Was bringt mir ein Batteriespeicher für mein Balkonkraftwerk?

Ich gebe darauf drei Antworten, eine ganz kurze: noch lohnt es sich nicht. Eine längere: Schauen Sie in dem Link zum Rentabilitätsrechner nach. Und eine ganz lange Antwort, die folgt jetzt. Es gibt einen großen Unterschied zwischen dem Speicher für eine kleine Photovoltaikanlage (Balkonkraftwerk) und dem Speicher für eine größere Photovoltaikanlage, wie sie auf dem Dach montiert ist. Der wesentliche Unterschied liegt der Leistung, die die Anlagen bringen, im Verhältnis zum Eigenverbrauch. Eine Photovoltaikanlage bringt unter Normalen Istzuständen etwa das Tausendfache der Peakleistung als Jahresertrag. Also, wer also ein Balkonkraftwerk mit Modulen mit 800 Watt Ausgangsleistung hat, kann im Jahr mit rund 800 Kilowattstunden Strom rechnen. Im Verhältnis zu dem Eigenverbrauch der meisten, der irgendwo zwischen 2.500 und 5.000 Kilowattstunden je nach Profil und Familiengröße liegt, ist dies natürlich wenig. Dagegen liefert eine mittelgroße PV-Anlage im Bereich zwischen 5 und 10 Kilowatt Peak im Jahr eben 5.000 bis 10.000 Kilowattstunden. Das reicht vollkommen aus, um den Strombedarf eigentlich komplett abzudecken.

Das zweite ist, dass der Speicher für eine Balkonanlage im Verhältnis zur Leistung der Anlage selbst relativ groß sein muss. Eine normale Richtgröße ist es, dass man für die vornehmliche Deckung des Eigenverbrauchs durch eine PV-Anlagve den jährlichen Energieverbrauch durch 1000 teilt, dann erhält man die Größe der PV-Anlage also bei 4000 Kilowattstunden eine 4 kWP Anlage. Und bei der Speichergröße sollte diese in etwa halb so groß sein, also in diesem Fall 2 Kilowattstunden. Man kann etwas höher gehen um im Sommer den Bedarf fast komplett zu decken bis auf etwa das doppelte, also etwa 4 Kilowattstunden. Das ergibt sich daraus, dass im Prinzip während des Tages einen meisten Stunden die Anlage genug Strom liefert, um den Grundbedarf abzudecken. Man hat also zum Speichern nur noch den Bedarf für die Hälfte des jährlichen Strombedarfs: in diesem Fall etwa 2000 Kilowattstunden.

Da aber die Sonne recht unterschiedlich scheint, wird man keine so große Batterie brauchen, um auch unter widrigen Umständen immer die gesamte Nacht abzudecken, weil es sehr viele Tage geben wird, vor allem im Winter und im Herbst, in denen die Batterie nicht voll gefüllt wird. Ein weiterer Unterschied zwischen einem Balkonkraftwerk und einer großen PV-Anlage ist, dass eine Balkonkraftwerk relativ günstig im Verhältnis zur Leistung ist, weil es selbst montiert werden kann und so der Hauptposten, nämlich die Rechnung für die Handwerksarbeiten wegfällt. Dagegen ist ein Batteriespeicher per se relativ teuer, die Installation aber nicht so aufwendig, wie die der Module.

Ich habe die Problematik, die ja primär mit dem Sonnenschein zusammenhängt, in mehreren Diagrammen hier wiedergegeben. Die Grafiken stammen von einer stationären PV-Anlage mit 9,9 KW-Peak. Teilt man diese Werte durch 10, so erhält man die typischen Werte für ein Balkonkraftwerk mit 0,8 bis 1 kWPeak, je nach Lage und Ausrichtung. Zuerst einmal die Jahresübersicht, die er schon sehr deutlich zeigt, dass der Sonnenschein sehr unregelmäßig über das Jahr verteilt ist. Im Sommer kann man mehrere Monate lang problemlos die sechsfache Menge der des Januars erreichen. Für die Verdeutlichung habe ich da noch zwei Monate, nämlich den Juli und Januar separat aufgeschlüsselt und das zeigt das zweite Problem. Im Sommer scheint eigentlich die meisten Tage über die Sonne, selbst wenn es mal bewölkt ist, so ist die gewonnene Energie noch so hoch, dass es problemlos ausreichen würde eine Batterie täglich vollständig zu laden. Ganz anders sieht es im Winter aus. Es gibt vereinzelte Sonnentage, aber der Normalfall ist bei uns im Winter, dass wir eine starke Bewölkung haben. In diesem Falle bekommt man die Batterie niemals voll. Im Juli hatte der schlechteste Tag 15 kW Leistung. Das ist besser als der Monatsdurchschnitt im Januar, wo nur sechs von 31 Tagen bei 15 KW oder höher lagen. Zuletzt habe ich dann noch einen Tagesverlauf aufgeschlüsselt, und zwar wieder einmal ein bedeckter Januartag und ein sehr sonniger Sommertag. Der Tagesverlauf ist deswegen wichtig, weil ein Balkonkraftwerk niemals so viel Leistung liefert, als dass man große Verbraucher damit antreiben könnte. Also wenn man kocht, Wäsche wäscht oder die Geschirrmaschine anstellt, reicht die Leistung nicht aus.

