Beratung Stromspeicher

Stromspeicherangebote und Stromspeicherangebote ist oft wie Äpfeln mit Birnen zu vergleichen. Verschiedene Batterietechnologien, verschiedene Leistungsmerkmale und jede Menge Preise und Ausstattungen. In vielen Fällen stehen Ihnen ein paar Überraschungen ins Haus, weil Zusatzkosten für notwendige Elemente oder Leistungn anfallen können, nach denen Sie nicht gefragt haben. Wie denn auch, wenn Sie gar nicht wussten, dass diese Elemente notwendig sind. Dazu ist diese Seite. Hier finden Sie alle relevanten Fragen, damit Sie keine Überraschungen erleben.

Wie ist der Wirkungsgrad bei Stromspeichern definiert?

Wirkungsgrad bei Stromspeichern - Kaufberatung StromspeicherDer Wirkungsgrad ist das Verhältnis von Nutzenergie zu zugeführter Energie. Da alle technischen Systeme Verluste haben, ist der Wirkungsgrad immer kleiner als 1 (bzw. kleiner als 100 %).

Beim Laden des Stromspeichers entstehen Verluste in der Elektronik zum Laden (bei AC-gekoppelten Systemen zum Beispiel im Umrichter, der den Wechselstrom in batterieverträglichen Gleichstrom wandelt) sowie in den elektrochemischen Wandlern (der „Batterie“ bzw. dem Akku). Auch beim Entladen des Stromspeichers entstehen Verluste in den Batteriezellen sowie in der Elektronik. Spürbar werden diese Verluste in Form von Wärme. Sie kennen dies vielleicht auch von Ihrem Smartphone oder Notebook – beim Laden erwärmen sich das Netzteil und der Akku.

Der Wirkungsgrad eines PV-Stromspeichers hängt von der Güte der Elektronik, von der Art der Batteriezellen und auch von deren Qualität ab. Blei-Batterien erreichen einen Wirkungsgrad von etwa 86 %. Lithium-Ionen-Akkus, wie sie in der Caterva-Sonne verwendet werden, können einen Wirkungsgrad bis etwa 95 % aufweisen. Unberücksichtigt sind hierbei die Verluste der Lade- bzw. Entladeelektronik. Bezieht man diese Verluste mit ein, erreicht die Caterva-Sonne einen Wirkungsgrad von über 90 % (siehe Datenblatt).

Unter Volllast versteht man die Auslastung eines Systems bis an seine Leistungsgrenze – also bei einem PV-Stromspeicher zum Beispiel das Laden oder Entladen mit dem maximal zulässigen Strom bzw. der maximalen Leistung. Als Teillast wird bezeichnet, wenn das System unterhalb seiner Leistungs- bzw. Auslegungsgrenzen betrieben wird.

Je nach Auslastung können Systeme einen unterschiedlich guten Wirkungsgrad aufweisen. Bei einem PV-Stromspeicher sind das Batteriemanagement und weitere Elektronikkomponenten zum Beispiel immer aktiv, um das System jederzeit zu überwachen und zu managen. Dieser unvermeidbare Basis-Stromverbrauch macht sich bei geringer Belastung des Speichers im Verhältnis stärker bemerkbar, so dass der Teillastwirkungsgrad etwas geringer ausfällt als der Volllastwirkungsgrad.

Wichtig ist, auch die Bezugswerte zu vergleichen. Gibt Hersteller A den Wirkungsgrad der Batteriezellen an, Hersteller B jedoch den Wirkungsgrad des Gesamtsystems (bestehend aus Batteriezellen und der gesamten Elektronik), lassen sich die Angaben nicht gegenüberstellen, denn bei gleicher Qualität der Komponenten würde Hersteller B einen niedrigen Wirkungsgrad angegeben.

Für den praktischen Nutzen ist wichtig, wie viele kWh Sie aus dem Speicher wieder beziehen können, nachdem Sie ihn mit x kWh geladen haben. Da dieser Wert aber von dem jeweiligen Nutzungsverhalten, der Größe der PV-Anlage und des PV-Stromspeichers abhängt, lässt sich der in Ihrem Haushalt erzielbare Wirkungsgrad nicht vorhersagen. Vergleichen Sie daher die Angaben der Hersteller bezüglich ihres Wirkungsgrads und beachten Sie, ob die Werte für identische Randbedingungen und ein identisches Nutzungsverhalten (zum Beispiel jeweils für Volllast) gemacht sind. Sind die Randbedingungen nicht vergleichbar, hinterfragen Sie die Angaben oder ziehen Messwerte Dritter oder Erfahrungsberichte zu Rate.

