Den Eigenverbrauch von Strom einer Photovoltaikanlage mithilfe eines Batteriespeichers kräftig zu erhöhen, spart mehr an Kosten für den Strombezug ein, als man an Vergütung für die Einspeisung ins Netz bekommen würde. Kein Wunder, dass die Nachfrage nach Solarstromspeichern stetig steigt. Nach Angaben des Bundesverbands Solarwirtschaft wurden 2021 circa 141 000 neue Heimspeicher in Deutschland installiert – 60 Prozent mehr als im Jahr zuvor.
Vermutlich könnte die Zahl noch höher sein, doch in letzter Zeit häufen sich Lieferschwierigkeiten auch bei einigen Batterien aus Fernost. Insgesamt sind in Deutschland rund 400 000 Batteriespeicher für Solarstrom im Einsatz. Während heutzutage ungefähr jede zweite neue Solarstromanlage bereits mit einem Speicher ausgestattet wird, besteht noch ein ungeheures Potenzial bei den rund zwei Millionen bestehenden Installationen. Inwieweit sich eine Nachrüstung wirtschaftlich rechnet, hängt vom Jahr der Inbetriebnahme des PV-Systems ab.
Für wen sich eine Nachrüstung lohnt
Über 20 Jahre alte Photovoltaikanlagen erhalten keine feste Einspeisevergütung mehr. Im EEG 2021 ist geregelt, dass der eingespeiste Strom zunächst bis 2027 mit dem Marktwert (Börsenstrompreis) vergütet wird. Er hatte sich in den vergangenen Jahren zwischen drei und fünf Cent je Kilowattstunde eingependelt, war aber gegen Jahresende 2021 stark anstiegen. Um möglichst viel Strom selbst zu nutzen und Bezugskosten von rund 30 Cent pro Kilowattstunde zu sparen, erscheint dennoch die Anschaffung eines Speichers sinnvoll. Da die Anlagenlebensdauer auf grob 30 Jahre geschätzt wird, ist zu berechnen, ob sich die Investition in einen Speicher noch lohnt – vor allem, wenn auch noch Wechselrichter oder Zählerschrank erneuert werden müssen.
Betreiber:innen von Anlagen, die zwischen 2002 und 2008 errichtet wurden, erhalten eine den damaligen Kosten der Technik angemessene, sehr hohe Einspeisevergütung von über 40 Cent je Kilowattstunde. Die Jahre bis zum Ablauf der über 20 Jahre garantierten Vergütung sind aber über kurz oder lang gezählt. Danach wird ein Speicher sehr sinnvoll, denn die hohe Vergütung fällt dann weg oder beläuft sich nur auf einige Cent. Sollte ein Wechselrichter innerhalb der kommenden Jahre ausfallen, wäre ein DC-(Gleichstrom)-Speicher zu erwägen, der den Solarstrom direkt aufnimmt.
Für zwischen 2009 und März 2012 installierte Solarstromanlagen wurden Boni zwischen zwölf und 22 Cent auf selbstgenutzten Solarstrom gewährt. Der zusätzlich zur Einspeisevergütung gezahlte Bonus ist für eine 20-jährige Betriebsdauer garantiert. Interessenten sollten sich daher zeitnah einen Speicher anschaffen, denn jedes Jahr Vergütung zählt für die Berechnung der Wirtschaftlichkeit.
Von Juli 2010 bis zum ersten Quartal 2012 wurde der Eigenverbrauchsbonus weiterentwickelt. Ab einer Eigenverbrauchsquote von 30 Prozent gibt es noch einmal einen Zuschuss. Vorteil: Anteile über 30 Prozent sind mit einer Batterie ohne weiteres zu erreichen. Ein AC-(Wechselstrom)-System holt mehr Vergütung heraus, denn es wird der in die Batterie fließende Strom für die Zahlungen gewertet. Effizienzverluste spielen also keine Rolle.
