Photovoltaik-Module auf einem Hausdach
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Solarstrom zu Hause speichern

Wer auf dem Dach oder an der Fassade seines Eigenheims über eine Photovoltaikanlage verfügt, sollte möglichst viel der selbst produzierten Elektrizität auch selbst verbrauchen. Wir zeigen, wie die Installation eines Batteriespeichers und das Aufladen eines Elektroautos dazu beitragen können.

Remo BürgiRemo Bürgi6 min

In der Schweiz wird immer mehr Solarstrom produziert, wie eine im Sommer 2020 publizierte Studie des BFE in Zusammenarbeit mit Swissolar zeigt. Im Vergleich zum Vorjahr ist der Markt um 20 % gewachsen, wodurch hierzulande nun Solarpanels mit einer Leistung von insgesamt etwa 2,5 Gigawatt installiert sind. Der Solarstrom erreicht damit einen Anteil von 3,8 % an der hiesigen Stromproduktion. Für eine erfolgreiche Umstellung unserer Stromversorgung auf erneuerbare Energiequellen muss der Anteil allerdings deutlich grösser werden. Es braucht also mehr Eigentümerschaften, die sich für eine PV-Anlage entscheiden. Das lohnt sich nicht nur aus Sicht des Umweltschutzes, sondern auch für das eigene Portemonnaie – wenn man es denn richtig macht.

Installierte Leistung Photovoltaik (CH)

 1990200020102019
Leistung total in kWp245015’890125’3502’498’050

Innerhalb von knapp dreissig Jahren hat die in der Schweiz installierte Photovoltaik-Leistung von knapp 2,5 Megawatt auf rund 2,5 Gigawatt zugenommen.
Daten: Studie (PDF) von BFE und Swissolar, 2020

Hoher Eigenverbrauch, hohe Rentabilität

Photovoltaikanlagen mit einer Leistung bis zu 100 kW erhalten heute vom Bund anstelle einer Einspeisevergütung einen einmaligen Beitrag an die Investitionskosten. Mit dem Verkauf von selbst produziertem Strom lässt sich heute kaum mehr Geld verdienen. Die Vergütung des Solarstroms durch die Energieversorger beträgt in der Regel etwa 8 Rappen pro kWh, während man für den Strom aus dem Netz zwischen 15 und 20 Rappen (Mix von Hoch- und Niedertarif) bezahlen muss. Der Schlüssel zu einer wirtschaftlichen Photovoltaikanlage ist daher der Eigenverbrauch. Je mehr man vom selbst produzierten Strom selbst verbraucht, desto rentabler die Investition in die Solarenergie – denn so muss weniger Elektrizität aus dem Stromnetz zugekauft werden.

Der Schlüssel zu einer wirtschaftlichen Photovoltaikanlage ist der Eigenverbrauch.

Die Krux dabei: Solarstrom fällt nicht gleichmässig an und vor allem nicht immer dann, wenn man ihn auch braucht. Die Ertragsspitzen liegen über Mittag und im Sommer, was oft nicht mit den Zeiten des höchsten Verbrauchs übereinstimmt. Deshalb produziert die PV-Anlage zu gewissen Zeiten überschüssigen Strom. Wer diesen Überschuss nicht ins Stromnetz einspeist, sondern vor Ort für die zeitversetzte Nutzung speichert, erhöht damit den Eigenverbrauch und die Unabhängigkeit vom Lieferanten. Anpassungen beim Verbrauch haben den gleichen Effekt: Wer den Geschirrspüler tagsüber laufen lässt und den Boiler dann aufheizt, wenn die Sonne scheint, braucht mehr eigenen, günstigen Strom.

Batteriespeicher für Solarstrom

Ein Batteriespeicher trägt also dazu bei, den Eigenverbrauch zu steigern. Steht mehr Solarstrom als gerade benötigt zur Verfügung, wird die Batterie geladen. Wird dann in den Abend- oder Nachtstunden Strom benötigt, kann man den gespeicherten Solarstrom nutzen. Erst wenn der gespeicherte Solarstrom den Bedarf nicht mehr decken kann, wird Strom vom Netz bezogen. So ist es möglich, einen Grossteil der benötigten Strommenge mit dem selbst erzeugten Strom abzudecken. Ein Einfamilienhaus kann gemäss Swissolar einen Eigenverbrauchsanteil von bis zu 90 Prozent erreichen.