Technisch gesehen hat auch die Caterva-Sonne Verluste, ihr Netto-Wirkungsgrad beträgt etwas über 90 %. Im Rahmen des Freistrom-Konzepts erhalten Nutzer der Caterva-Sonne jedoch exakt die Menge an Strom zurück, die ihre PV-Anlage zum Laden des Speichers bereitgestellt hat. Mit anderen Worten: Sie bekommen für jede Kilowattstunde Strom, mit der Ihre PV-Anlage den Speicher füllt, exakt eine Kilowattstunde zurück. Der „Wirkungsgrad“ beträgt also nur bilanziell 100 %. Caterva gleicht die technischen Verluste der Caterva-Sonne aus. Möglich ist dieser Ausgleich, weil bei dem Konzept „20 Jahre Freistrom“ alle Caterva-Sonnen zu einem virtuellen Großspeicher vernetzt werden, der Netzdienstleistungen (Stabilisierung des Stromnetzes) erbringt und durch das Caterva-Energiemanagement gesteuert wird. Im Zuge dieses Energiemanagements wird der Ladezustand der vernetzten Caterva-Sonnen immer wieder optimiert. Dabei werden auch die technischen Verluste kompensiert.

Der Gesamt-
wirkungsgrad
ist für die Wirtschaftlichkeit entscheidend.

fully charged battery

Was ist bei einem Akku ein Ladezyklus und was sagt die Zyklenanzahl über einen PV-Stromspeicher aus?

Ladeleistung - Kaufberatung StromspeicherMit Ladezyklus wird bezeichnet, wenn ein Akku bzw. eine PV-Batterie nach dem Entladen wieder geladen wird. In der Regel wird im Zusammenhang mit den Eigenschaften eines PV-Stromspeichers von Vollladezyklen bzw. Vollzyklen gesprochen. Je höher die Anzahl der möglichen Vollzyklen ist, desto höher die Lebensdauer der Batterie.

Mit DoD (Depth of Discharge) wird die Entladetiefe beschrieben, denn viele Stromspeicher lassen keine komplette Entladung zu, um das System zu schonen. Die Differenz aus maximal und minimal möglicher Entladung ist die Entladetiefe. Lässt sich das System beispielsweise von 100 % bis hinab auf 20 % Ladung entladen, beträgt die Entladetiefe 80 %. Für Blei-Batterien ist eine DoD von 50 % typisch, bei Li-Ionen-Akkus beträgt die DoD in der Regel 80 % bis 95 %.
Mit Vollzyklus wird eine Komplettladung von 0 auf 100 % bezeichnet, die in der Realität in der Regel nicht umgesetzt wird (siehe DoD). Die Angabe der möglichen Vollzyklen gibt dennoch wieder, wie haltbar ein Akku ist, denn zum Beispiel entspricht das zehnmalige Laden um 10 % meist derselben Belastung wie ein Vollladezyklus.
Um Herstellerangaben zu vergleichen, sollte neben der Zyklenzahl auch verglichen werden, welche DoD angegeben wird. Speicher, die bei gleicher Zyklenzahl eine größere Entladungstiefe zulassen, sind haltbarer bzw. bieten Ihnen einen größeren Nutzen.

Bei einer PV-Batterie geht man von etwa 250 Vollzyklen pro Jahr aus. Das bedeutet aber nicht, dass der Speicher tatsächlich 250 Mal exakt bis zur vorgesehenen Untergrenze (DoD) geleert und wieder voll aufgeladen wird. Im Sommer und vor allem während des Urlaubs wird ein PV-Stromspeicher selten seinen niedrigsten Ladezustand erreichen, im Winter wird die Sonnenenergie an einigen Tagen wiederum nicht ausreichen, um den Speicher komplett zu füllen. Die in der Praxis erreichte Anzahl der Zyklen hängt von der Auslegung des Speichers, der PV-Anlage sowie vom Nutzungsverhalten ab.

Der Vollzyklus mit maximalem (Ent-)Ladestrom ist die anspruchsvollste Belastung für einen Speicher. Sanftes Laden oder Entladen mit einem geringeren Strom fordert eine Batterie weniger. Die Einflussmöglichkeiten sind jedoch begrenzt, denn um möglichst großen Nutzen aus dem Speicher zu ziehen, werden Sie möglichst viel überschüssigen PV-Strom in der Batterie speichern wollen. Umgekehrt ergeben sich bei Verwendung von Kochfeld, Backofen oder Wasserkocher und anderen Verbrauchern im Haushalt zwangsläufig hohe Entladeströme. Meistens sorgt aber die Ladeelektronik des Stromspeichers dafür, verschleißfördernde Betriebsweisen zu vermeiden, so zum Beispiel auch bei der Caterva-Sonne.

Sowohl der Einsatz eines PV-Stromspeichers zur Erhöhung des solaren Deckungsgrads als auch ein Be- und Entladen des Speichers zur Stabilisierung des Netzes oder andere Aufgaben in einem Speicherverbund bringen häufige, kurze Be- und Entladevorgänge mit sich. Experten gehen davon aus, dass sogenannte Mikrozyklen deutlich weniger Auswirkungen auf die Haltbarkeit des Lithium-Ionen-Energiespeichers haben. Ein Entlade- und Ladezyklus von zum Beispiel 100 % auf 20 % und wieder auf 100 % bedeutet daher ein Vielfaches mehr an „Stress“ für die Batterie als sie 80 Mal um 1 % zu entladen und zu laden. (Wissenswertes hierzu finden Sie unter http://www.batteryuniversity.com.)

