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Wie bekannt ist, erlaubt eine sinnvolle Kombination von Photovoltaik-Systemen mit Batteriespeichern den Eigenverbrauch der erzeugten PV-Energie signifikant zu erhöhen. Der Strombezug aus dem öffentlichen Netz und die damit verbundenen Ausgaben können hierdurch reduziert werden. Dabei stellt sich die Frage, wie eine optimale Dimensionierung von PV-Speichersystemen aussehen soll. Experten der HTW Berlin möchten hierzu aufklären.
Auf die richtige Größe des Speichersystems kommt es an
Simulationsrechnungen eines typischen PV-Systems mit einem Lithium-Ionen-Speicher haben ergeben, dass mit zunehmender Leistung einer PV-Anlage der Eigenverbrauchsanteil sinkt und die Autarkie vom öffentlichen Stromnetz gleichzeitig steigt. Durch Einsatz eines zusätzlichen Batteriespeichers lassen sich beide Größen erhöhen. Wird beispielsweise ein Eigenheim mit einem Jahresstrombedarf von 4 MWh mit einer PV-Anlage mit einer Leistung von 4 kWp ausgestattet, entspricht dies ungefähr einer PV-Leistung von 1kWp/MWh. Bei dieser Größenordnung kann der Eigenverbrauchsanteil von etwa 30% erzielt werden.
Wird hingegen ein Batteriespeicher mit einer nutzbaren Kapazität von 1 kWh/MWh installiert, steigt der Eigenverbrauchsanteil auf 60% und die Autarkie auf 55%. Selbst eine Vergrößerung der Speicherkapazität auf über 1,5 kWh/MWh würde jedoch den Eigenverbrauchs-Anteil und den Autarkiegrad nur unwesentlich erhöhen. Grund hierfür ist, dass große Batteriespeicher auch in der Nacht nicht vollständig entladen werden. Eine optimale Ausnutzung wäre gegeben, wenn je 1 kWp PV-Leistung auch nur 1 kWh nutzbare Speicherkapazität installiert wird. Um die Autarkie beispielsweise auf 75% zu steigern, müsste die PV-Leistung auf 2 kWp/MWh und die Batteriespeicherkapazität auf 2 kWh/MWh verdoppelt werden. Aus diesen Betrachtungen können die Grenzen einer sinnvollen Dimensionierung von PV-Speichersystemen abgeleitet werden.
Die ökonomische Betrachtung eines PV-Speichersystems
Ausgehend von den vorgenannten Ergebnissen müssen auch alle die mit der Stromversorgung in Verbindung stehenden Ausgaben und Einnahmen einbezogen werden. Eine wichtige Bewertungsgröße sind die mittleren Stromkosten eines Haushalts. Als Erlös kann die Vergütung der in das örtliche Stromnetz eingespeisten PV-Energie angesehen werden. Ebenso wird davon ausgegangen, dass ein PV-System wenigstens eine Nutzungsdauer von 20 Jahren hat. Die Lebensdauer der Batterien sollte hierbei mindestens 5.000 Zyklen betragen. Wartung, Reparatur und Versicherung werden durchschnittlich mit 1,5% der jährlichen Investitionskosten angesetzt. Für eine Wirtschaftlichkeitsberechnung wird ebenso eine Kapitalverzinsung von 4% zu Grunde gelegt.
Die typischen Kosten für Photovoltaikanlagen unter 10 kWp liegen momentan bei etwa 1.800 €/kWp sowie bei einer Netzeinspeisevergütung von 15 Cent/kWh. Moderne Lithium-Batteriespeichersysteme sind für rund 3.000 €/kWh erhältlich. Ebenso sollten die Tilgungszuschüsse der KfW bei der Förderung von Solarbatterien berücksichtigt werden. Ohne Installation eines Batteriespeichersystems liegen die mittleren Strombezugskosten bei etwa 34 Cent/kWh. Wird zusätzlich ein Batteriespeichersystem installiert, ist jedoch aufgrund der noch hohen Anschaffungskosten mit einer Steigerung der mittleren Stromkosten zu rechnen. Nur wenn auch die mittleren Stromkosten eines PV-Speichersystems unter den mittleren Strombezugskosten liegen, wäre die Wirtschaftlichkeit gegeben. Im Ergebnis bleibt festzustellen, dass rein rechnerisch unter den oben genannten Rahmenbedingungen ein wirtschaftlicher Betrieb von PV-Systemen mit kleinen Batteriespeichern möglich ist. Die Wirtschaftlichkeit größerer Systeme kann jedoch ebenfalls begründet werden, wenn davon ausgegangen wird, dass die Erlöse durch die Netzeinspeisung für die Refinanzierung der Speicher genutzt werden.
Sind kleinere Batteriespeicher attraktiver?
Innovative Entwicklungen führen mittlerweile dazu, dass immer mehr kleinere, industriell gefertigte Batteriespeichersysteme kostengünstig angeboten werden. So sind in naher Zukunft Batterie-Speicherkosten von 1.500 €/kWh durchaus denkbar. Da die Netzeinspeisung nur unzureichend vergütet wird, rechnen sich kleinere PV-Systeme mit einem höheren Eigenverbrauchsanteil eher als große Systeme mit geringerem Eigenverbrauchsanteil. Unter Wirtschaftlichkeitsaspekten wird es jedoch auch möglich sein, dass größere Speicher mittelfristig die Batteriekosten auf 1.000 €/kWh senken. Gerade bei der Ermittlung der Stromentstehungskosten, der Höhe der Einspeisevergütung und der Herstellungskosten von innovativen Batteriespeichersystemen ist es nicht einfach, die optimale Batteriespeichergröße zu ermitteln. Langfristig gesehen geht man davon aus, dass die spezifischen Kosten für PV-Systeme bei 1.000 €/kWh und für Batteriespeicher bei 600 €/kWh liegen werden. Unter Berücksichtigung dieser Kostenstruktur läge eine optimale Systemdimensionierung bei einer PV-Leistung von 0,8 kWp/MWh und einer nutzbaren Speicherkapazität von 1,1 kWh/MWh.
Faktoren und Technologien zur Wirtschaflichkeitsbetrachtung von Solarbatterien finden Sie in unserem umfassenden Artikel „Wie rechnen sich Solarstromspeicher?„.
Bildquelle: © Wolfgang Dirscherl / pixelio – www.pixelio.de