Seit 2012 sind die Kosten für Solarstrom erheblich günstiger als die für Strom vom Versorger. 2013 sank die Einspeisevergütung unter 17 Cent pro Kilowattstunde. Spezielle, teilweise auch bundeslandspezifische Förderprogramme unterstützen die Entscheidung für eine Nachrüstung. Die Stromgestehungskosten einer Photovoltaikanlage mit Speicher liegen mindestens zehn Cent pro Kilowattstunde unter den aktuellen Stromkosten. Batteriespeicher sind – spätestens seit 2016 – nicht mehr aufzuhalten.
Wie viel Batterien kosten
Das liegt auch an den Preisen für Stromspeicher. Sie sind in den vergangenen Jahren um fast die Hälfte gesunken: Eine Untersuchung der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule hat für Kleinspeicher mit einer nutzbaren Kapazität von fünf Kilowattstunden einen Durchschnittspreis von brutto 1747 Euro pro Kilowattstunde ergeben. Bei Speichergrößen über zehn Kilowattstunden sinkt der spezifische Preis auf 1212 Euro pro Kilowattstunde.
Abhängig von der Zyklenzahl über die Lebensdauer ergeben sich Kosten von zehn bis 30 Cent für die einzelne Kilowattstunde. Der Skaleneffekt bei größeren Speichern macht sich für Gewerbe- und Landwirtschaftsbetriebe mit einem höheren Stromverbrauch bezahlt. Zudem wird die Optimierung des Eigenverbrauchs künftig noch interessanter, wenn die EEG-Umlage wie von der Bundesregierung angekündigt ab Juli wegfällt. Noch müssen Betreiber:innen von Photovoltaikanlagen mit mehr als 30 Kilowatt Leistung für den Selbstverbrauch 1,5 Cent pro Kilowattstunde anteilige EEG-Umlage abführen.
Tipp für Firmen: Lastspitzen kappen
Um die Strombezugskosten zu senken, ist darüber hinaus die Spitzenlastkappung (Peak Shaving) lukrativ, da neben dem klassischen Arbeitspreis in Cent pro Kilowattstunde ein Leistungspreis bezahlt werden muss, der sich nach der Spitze im Leistungsbezug richtet. Außerdem haben stromintensive Letztverbraucher gemäß § 19 der Stromnetzentgeltverordnung einen Anspruch auf ein individuelles Netzentgelt, wenn ihre Stromabnahme im Jahr mindestens 7000 Benutzungsstunden erreicht und der Stromverbrauch zehn Gigawattstunden überschreitet.
Die Benutzungsstundenzahl ergibt sich aus dem Quotienten der bezogenen Jahresenergie und der maximalen Bezugsleistung eines Unternehmens. Bei mehr als 7000 Benutzungsstunden muss es in der Regel nur noch 20 Prozent der regulären Netzentgelte zahlen, da es durch den konstanten Betrieb die Stromversorgung weniger belastet.
Die Molkerei Zott beispielsweise hat an ihrem Standort in Günzburg zehn Outdoor-Gewerbespeicher mit einer Gesamtkapazität von 685 Kilowattstunden errichtet. Das System besteht aus einer Batterie, einem Umrichter, einem Notstromaggregat für lange Lastspitzen und einem Energiemanagementsystem. Es kappt die Lastspitzen der Molkerei um 618 Kilowatt und erzielt 7031 Benutzungsstunden.
Noch ein Tipp: Netz mit Batterien stabilisieren
Eine gefragte Funktion von Batteriespeichern ist die Überbrückung von Stromausfällen: Dient der Speicher gleichzeitig als Netzersatzanlage oder unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV), die es in sensiblen Bereichen wie Krankenhäusern braucht, lassen sich Investitionen beispielsweise in wartungsintensive Blockheizkraftwerke vermeiden.
Batteriespeicher können aber nicht nur Geld sparen, sondern auch verdienen: durch die Bereitstellung von Regelenergie zur Stabilisierung des Stromnetzes – und das ohne nennenswerten Mehraufwand oder Investitionskosten. Für die Netzstabilisierung sind Batterien geradezu prädestiniert. Sie können prompt auf Frequenzschwankungen im Netz reagieren und Strom mit einer hohen Leistungsorientierung aufnehmen und abgeben. Das macht sie interessant als Anbieter von Primärregelenergie, die innerhalb von 30 Sekunden für die Übertragungsnetzbetreiber zur Verfügung stehen muss.