Eine sehr tiefe Entladung des Stromspeichers – insbesondere die schädigende Tiefentladung eines Lithium-Ionen-Akkus – sollte von der Elektronik des Speichers ebenso wie ein „Überladen“ ausgeschlossen werden, um einer zu schnellen Alterung vorzubeugen.
Bei der Caterva-Sonne werden extreme (Ent-)Ladezustände vom integrierten Batteriemanagement sowie von einem übergeordneten Energiemanagement vermieden: Das übergeordnete Energiemanagement dient dazu, viele Caterva-Sonnen zu einem virtuellen Großspeicher („Caterva-Sonnensystem“) zu vernetzen und mit ihm durch Laden oder Entladen zur Stabilisierung des Stromnetzes beizutragen (siehe „Netzstabilität durch Regelleistung sicherstellen“). Dabei strebt das Energiemanagement des Speicherverbunds einen Ladezustand um ca. 50 % an, denn so kann der virtuelle Großspeicher optimal auf Netzschwankungen reagieren.
Das Energiemanagement überwacht außerdem die Lade- und Entladevorgänge sowie die Temperatur der einzelnen Caterva-Sonnen. Sowohl von der Elektronik der Caterva-Sonne selbst als auch vom Energiemanagement des virtuellen Großspeichers wird somit ein schonender Einsatz des PV-Speichers angestrebt, was sich positiv auf die Lebensdauer auswirkt.

Die Caterva-Sonne in Kombination mit dem Caterva-Energiemanagement bietet den maximalen Nutzen eines Eigenstromsystems: zeitunabhängiger Verbrauch der Erzeugung bis zur vereinbarten Menge. Möglich wird dies durch das Zusammenwirken eines großzügig dimensionierten Speichers mit 20 kWh Kapazität und 20 kW Leistung mit einem leistungsfähigen Steuerungsrechner im Speicher und zentraler, vernetzter Intelligenz im Caterva-Rechenzentrum.

Die Zahl der möglichen Vollzyklen hängt vom verwendeten Batterietyp ab. Die Angabe der möglichen Zyklenzahl bezieht sich darauf, wie viele Vollzyklen das System absolvieren kann, bis die tatsächlich nutzbare Speicherkapazität auf 80 % der Nennkapazität abgesunken ist. (Die 80 % haben sich als „Alterungsgrenze“ etabliert, es können aber theoretisch auch Angaben gemacht werden, die sich auf eine andere nutzbare Restkapazität beziehen.)
Bei Blei-Säure & Blei-Gel-Akkus sind beispielsweise Angaben von etwa 2000 Vollzyklen typisch, woraus sich bei ca. 250 Vollzyklen pro Jahr etwa acht Jahre Nutzung ergäben; Lithium-Ionen-Akkus, wie sie auch in der Caterva-Sonne verwendet werden, halten ca. 4000 bis 7000 Vollzyklen lang, was ca. 16 bis 28 Jahren Nutzungsdauer entspräche. Da die Batterien bei Erreichen dieser Alterungsgrenze aber nicht aufgebraucht oder defekt sind, lassen sie sich auch nach Erreichen der angegebenen Zyklenanzahl weiterverwenden.

Der Vergleich der Zyklenzahl alleine ist nur bedingt aussagekräftig – die Zyklenzahl gibt an, nach wie vielen Vollzyklen die Speicherkapazität des Systems auf eine bestimmten Restwert (in der Regel 80 % der Nennkapazität) abgesunken ist. Wichtig sind auch die absolute Speicherkapazität (gemessen in kWh) und die mögliche Entladetiefe. Ein vereinfachtes Rechenbeispiel soll dies verdeutlichen:
Nehmen wir an, Ihre Solaranlage produziert genügend Energie, um Ihren Energiespeicher regelmäßig voll zu laden und den Strom zeitversetzt zu nutzen. Sie wählen ein Modell mit einer Bruttokapazität von 10 kWh und möchten es 250 Mal pro Jahr bis zur Entladetiefe (DoD) entladen und wieder aufladen (Vollzyklen). Die Zyklenzahl ist mit 5000 angegeben (das entspräche dann 20 Jahren Nutzungsdauer). Speicher A habe eine Entladetiefe (DoD) von 75 %, Speicher B eine Entladetiefe von 90 %.
Bei Speicher A ließe sich also von der Nennkapazität von 10 kWh nur 7,5 kWh nutzen. Bei 5000 Zyklen könnten Sie in 20 Jahren also insgesamt 37500 kWh elektrische Energie ein- und auslagern. Bei Speicher B ließen sich in 20 Jahren stattdessen 45000 kWh speichern und wieder entnehmen. Sie könnten also im Laufe der 20 Jahre Nutzung 7500 kWh Strom mehr aus eigener PV-Erzeugung nutzen. Bei Anlage A müssten Sie diese 7500 kWh ins Netz einspeisen und zeitversetzt wieder zurückkaufen. Bei einer Differenz zwischen Vergütung und Strompreis von 0,15 Euro/kWh würden Sie bei Speicher A also für 1125 Euro mehr Strom von Ihrem Versorger kaufen müssen.