Solaranlage und Speicher richtig dimensionieren

Für die Wirtschaftlichkeit einer Photovoltaikanlage ist es entscheidend, dass die Dimensionierung den Anforderungen entspricht. Für einen Vier-Personen-Haushalt wird in unseren Breitengraden in der Regel eine PV-Anlage mit einer Leistung von 4 bis 5 kW Peak (Spitzenleistung) empfohlen, was einer Modulfläche von 20 bis 30 m2 entspricht. Auch bei der Batterie muss die Grösse auf den Bedarf abgestimmt sein. Sie sollte gross genug sein, um einen Haushalt vom Abend bis zum nächsten Morgen mit gespeichertem Solarstrom zu versorgen. Für einen durchschnittlichen Vier-Personen-Haushalt mit einem Jahresstromverbrauch von etwa 4500 kWh reicht meist eine Speicherkapazität von 4 bis 6 kWh.
Wenn die Autarkie – also die Unabhängigkeit vom Stromnetz – besonders wichtig ist, kann ein System mit höherer Speicherkapazität (und auch eine grössere Solaranlage) sinnvoll sein. Dadurch sinkt der Anteil des Stroms, der aus dem Netz bezogen werden muss. Dieser dürfte aber immer zwischen 10 und 30 % aufweisen, da von Dezember bis Februar die Solarerträge zu niedrig sind, um den Haushaltsbedarf abzudecken.

Lebensdauer der Batterie

Für Solarbatterien werden hauptsächlich Blei- und Lithium-Ionen-Akkus verwendet, wobei sich letztere mittlerweile als bevorzugte Lösung etabliert haben. Lithium-Ionen-Akkus haben eine etwas geringere Speicherkapazität als Blei-Akkus, ihr Wirkungsgrad ist allerdings sehr hoch und sie weisen gegenüber Blei-Akkus eine erheblich längere Lebensdauer auf. Hersteller geben die Lebensdauer meist als Zyklenanzahl an. Ein Zyklus bezeichnet das einmalige komplette Laden und Entladen des Speichers. Moderne Stromspeicher erreichen etwa 5000 bis 10'000 Ladezyklen. Bei Lithium-Ionen-Batterien entspricht dies heute einer Lebensdauer von etwa 20 Jahren.

Moderne Stromspeicher erreichen etwa 5000 bis 10'000 Ladezyklen.

Die Lebensdauer einer Batterie hängt aber nicht nur von der Anzahl der möglichen Lade- und Entladezyklen ab. Wird eine Batterie nicht verwendet, unterliegt sie einer natürlichen Alterung. Deshalb ist es stets wirtschaftlicher, wenn die Batterie ausgelastet ist und durch hohe Zyklenanzahl altert statt durch reine Materialalterung. Anders formuliert: Eine Speicherbatterie sollte nicht nur installiert, sondern auch regelmässig beansprucht werden.

Kosten eines Stromspeichers

Das ist auch deshalb wichtig, weil ein solcher Speicher nicht ganz billig ist. Der Preis für den Stromspeicher eines Einfamilienhauses liegt derzeit zwischen 10'000 und 20'000 Franken. Der Preis hängt von der Speicherkapazität, der Art des Speichers und der Zyklenanzahl ab, für die er ausgelegt ist. Aufgrund der recht hohen Investitionskosten sollte man Bedarf und Dimensionierung vorgängig von einer Fachperson abschätzen lassen. Auch der Aufstellungsort des Speichers will geplant sein: Er braucht etwa einen Quadratmeter Platz für die Installation. Zudem muss der Boden oder die Wand ausreichend tragfähig sein, da die Geräte zwischen 80 und 160 kg wiegen.

Photovoltaik und Elektromobilität

Alternativ oder ergänzend zu einer Speicherbatterie kann überschüssiger Solarstrom auch für das Aufladen von Elektroautos eingesetzt werden. Dafür braucht es zum einen die passende Ladeinfrastruktur und zum anderen eine bestimmte Leistungsfähigkeit der Photovoltaikanlage.

Die Anlage muss logischerweise mehr Solarstrom liefern, als im Haushalt verbraucht wird. Wie gross die Anlage im konkreten Fall sein muss, lässt sich anhand der Empfehlungen (PDF) abschätzen, die der Branchenverband «Swiss eMobility» herausgegeben hat. Damit ein Elektrofahrzeug pro Jahr 10'000 km fahren kann, muss die für das Aufladen genutzte PV-Anlage gemäss den Empfehlungen eine Leistung von 8 kW erbringen. Dies entspricht einer Fläche von rund 50 Quadratmetern, die mit Photovoltaik-Modulen zu belegen ist. Dafür reicht das Dach eines  Einfamilienhauses in der Regel aus.

