBC Solar aus Bad Staffelstein fährt deshalb zweigleisig. Der Solstore 6.8 PB ist ein Blei-Gel-Akku mit 6,8 kWh Kapazität. Er hält zehn Jahre, bei 50 % Entladetiefe und rund 200 Ladezyklen im Jahr. Der Solstore 3,5 Li nutzt die Lithium-Ionen-Polymertechnik, er erreicht einen Wirkungsgrad von 95 %, kann komplett entladen werden, nimmt aber nur 3,55 kWh auf. Er verträgt 7000 Vollladezyklen. Dieser Speicher ist modular aufgebaut und kann erweitert werden.

Der Berliner Solaranbieter Solon und die Deutsche Energieversorgung GmbH haben ein einphasiges Batteriesystem entwickelt, das den Eigenverbrauch von Solarstrom in einem Vier-Personen-Haushalt auf über 70 % steigert. Zum Einsatz kommen Blei-Säure-Akkus mit insgesamt 24 kWh Kapazität. Dazu werden 24 Akkus in Reihe geschaltet. Zusammen wiegen sie 360 kg. Die Akkus verkraften aufgrund einer speziellen Technik (Spannungsstöße von 60 V) zur Durchmischung des Elektrolyts rund 3000 Ladezyklen. Nach zehn Jahren garantiert Solon eine Restkapazität von 80 % der ursprünglichen Speicherfähigkeit. Die Systemspannung in den Akkus beträgt 48 V. Von einer Photovoltaikanlage auf dem Dach mit 4 kW Leistung gehen 2 kW direkt ins Gebäude, um den Verbrauch zu decken. 1 kW wird ins Netz eingespeist und 1 kW in der Batterie gepuffert. Das System vermeidet die Tiefentladung der Batterie, um die Bleiplatten zu schonen.

Vier bis fünf Stunden kann die vollgeladene Batterie den Bedarf des Haushalts aus ­eigener Kraft decken. Das System kommt 2012 und soll unter 8000 Euro (netto) kosten. Der Kunde braucht lediglich einen geeigneten Aufstellungsraum (gasende Akkus) und muss einmal im Jahr destilliertes Wasser nachfüllen.

Den traditionellen Weg über Bleibatterien geht auch Solarworld, eines der ersten Unternehmen, die den Eigenverbrauch von Solarstrom mit speziellen Produkten propagiert haben. Das Speichersystem Sunpac beinhaltet eine Solaranlage mit 4,6 kW Spitzenleistung. Die Bleibatterien laufen mit 24 V, ihre Kapazität beträgt 6,9 kWh. Sie halten rund 2700 Ladezyklen aus, Lithium-Ionen-Akkus bis zu dreimal mehr. Auch weisen die Lithium-Ionen-Batterien eine 50 bis 80 % niedrigere Selbstentladung auf. Die Lebensdauer der Sunpac-Bleibatterien ist mit 13,5 Jahren begrenzt. Deshalb steigt auch Solarworld mittelfristig auf Lithium-Speicher um.

Was er macht, macht er gründlich: Solarworld Konzernchef Frank Asbeck hat sich sogar um Schürfrechte für Lithium beworben. Im März erhielt er die Genehmigung, im Ost­erzgebirge nach dem wertvollen und zukunftsträchtigen Rohstoff zu suchen. Denn er wittert ein neues Geschäft. Heute wird das Batteriegeschäft im Wesentlichen von asiatischen Herstellern dominiert, siehe Sanyo. Nach einer 20-jährigen Abstinenz könnte Deutschland jedoch wieder in die Entwicklung eigener Batterien einsteigen. Dabei steht nicht nur die Photovoltaik Pate, sondern vor allem die Elektromobilität, die ein ähnliches Speicherproblem wie die Solarbranche hat. Die Aussichten für Batteriehersteller sind nicht schlecht: Die Beratungsfirma McKinsey prognostiziert für das Jahr 2020 rund 7 Millionen Hybridfahrzeuge und Elektroautos weltweit. Die Boston Consulting Group ermittelte einen Markt von 150 Milliarden Euro kumuliert von heute bis 2030 für Batterien in Elektrofahrzeugen und zur Stromspeicherung.

Und schon spielen deutsche Unternehmen in der jungen Liga mit. Süd-Chemie beispielsweise hat Lithiumeisenphosphat (LFP) entwickelt, ein leistungsfähiges und sicheres Speichermaterial für Lithium-Ionen-Batte­rien. Ab 2012 wird das Münchener Unternehmen in Kanada in der weltweit ersten Serienproduktionsanlage jährlich rund 2500 t LFP herstellen – ausreichend für etwa 50000 vollelektrische oder 500000 hybridbetriebene Personenkraftwagen.

Beiträge in diesem Top-Thema

Technisches Neuland: Viele Kunden wünschen sich Unabhängigkeit von Energie­versorgern. PV-Anlagen mit Speichern und Lastmanagement sind ein Angebot, mit dem sich Installateure neue Märkte erschließen können. Ab Seite 12.

Alles aus einer Hand: Die Industrie bietet Komplettsysteme mit abgestimmten Komponenten an, die Planern und Handwerkern Zeit und Geld sparen. Solche Paketangebote gibt es nun auch für den Eigenverbrauch. Ab Seite 18.

Wärme aus Sonnenstrom: Wärmepumpen bieten eine gute Möglichkeit für ein ­effizientes Lastmanagement. Josef Wrobel von Centrosolar stellt im Interview ein solches Komplettsystem vor und erläutert die Vorteile. Auf Seite 22.

Die Konstellation ist günstig: Kunden fordern Unabhängigkeit und der Staat will die Netze entlasten. Installateure können sich mit dem Eigenverbrauch ein Alleinstellungsmerkmal aufbauen. Wer dieses tech­nische Neuland meistert, wird sich von seiner Konkurrenz abheben.

Bringt man den Stromverbrauch mit dem Angebot vom Dach in Einklang, lässt sich der Eigenverbrauchsanteil auf 40 % steigern. Waschmaschinen und Geschirrspüler werden eingeschaltet, wenn die Solargeneratoren den meisten Strom produzieren.

Damit sich Speicher lohnen, müssen Batte­rien eine Lebensdauer von 20 Jahren haben und sollten nicht mehr als 300 bis 400 Euro pro kWh Kapazität kosten. Derzeit liegt der Preis für Lithium-Ionen-Speicher bei durchschnittlich 1000 Euro. Anbieter versprechen immerhin schon 20 Jahre Lebensdauer.