Komponenten eines Photovoltaik-Speichersystems

Die zentrale Komponente eines Photovoltaik-Batteriespeichersystems ist die wieder aufladbare Batterie (Akkumulator, kurz Akku). Darin wird der Solarstrom zwischengespeichert, bis er im Haushalt verbraucht wird.
Marktüblich sind derzeit Blei-Akkus sowie Lithium-Ionen-Akkus. Blei-Gel- und Blei-Säure-Batterien sind jahrzehntelang erprobt und vergleichsweise günstig, haben aber einen deutlich niedrigeren Wirkungsgrad als Lithium-Ionen-Akkus. Dass letztere in stationären Anwendungen wie PV-Speichersystemen eingesetzt werden, ist relativ neu. Deshalb sind Lithium-Ionen-Akkus noch teurer als Bleibatterien. Dafür ist ihre Speicherdichte deutlich höher, wodurch sie weniger Platz benötigen, und sie halten länger als Bleibatterien.
Ende 2015 hatten Lithium-Ionen-Speicher bereits einen Marktanteil von rund 90 Prozent. Zum Einsatz kommen unterschiedliche Zelltechnologien wie Lithium-Eisen-Phosphat (LiFePO4), Lithium-Titanat (LTO) und Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Oxid (Li-NMC). Lithium-Akkus können theoretisch bis zu 100 Prozent entladen werden, um sie nicht zu schädigen, werden sie aber nur zu circa 80 bis 95 Prozent entladen. Bleibatterien haben eine Entladetiefe von etwa 50 Prozent.
Im Jahr 2015 kam der erste Heimspeicher mit Vanadium-Redox-Flow-Akkus auf den Markt. Diese Technologie wurde zuvor nur in Industrieanwendungen eingesetzt. Redox-Flow-Speicher können komplett entladen werden, haben jedoch eine niedrige Energiedichte und benötigen entsprechend viel Platz.

Ein Batterie-Wechselrichter mit Ladereglerfunktion regelt die Be- und Entladung der Batterie. Außerdem sorgt er dafür, dass elektrische Energie in das Hausnetz geleitet wird, wenn gerade zu wenig Solarstrom erzeugt wird und noch genügend Energie in der Batterie vorhanden ist.
Die wichtigsten Kenndaten eines Batteriewechselrichters sind der Wirkungsgrad und die maximale Lade- und Entladeleistung. Je höher der Wirkungsgrad, desto geringer sind die Verluste, das heißt, desto weniger Strom wird im Wechselrichter in Wärme umgewandelt. Gute Werte für den Wirkungsgrad liegen bei etwa 95 Prozent pro Stromrichtung (Be- oder Entladen). Die Ladeleistung ist maßgeblich dafür, wie schnell der Akku aufgeladen werden kann. Von der Entladeleistung hängt es ab, welche Lasten im Haus mit dem Speicher bedient werden können.

Der Solar-Wechselrichter (Photovoltaik-Wechselrichter) wandelt den von den PV-Modulen erzeugten Gleichstrom in haushaltsüblichen Wechselstrom um. Darüber hinaus optimiert er die Anlagenleistung. Hierfür betreibt er die Module in ihrem Leistungsoptimum, das heißt am „Maximum Power Point“ (MPP). Der MPP bezeichnet die Kombination aus Stromstärke und Spannung, bei der das Modul – abhängig von der Temperatur und der Sonneneinstrahlung – die optimale Leistung erzeugt. Mit sogenannten MPP-Trackern optimieren Wechselrichter den MPP laufend je nach Temperatur und Einstrahlung. Weiterhin erfasst der Solarwechselrichter die Betriebsdaten der Photovoltaikanlage bzw. des jeweiligen Modulstrings. Diese Daten können am Display des Wechselrichters eingesehen werden oder über ein Monitoring-Programm, an welche der Wechselrichter die Betriebsdaten sendet.

Ein DC/DC-Wandler (Gleichspannungswandler) ist eine elektrische Schaltung, die zugeführte Gleichspannung in Gleichspannung mit höherem oder niedrigerem Spannungsniveau umwandelt. Bei Speichersystemen, die in die Gleichstromseite eingebunden sind, ist der DC/DC-Wandler direkt hinter den Solarmodulen und noch vor dem Laderegler und dem Wechselrichter installiert.