Weil einzelne Batterien selten die Mindestgröße von einem Megawatt erreichen, lassen sich mehrere zu einem virtuellen Kraftwerk zusammenfassen oder Heimspeicher zu einem Pool vernetzen. Die Firma Next Kraftwerke zum Beispiel betreibt eines der größten virtuellen Kraftwerke in Europa. Sie arbeitet bei kleineren Speichern mit Sonnen aus Wildpoldsried zusammen. Während der Solarbatteriehersteller die Aggregation, Steuerung und Verfügbarkeitsberechnung der flexiblen Batterieleistung übernimmt, verantworten die Kölner die Anbindung des Batterieschwarms an die Leitstellen der Übertragungsnetzbetreiber und Regelenergiemärkte sowie die Gebote und deren Abrechnung.
EU überarbeitet Batterieverordnung
In den vergangenen Jahren haben Lithium-Ionen-Akkus als Solarbatterien eine starke Ausbreitung gefunden. In Deutschland entwickelt sich ihr Absatz zum Massenmarkt – und die Bedingungen werden immer besser. Der Bedarf an Seltenen Erden, die Ausbeutung der Arbeitskräfte und die Umweltbelastungen in den Rohstofflieferländern werfen allerdings Nachhaltigkeitsfragen auf. Die EU will deshalb die Nachhaltigkeit von Batterien besser bestimmen.
„Experten erwarten eine 14-fache Steigerung der weltweiten Nachfrage nach Batterien bis zum Jahr 2030. Das Fortschreiten der Digitalisierung sowie der Ausbau schwankender erneuerbarer Energien und vor allem der Elektromobilität sind die wesentlichen Treiber dieser Entwicklung.“ Im März hat das EU-Parlament herausgestellt, dass Batterien beim Übergang zu einer klimaneutralen Wirtschaft als eines der wichtigsten Elemente gelten. Das Parlament in Brüssel verabschiedete deshalb mit großer Mehrheit eine Überarbeitung der EU-Batterieverordnung von 2006, mit der es das zukünftige Design, die Produktion und Entsorgung respektive das Recycling von Batterien regelt.
Vor kurzem haben die Verhandlungen zwischen Vertreter:innen von Kommission, Parlament und Rat über den im Rahmen des Green Deal erarbeiteten Entwurf begonnen. Er zielt darauf ab, den Binnenmarkt zu stärken, die Kreislaufwirtschaft zu fördern und die ökologischen und sozialen Auswirkungen in allen Phasen des Lebenszyklus von Batterien zu verringern. Batterien sollen ein Label tragen müssen, das ihren CO₂-Fußabdruck widerspiegelt, damit ihre Umweltauswirkungen transparenter werden. Außerdem möchte das Parlament mit dem Label die gesamte Lebensdauer der Batterie abdecken: Es soll garantieren, dass neue Batterien einen Mindestgehalt an recyceltem Blei, Kobalt, Lithium und Nickel enthalten. Auf die Abfallwirtschaft werden höhere Recyclingquoten für Altbatterien zukommen.
Was der Batterieboom mit Nachhaltigkeit zu tun hat
Während bei mobilen Anwendungen aufgrund der hohen Energiedichte kaum ein Weg an der Lithium-Ionen-Technologie vorbeiführt, sind bei stationären Batterien mehrere Alternativen möglich – in vielen Fällen auch wirtschaftlich. Dennoch dominieren die Lithium-Ionen-Akkus wegen der mittlerweile aufgebauten Massenproduktion auch bei stationären Anwendungen.