Ladestation für Elektroauto vorbereiten

Wer heute den Einbau einer PV-Anlage plant, sollte also zur Erhöhung des Eigenverbrauchanteils auf jeden Fall die Installation oder zumindest die Vorbereitung einer geeigneten Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge prüfen. In der Regel bietet sich für zu Hause eine Ladetechnik an, die auf das (eher langsame) Laden über Nacht ausgerichtet ist – im Gegensatz zu Ladestationen etwa an der Autobahn, die möglichst schnell laden müssen. Die detaillierte Planung und Ausführung des Einbaus einer Ladestation muss eine Fachperson übernehmen. Dies gilt auch, wenn man in einem ersten Schritt nur die Leerrohre einziehen lässt, um allenfalls später eine Ladestation zu installieren.

Lastmanagement und bidirektionales Laden

Eine weitere wichtige Komponente der Ladeinfrastruktur ist ein Lastmanagementsystem. Ein solches System koordiniert das Aufladen des E-Autos mit dem Verbrauch im Haushalt und allenfalls auch mit dem Aufladen eines stationären Speichers. Das Lastmanagementsystem sorgt dafür, dass dann viel Elektrizität für das Laden verwendet wird, wenn im Haushalt wenig Energie bezogen wird. Im umgekehrten Fall drosselt das System das Laden oder stellt es vorübergehend ganz ein, wenn der Solarstrom anderweitig gebraucht wird.

In Zukunft könnte das Lastmanagementsystem auch die Batterie des Elektrofahrzeugs als Speicher nutzen. Zwar sind heute noch wenige Elektroautos auf dem Markt, die ein solches bidirektionales Laden – also ein Laden in zwei Richtungen – ermöglichen. Fest versprochen ist das Feature für den Sono Sion, ein bereits verfügbares Beispiel ist der Nissan Leaf: Der in seiner Batterie gespeicherte Strom kann auch für den Bedarf im Haushalt genutzt werden (Vehicle-to-Grid). Die Speicherkapazität von Elektroautos dient so als Ergänzung oder Alternative zum oben beschriebenen stationären Speicher. Schliesslich stehen Fahrzeuge im Schnitt 23 Stunden pro Tag still und bieten sich daher für diese Art der «Zweitnutzung» an.

Remo Bürgi, Kommunikator ZFH, arbeitet als Fachjournalist bei Faktor Journalisten. Sein Schwerpunkt liegt auf den Themen Energie, Nachhaltigkeit und Mobilität.

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Quelle Titelbild: Pixabay

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Kommentare

  • Hubert Kirrmann

    16.09.2020 12:41:06

    Eine Batterie, die den Solarstrom aufnimmt statt ins Netz einzuspeisen dient in der Schweiz weder der Energie (sie vernichtet 20% der in ihr eingespeisten Energie statt andere im Netz davon profitieren lassen), noch dem Klima (mit 100 kg CO2 / kWh), noch dem Portemonnaie (bei den heutigen Bezug und Einspeisetarife wird eine optimale Batterie eine bescheidene Rendite bringen, wenn ihre Gestehungskosten unter 100 Fr /kWh kommen, davon wir sind noch weit entfernt für den PV/Hausmarkt.
    Die Empfehlung aber, die Batterie so zu dimensionieren, dass man bis zum nächsten Morgen den Haushalt mit Strom versorgen kann, ergibt eine viel zu grosse Batterie, die auch bei 100 Fr/kWh nicht rentieren wird.
    Also wiederholt Herr Bürgi Verkaufsargumente aus Deutschland, wobei dort die Motivation eine anderen ist: dort spart eine Batterie CO2, wenn sie Kohlestrom ersetzt, ist die CO2 Bilanz positiv nach 10 Jahren, kurz vor Lebensende der Batterie. Das stimmt für den Strommix in der Schweiz nicht.
    Wer heute den Konsumenten in der Schweiz eine Batterie empfiehlt mit dem Hinweis, dass sie rentiert, macht sich der unlauteren Werbung schuldig.
    Klar erhöht die Batterie den Eigenverbrauch, es gibt aber bessere Methoden wie die Steuerung der Klimaanlage oder das Laden des E-Autos. Aber die „Unabhängigkeit“ vom Lieferant ist eine Illusion, denn das Haus ist immer noch am Netz angeschlossen. Letztlich wird die Verbreitung von Batterien nur dazu führen, dass das EW eine saftige Leistungsgebühr einführen wird, die die Batterie definitiv unwirtschaftlich machen wird.