Das Batteriemanagementsystem gewährleistet den langfristigen und sicheren Betrieb der Batterie. Eine Batterie bzw. ein Akku besteht aus mehreren Batteriezellen, die zusammengeschaltet werden. Fertigungsbedingt haben die einzelnen Zellen leicht unterschiedliche Parameter, zum Beispiel verschiedene Kapazitäten. Das Batteriemanagementsystem ist eine elektronische Schaltung, welche die Zellen überwacht und regelt. So kontrolliert es beispielsweise die Temperatur der Zellen, es ermittelt die Ladezustände und passt die Be- und Entladung zellspezifisch an. Außerdem erfasst es die Betriebsdaten der Zellen.

Energiemanagementsysteme gibt es als einfache Variante bis hin zum komplexen System. Ein einfaches Energiemanagementsystem erfasst die Energieflüsse im Gebäude, die Betriebsdaten der PV-Anlage und den Ladezustand der Batterie. Zum Beispiel: Wie viel Solarstrom wird gerade erzeugt, wie viel wird im Haushalt verbraucht, wie viel kann noch in der Batterie gespeichert werden und wie viel Solarstrom wird in das Netz eingespeist.
Ein etwas aufwändigeres Energiemanagementsystem bindet Wetterprognosen mit ein, die bei der Steuerung berücksichtigt werden.
Ein leistungsfähiges Energiemanagementsystem wie das von Caterva arbeitet auf zwei Ebenen. Die erste Ebene ist die im Haus. Hier steuert das Energiemanagementsystem die Energieflüsse so, dass die Eigenversorgung mit Solarstrom optimiert wird. Auf der zweiten Ebene ist der PV-Speicher mit der Leitwarte von Caterva verbunden, wo eine Vielzahl dezentraler und miteinander vernetzter PV-Speicher gemeinsam vom Energiemanagement organisiert wird, um weitere – zum Beispiel netzstabilisierende – Funktionen zu erfüllen und Zusatzerlöse zu erwirtschaften.

Bei nicht vernetzten Heimspeichern werden ein Energieflussrichtungssensor und ein Zweirichtungszähler installiert. Bei dem Modell von Caterva werden zwei sogenannte Smart Meter installiert. Smart Meter sind, einfach gesprochen, elektronische Zähler, die den tatsächlichen Energieverbrauch und die Nutzungszeit messen. Bei den vernetzten Speichern nach dem Freistrom-Konzept erfassen sie einerseits, wie viel elektrische Energie in das Haus kommt und wieviel herausgeht, andererseits, wieviel Energie in den Speicher geschickt und wieviel wieder entnommen wird.

Die Ersatzstromfunktion (auch – technisch nicht ganz korrekt – als Notstromfunktion bezeichnet) springt bei Ausfall der Stromversorgung durch das öffentliche Netz ein. Ausgewählte oder sämtliche Verbraucher werden dann von einer anderen Stromquelle, wie einem Solarstrom-Speichersystem, mit elektrischer Energie versorgt. Bei der Ersatzstromfunktion mit einem PV-Speicher wird zunächst das Haus vom öffentlichen Netz getrennt, anschließend wird durch das Speichersystem ein separates Netz gebildet. Bis das Ersatzstromnetz aufgebaut ist, kann es zu einer Unterbrechung der Stromversorgung von wenigen Sekunden kommen.
Die Ersatzstromfunktion ist von der unterbrechungsfreien Stromversorgung (UVS) zu unterscheiden. Bei letzterer muss eine permanente Stromversorgung gewährleistet sein. Sie ist beispielsweise in Krankenhäusern und Rechenzentren notwendig.
Der Begriff Inselnetzfähigkeit bezieht sich auf die gesamte Photovoltaikanlage. Systeme, die bei Ausfall des öffentlichen Stromnetzes einen Inselnetzbetrieb ermöglichen, können durch die Photovoltaikanlage versorgt und nachgeladen werden. Wie die Ersatzstromfunktion und die unterbrechungsfreie Stromversorgung, ist die Inselnetzfähigkeit oft eine optionale Funktion von Solarstromspeichersystemen.

Ein Photovoltaik-Speichersystem besteht aus verschiedenen Komponenten, die aufeinander abgestimmt sein müssen.

Photovoltaik-Batteriespeichersystem mit wieder aufladbare Batterie

Aus welchen Komponenten besteht eine Photovoltaikanlage?