Der weltweite Batterieboom auf dem Rücken nur einer Technologie, die immer die gleichen Seltenen Erden als Ausgangsmaterialien benötigt, wirft Nachhaltigkeitsfragen auf. So weist Marcel Weil vom Karlsruher Institut für Technikfolgenabschätzung und Systemanalyse auf den hohen Bedarf an Energie und an teils kritischen, unter hoher Umweltbelastung und schlechten Arbeitsbedingungen gewonnenen Materialien in der Batterieherstellung hin. „Der Einsatz von Batterien ist nicht per se ökologisch sinnvoll“, sagt der Leiter der Forschungsgruppe für nachhaltige Energietechnologien am Institut für Technikfolgenabschätzung und Systemanalyse.
Neben den Umweltauswirkungen der Produktion sollten seiner Meinung nach auch die Leistungsparameter während des Betriebs beachtet werden: die Energiedichte – je höher die Energiedichte, desto geringer der Materialaufwand pro Kilowattstunde Kapazität und damit die Umweltauswirkungen –, die Effizienz, die Lebensdauer und die Recyclingfähigkeit. Aktuell erhältliche Lithium-Ionen-Batterien würden zwar in vielen Anwendungsgebieten über den gesamten Lebenszyklus gesehen sehr gut abschneiden. Allerdings sei das Recycling technisch schwierig und aufwendig – im Gegensatz zum Beispiel zu Blei- oder Redox-Flow-Batterien.
Für Weil stellen Ressourcenknappheiten ein Problem für eine zu 100 Prozent auf erneuerbare Energien basierende Weltwirtschaft dar. Fragwürdig erscheint vor allem, ob die Lithiumreserven des Planeten ausreichen. Laut einer 2020 erschienenen Studie des Öko-Instituts findet der größte Teil des weltweiten Lithiumabbaus in Australien statt. Dort wird das Alkalimetall aus Festgestein gewonnen und zur Batterieproduktion hauptsächlich nach China verschifft. Der fünfte Kontinent verfügt über die zweitgrößten bekannten Lithiumreserven der Erde – nach dem Dreiländer-Eck aus Argentinien, Bolivien und Chile.
In Chile beispielsweise wird Lithium in der Atacama-Wüste aus Salzseen abgebaut. Die Sole wird aus unterirdischen Grundwasserleitern an die Oberfläche gepumpt, wo sie verdunstet, bis eine ausreichend hohe Konzentration erreicht ist. Der Lithiumabbau verschärft in der Trockenregion die Wasserknappheit, was Flora und Fauna gefährdet und zu sozialen Konflikten führt.
Während die Endlichkeit der Lithiumreserven noch kein absehbares Problem darstellt, stellt sich das bei Kobalt, einem vorzüglichen Kathoden-Material für Lithium-Ionen-Akkus, anders dar. Würde der Verbrauch proportional zur Nachfrage nach Lithium steigen, könnten die weltweiten Ressourcen um 2050 knapp werden.
Rund 60 Prozent des Kobalts der Welt wird im Kongo abgebaut. Dort stammt rund ein Fünftel aus nicht reglementiertem Kleinbergbau, wo unzureichende Ausbildung und Sicherheitsstandards sowie Kinderarbeit zu beklagen sind. Bei Neuentwicklungen wird deshalb oftmals versucht, Kobalt zu ersetzen. Viele stationäre Speicher arbeiten inzwischen mit einer Lithium-Eisenphosphat-Kathode. Der Batterietyp zeichnet sich durch hohe Lade- und Entladeströme, eine sehr gute Temperaturstabilität und eine lange Lebensdauer aus.
Muss es Lithium sein?
Eine wichtige Alternative zu Lithium war hundert Jahre lang der Platzhirsch unter den Materialien für Stromspeicher: Blei. Bleibatterien sind in der Regel günstiger und fast vollständig zu recyceln. Mittlerweile gibt es verschlossene Bauarten mit Blei-Gel oder Blei-Kristall als Elektrolyt, die kaum noch ausgasen und wartungsfrei sind. Trotz des Technologiesprungs gerät Blei immer mehr ins Hintertreffen, weil Effizienz, Energiedichte und vor allem Lebensdauer nicht mit Lithium mithalten können. Größter Nachteil ist die geringe Entladungstiefe von nur 50 Prozent im Gegensatz zu 90 Prozent bei Lithium.