Die Solarstrommodule (Photovoltaik-Module) sind die wichtigsten Bestandteile einer Photovoltaikanlage. Sie wandeln Sonnenlicht in nutzbaren Strom um. Unterschieden werden kristalline und Dünnschicht-Module. Bei Hausdachanlagen werden in der Regel kristalline Module verwendet. Sie bestehen aus etwa 40 bis 80 Solarzellen, die mit Lötbändern (verzinkte Kupferstreifen) miteinander verschaltet sind.
Standardmodule haben einen Aluminiumrahmen, welcher die verschiedenen Schichten wie Frontglas, Einbettfolien und Solarzellen zusammenhält und dem Modul Stabilität gibt. Über die Rahmen werden die Module mit der Unterkonstruktion verbunden. Weiterhin gibt es rahmenlose Module, die auch als Laminate bezeichnet werden. Sie eignen sich vor allem für dachintegrierte Solarstromanlagen.
Mehrere PV-Module werden zu einem String (auch Strang genannt) zusammengeschaltet. Die Strings wiederum werden zum so genannten Photovoltaik-Generator (PV-Generator) verbunden.
Die Leistung von Solarmodulen wird in Wattpeak (Wp) angegeben. Dies ist die Leistung, die das Modul unter Standardtestbedingungen bei einer Einstrahlung von 1.000 W/m² auf Modulebene und einer Modultemperatur von 25 Grad Celsius, bereitstellt. Die Standardtestbedingungen wurden entwickelt, um Module vergleichen und bewerten zu können. Bei kristallinen Modulen ist eine Nennleistung zwischen 180 und 300 Wp marktüblich.

Der Generatoranschlusskasten (GAK) sammelt die Strings des PV-Generators und verbindet sie mit der Gleichstrom-Hauptleitung. Somit müssen nur noch je eine Plus- und eine Minusleitung zum Wechselrichter verlegt werden. Zudem kann der Generatoranschlusskasten sicherheitstechnische Funktionen übernehmen wie die Strangsicherung und die Ableitung von Überspannungen.

Solar-Wechselrichter wandeln den von den Photovoltaik-Modulen erzeugten Gleichstrom in haushaltsüblichen Wechselstrom um (230 Volt Wechselstrom bzw. 400 Volt Drehstrom).
In der Solarbranche hat es sich eingebürgert, die Begriffe Netzeinspeisegerät (NEG) und Wechselrichter als Synonyme zu verwenden. Streng genommen, müssten Stromwandler, als welche diese Geräte auch bezeichnet werden, bei netzintegrierten Anlagen als Netzeinspeisegeräte bezeichnet werden. Denn sie verbinden den PV-Generator mit dem Stromnetz. Das Wort Wechselrichter hingegen bezeichnet einen Stromwandler, der bei netzunabhängigen PV-Anlagen (Inselanlagen) zum Einsatz kommt. Im Vergleich zu den über 1,5 Millionen netzgekoppelten Anlagen gibt es davon nur sehr wenige in Deutschland – und dies vor allem im Freizeit- und Gartenbereich. Der Einfachheit halber wird der Begriff Wechselrichter auch für netzgekoppelte Solarstromanlagen verwendet. Gelegentlich ist auch der englische Begriff Inverter zu hören.
Neben ihrer Hauptaufgabe – der Stromumwandlung – übernehmen Solarwechselrichter noch andere Aufgaben. Einige Beispiele: Sie passen den Arbeitspunkt der Solarstromanlage in Abhängigkeit von der Lichteinstrahlung (Maximum Power Point = MPP) kontinuierlich an, so dass die Anlage stets so viel Strom wie möglich erzeugt. Sie überwachen die Spannung und die Stromfrequenz, so dass der Solarstrom ohne Probleme in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden kann. Und sie erfassen wichtige Betriebsdaten der Photovoltaikanlage wie den Solarertrag, die Modultemperatur sowie Spannung und Strom.
Bei herkömmlichen Hausdachanlagen kommen String-Wechselrichter zum Einsatz. Darüber hinaus gibt es noch Modulwechselrichter für jeweils ein Modul sowie Zentralwechselrichter für Photovoltaik-Großanlagen.

Die Unterkonstruktion (auch Montagegestell genannt) verbindet die PV-Module mit dem Dach. Sie besteht im Wesentlichen aus Montageschienen und Dachhaken. Bei Aufdachanlagen werden die Schienen über den Dachziegeln angebracht. Bei dachintegrierten Photovoltaikanlagen wird die Unterkonstruktion direkt auf den Dachsparren montiert. Die Solarmodule ersetzen in dem Fall die herkömmliche Dacheindeckung wie Ziegel. Spezielle Bauarten wie sich an den Seiten überlappende Module sorgen dafür, dass das Dach garantiert dicht ist.

In einer Photovoltaikanlage sind viele Meter Kabel verlegt. Dabei werden zwei Bereiche unterschieden: die Gleichstrom (DC)- und die Wechselstrom (AC-) Verkabelung. Bei der DC-Verkabelung handelt es sich um die Kabel von den Modulen zum Wechselrichter, die AC-Verkabelung bezeichnet die Kabel vom Wechselrichter zum Netzeinspeisepunkt.
Bei der Auswahl der Gleichstromkabel sind die Kabellänge und der richtige Leiter-Querschnitt entscheidend. Aus diesen beiden Parametern ergeben sich die Verluste in den Leitungen. Ein Leiter mit großem Querschnitt führt zu geringen Verlusten (ebenso wie kurze Kabel). Sie sind allerdings teurer als Kabel mit geringerem Querschnitt. Der Installateur ermittelt mit einem Programm den optimalen Kabelquerschnitt.
Auch bei der AC-Verkabelung ist auf den richtigen Querschnitt zu achten. Da die Verluste beim Wechselstromkabel höher ausfallen als beim Gleichstromkabel, sollten die Kabel auf der AC-Seite möglichst kurz sein.
Es empfiehlt sich, zertifizierte Solarkabel zu verwenden. Insbesondere auf der Wechselstromseite bzw. auf dem Dach sind die Kabel starken Witterungsbelastungen ausgesetzt, beispielsweise durch UV-Strahlung, Regen, Schnee und Sturm.

Bei vollständiger Netzeinspeisung des Solarstroms, die lange Zeit üblich war, müssen ein Einspeise- und ein Verbrauchszähler installiert sein. Sie sind für die Abrechnung der Einspeisevergütung mit dem Netzbetreiber notwendig.
Wird Solarstrom im Gebäude selbst verbraucht, was seit der EEG-Novelle 2009 gängig ist, benötigt eine netzgekoppelte Photovoltaikanlage andere Zähler. Der Solarstromzähler misst die erzeugte Solarstrommenge, der Zweirichtungszähler erfasst die eingespeiste und die bezogene Strommenge.

Basis des Monitorings sind Datenlogger. Sie sind entweder Teil des Wechselrichters oder als externe Geräte erhältlich. Datenlogger erfassen Betriebsdaten wie Ströme, Spannungen, Temperaturen, Leistungen und Solarerträge. Die Daten werden anschaulich aufbereitet und zum Beispiel auf Internetportalen zur Verfügung gestellt. Neben dem Monitoring haben sie auch eine Überwachungsfunktion. Registriert der Datenlogger eine Störung, sendet er dem Anlagenbetreiber eine Nachricht, zum Beispiel per E-Mail oder SMS. Seitdem die Eigenversorgung mit Solarstrom in den Vordergrund gerückt ist, integrieren die Anbieter zunehmend Energiemanagement-Funktionen in die Monitoring-Lösungen. So sollen beispielsweise Wetterprognosen dabei helfen, den Eigenverbrauch von Solarstrom zu steigern.

Ein Solarstromspeicher (auch Photovoltaik- oder Batteriespeicher genannt) speichert überschüssigen Solarstrom, der nicht im Haushalt oder vom Elektroauto verbraucht wird. Seitdem Solarstrom nach Möglichkeit selbst verbraucht werden soll, werden Batteriespeicher immer mehr zum Bestandteil einer Photovoltaikanlage bzw. dem kompletten System aus PV-Anlage und Speicher. Der selbst erzeugte Strom wird zunächst im Haus verbraucht. Die elektrische Energie, die nicht direkt verbraucht werden kann, wird in den PV-Speicher geleitet. Ist die Speicherkapazität ausgenutzt, wird der überschüssige Strom gegen eine Einspeisevergütung in das öffentliche Netz eingespeist.
Ein Unterscheidungsmerkmal bei PV-Speichersystemen ist die Batterietechnologie. Bei den gängigen Photovoltaik-Speichern sind entweder Lithium-Ionen-Akkus oder Blei-Akkus integriert. Bei letzteren sind die Blei-Säure- und die Blei-Gel-Technologie zu unterscheiden. 2015 kam der erste Hausspeicher mit Redox-Flow-Akkus auf den Markt. Diese Batterie-Technologie wurde zuvor nur bei Industrie-Speicher-Lösungen eingesetzt.

Was bedeutet der Begriff Regelleistung?

Unter Regelleistung versteht man elektrische Energie, die dem Stromnetzt kurzfristig zur Verfügung gestellt wird, um das sogenannte Übertragungsnetz auf Höchstspannungsebene zu stabilisieren. Das Übertragungsnetz ist der Teil des Stromnetzes, über das große Strommengen – oft über weite Entfernungen – transportiert werden. Das Erbringen von Regelleistung ist erforderlich, wenn Stromangebot und -nachfrage nicht im Gleichgewicht sind, z.B. wenn ungeplante Schwankungen bei Erzeugung und Verbrauch auftreten. Regelleistung kann positiv (=ins Netz einspeisen) oder negativ (= Strom aus dem Netz nehmen) sein. Weitere Informationen siehe http://www.regelleistung.net

Um ein Überangebot an Strom im Stromnetz auszugleichen, können Stromerzeugungsanlagen ihre Leistung reduzieren, elektrische Verbraucher zugeschaltet werden oder Stromspeicher (ob Heim-Stromspeicher oder z.B. gigantische Pumpspeicherkraftwerke) können den Überschussstrom zwischenspeichern. Das ist negative Regelleistung. Umgekehrt lässt sich ein zu hoher Verbrauch durch das Steigern von Kraftwerksleistung, das Abschalten von Verbrauchern oder das Einspeisen von gespeichertem Strom in das Stromnetz – also positive Regelleistung – ausgleichen.