Unter den marktverfügbaren Alternativen sind Vanadium-Verbindungen als flüssiger Elektrolyt zwar besonders langlebig. Vanadium-Redox-Flow-Batterien gelten aber als teuer. Ein wichtiger Vorteil ist, dass das Vanadium aus Schlacken der Stahlherstellung gewonnen werden kann. Während die geringe Energiedichte im stationären Einsatz kaum eine Rolle spielt, ist die niedrigere Entladerate von Nachteil, vor allem bei Netzdienstleistungen oder beim Peak Shaving.
Als weitere Alternative zu Lithium bieten sich Akkus mit Elektrolyten auf Salz-Basis an. Bluesky Energy aus Österreich verwendet einen Salzwasser-Elektrolyt. Die Batterien gelten als sicher, umweltfreundlich und nicht brennbar, da keine giftigen oder seltenen Materialien enthalten sind. Nachteil ist neben der sehr geringen Energiedichte, mit der Folge eines enormen Platzbedarfs, vor allem die Trägheit in Bezug auf die Regelungsgeschwindigkeit.
Innovenergy aus der Schweiz baut Speicher mit einer 250 Grad heißen Salzschmelze (NaNiCl2, Natrium-Nickel-Chlorid). Die Salz-Nickel-Batterie bietet eine mit Lithium-Akkus vergleichbare Energiedichte. Weitere Vorteile sind nach Unternehmensangaben die vollständige Recyclingfähigkeit und der Verzicht auf Seltene Erden. Innovenergy-Salzbatterien bestehen aus unbedenklichen Materialien: 32 Prozent Kochsalz, 22 Prozent Nickel, 22 Prozent Eisen und 20 Prozent Keramik. Die Batterie kann nach Firmenangaben voll entladen werden, ohne Schaden zu erleiden. Allerdings ist sie keine Batterie für hohe Lade- und Entladeströme und sie benötigt etwas Eigenenergie zum Erhalt der Arbeitstemperatur. Weil sie in der Schweiz und nicht in Billiglohnländern hergestellt wird, kostet sie allerdings mehr.
Auch das Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS entwickelt eine Natrium-Nickelchlorid-Batterie. Die keramische Hochtemperaturbatterie Cerenergy soll mit Kosten von weniger als 100 Euro pro Kilowattstunde auf Zellebene günstiger sein als Lithium-Ionen-Akkus. Das Institut kooperiert in einem Forschungszentrum in der Nähe von Erfurt mit dem chinesischen Unternehmen Contemporary Amperex Technology (CTL), dem größten Batteriehersteller der Welt. Manche Rohstoffexperten befürchten Engpässe von Kobalt, Nickel und Lithium in den Jahren 2023 und 2024. Dann will CATL so weit sein und – eventuell in Thüringen – mit der Produktion von Natrium-Nickelchlorid-Akkus starten können.
Weitere Informationen
Der Solarenergie Förderverein hat auf seiner Internetseite eine Übersicht der Einspeisevergütungen für Solarstrom veröffentlicht, die bis ins Jahr 2000 zurückreicht:
www.sfv.de/solaranlagenberatung/eeg-verguetungen
Informationen zur Wirtschaftlichkeit einer Speicher-Nachrüstungen finden Sie hier:
www.maxx-solar.de/kosten-batteriespeicher
www.solarenergie.de/stromspeicher/nachruestung
www.wegatech.de/ratgeber/photovoltaik/stromspeicher/nachruestung
Bild: Bayernwerk Natur
Die Entladerate oder der C-Faktor
bezeichnet das Verhältnis von Kilowatt zu Kilowattstunde. Ein C-Faktor von 1 C bedeutet, dass eine Batterie innerhalb einer Stunde komplett ge- oder entladen ist, ein C-Faktor <1, dass es länger als eine Stunde und ein C-Faktor >1, dass es weniger als eine Stunde dauert. Eine Zwei-Stunden-Entladung entspricht somit 0,5 C, während eine Batterie mit 2 C innerhalb von 30 Minuten entladen werden kann.
Bild: privat