Regelleistung wird an einem speziellen Markt ausgeschrieben und nur zugelassene Teilnehmer dürfen Regelleistung erbringen. Durch die Zulassung soll sichergestellt werden, dass die technischen Anlagen und deren Management zuverlässig funktionieren und die angebotene Regelleistung sicher erbracht werden kann.

Regelleistung wird von den Übertragungsnetzbetreibern in drei Produkten beschafft: Primär-, Sekundär- und Minutenregelleistung. Die Anforderungen an Primärregelleistung sind am höchsten, da diese innerhalb von 30 Sekunden – vor der Sekundär- und Minutenregelleistung – bereitzustellen ist, um schnell auf spontane Netzschwankungen zu reagieren.

Viele Caterva-Sonnen ergeben ein Caterva SonnensystemCaterva-Stromspeicher (Caterva-Sonnen) sind in der Lage, Primärregelleistung zu liefern, indem sie geladen oder entladen werden. Dies geschieht koordiniert durch die Caterva-Leitzentrale. Dort arbeitet das Caterva-Energiemanagementsystem, das sicherstellt, dass ein Erbringen von Regelleistung durch die Caterva-Sonnen möglich ist, ohne dass Eigenheimbesitzer dadurch einen Nachteil haben. Im Gegenteil: Caterva kann durch das Erbringen der Regelleistung Erlöse erwirtschaften, an denen die Besitzer der Caterva-Sonne in Form einer Gemeinschaftsprämie teilhaben. Caterva ist seit 2015 zugelassen (präqualifiziert), um Regelleistung am Regelleistungsmarkt anzubieten und zu vermarkten.

Was ist „Eigenverbrauch“?

EigendeckungMit Eigenverbrauch ist gemeint, dass der selbst erzeugte Solarstrom im eigenen Haushalt verbraucht wird, statt ihn einzuspeisen. Den selbst erzeugten PV-Strom zu nutzen, ist für die Haushalte wirtschaftlich, die vor wenigen Jahren eine PV-Anlage installiert haben oder jetzt eine Anlage anschaffen und somit für ihren PV-Strom eine geringere EEG-Vergütung erhalten als der Strom vom Energieversorger kostet. Das Steigern des Eigenverbrauchs führt dazu, dass weniger Strom vom Versorger gekauft werden muss. Für das Steigern des Eigenverbrauchs um einen nennenswerten Anteil ist der Einsatz eines Stromspeichers in der Regel unerlässlich.

Da ohne Einsatz eines Stromspeichers nur der Strom im eigenen Haus genutzt werden kann, der zeitgleich von der PV-Anlage erzeugt wird, lässt sich typischerweise maximal ein Drittel des Sonnenstroms im Eigenheim nutzen, der Rest muss eingespeist werden.

Mit einem normalen, nicht vernetzten Stromspeicher lässt sich der Anteil des selbst genutzten PV-Stroms bei einem typischen Eigenheim und einer angemessen dimensionierten PV-Anlage von ca. 30 % auf etwa 50 bis 80 % steigern. Bei Einsatz eines netzdienlichen Stromspeichers wie der Caterva-Sonne lässt sich der Anteil des selbst genutzten PV-Stroms im besten Fall sogar auf 100 % steigern.

Für einen Autarkiegrad von 100 % (was quasi „Selbstversorgung mit PV-Strom“ bedeutet) muss die Caterva-Sonne vernetzt und bewirtschaftet werden. Dies erledigt Caterva im Rahmen eines 20-Jahres-Vertrags (20 Jahre Freistrom). Caterva nutzt den Speicher dabei mit, um das Stromnetz zu stabilisieren und Netzdienstleistungen zu erbringen, und sorgt gleichzeitig dafür, dass der Speicher im Eigenheim immer angemessen gefüllt ist. Eigenheimbesitzer dürfen dem Speicher ebenso viel Strom für ihren Haushalt entnehmen, wie sie zuvor eingespeichert haben. Bei einer optimalen Konstellation von eigener PV-Stromerzeugung und Stromverbrauch lässt sich so der gesamte Strombedarf mit eigenem Solarstrom decken.

Eine Caterva-Sonne ist ausreichend groß, um auch eine Wärmepumpe zu unterstützen oder Strom zum Laden des Elektroautos zu liefern. Ob diese Verbraucher auch mit dem eigenen Solarstrom betrieben werden können, hängt eher von der Größe der PV-Anlage ab – sie muss in der Lage sein, den Jahresbedarf an Strom zu erzeugen.

Photovotaik-Rechner
Mit dem richtigen Speicher lohnt sich Photovoltaik wieder. ... (Klicken Sie auf das Bild um Ihren Vorteil auszurechnen.)

Wie hilft die Caterva-Sonne?