Der Winter ist doppelt problematisch: zum einen, weil es insgesamt viel weniger Sonne gibt. Und zum anderen, weil die Tage viel kürzer sind, das heißt, die in die Zeiten, die eine Batterie überbrücken muss, sind länger. Es zeigt sich aber auch das der Tagesverlauf weitaus weniger steil verläuft als im Sommer, weil die Sonne tiefer steht. Paneele mit einem steileren Aufstellwinkel liefern im Winter so mehr Strom als flach montierte, auch wenn die Gesamtmenge übers Jahr geringer ist. Details dazu in diesem Blog.

Was folgt daraus? Zum einen: Im Winter aber auch noch in den meisten Herbstmonaten, reicht die Produktion eines Balkonkraftwerks nicht aus, um die Batterie täglich vollständig aufzuladen. Bei dem Ertrag ist zu berücksichtigen, dass davon natürlich auch noch der Grundbedarf während der Stunden des Tages abgeht. Also wenn eine Batterie 2 kW Speicherkapazität hat und für 12 Stunden Strom liefern soll, dann brauche ich für die anderen 12 stunden weitere 2 Kwh, zusammen also 4 Kwh Ertrag pro Tag. Im Sommer sieht es ganz anders aus: hier reichen die meisten Tage aus, um die Batterie vollständig aufzuladen und den Grundbedarf abzudecken. Am Tag kann man hier problemlos 6 Kilowattstunden Energie ernten.

Von Bedeutung ist auch das nicht die volle Kapazität der Batterie nutzbar ist. Voreingestellt bei meiner ist eine Aufladung bis 99% der Sollwertes und eine Entladung bis 10% des Sollwertes. Diese Werte sollte man nicht unterschreiten. Ich selbst habe sie auf 15 / 95% festgelegt. Das bedeutet, dass ich nur 80% der Kapazität, also etwa 1,6 Kilowattstunden von 2 Kilowattstunden nutzen kann. Daneben gibt es beim Entladen Verluste. Typischerweise zeigt mir meine App an, dass die Batterie 112 bis 115 Watt entlädt um hundert Watt für den Wechselrichter zu produzieren. Wenn sie voll geladen ist, produziert sie bei mir bei kalten Temperaturen von 18:00 Uhr bis etwa 05:00 Uhr Strom, das heißt. 11 stunden oder 1,1 Kilowattstunden. Als es nun wärmer wurde, lief sie bis 7 Uhr. Eine größere Batterie hat aber wiederum den Nachteil, dass man sie während eines Großteils des Jahres nicht voll aufladen kann.

Mein Wunsch an die Entwickler der Firmware von Batterien wäre, dass diese etwas intelligenter wird. Heute geht es so, dass man entweder Zeiten einträgt, in denen die Batterie aufgeladen wird. Entweder vollständig oder noch eine bestimmte Reststrommenge an den Wechselrichter abgibt, oder dass man eine Anbindung an Smart Home hat, das heißt eine Elektronik der Batterie mitteilt, wie viel Strom benötigt wird. Das ist allerdings nur die Verbrauchsseite. Die Aufladeseite wird damit nicht erfasst. Was nicht möglich ist, ist eine bedarfsorientierte Aufladung. Wer sich einmal den Tagesverlauf angesehen hat, weiß dass es eine Spitze um den Mittag gibt und von morgens und abends die Leistung jeweils ansteigt beziehungsweise abfällt. Meistens hat man auch Paneele, die eine höhere Spitzenleistung liefern, als der Wechselrichter gesetzlich ans Hausnetz abgeben kann. Diese Spitzenleistungen können Batterien ausnutzen, da sie normalerweise mehr Strom vertragen als der Wechselrichter. Die Batterie von Growatt (NOAH 2000) zum Beispiel 1.800 Watt Einspeiseleistung anstatt 800 Watt beim Wechselrichter. Es ist heute möglich minutengenau vorherzusagen wie viel Energie die Sonne liefert. Zumindest einen Tag vorher. Die ganzen Apps zeigen mir an, welches Wetter in meinem Ort derzeit ist. Warum integrieren Sie diese Information nicht ins Batteriemanagement? Die Batterie könnte dann geladen werden, wenn es sehr viel Strom gibt aber nicht während der frühen Morgen- oder Abendstunden, wenn ich die gesamte eingespeiste Leistung der Paneele für die Deckung des Grundbedarfes benötige. Damit könnten auch Tage, in denen es nur kurzzeitig die Sonne hinter den Wolken herauskommt, voll ausgenutzt werden.

Meine Erfahrung mit dem Anschluss von vier Paneelen an die Batterie, die unterschiedlich orientiert sind und unterschiedliche Leistung haben (1.140 Watt, Südosten, 60 Grad Winkel und 890 Watt, Osten, 20 Grad Winkel) war das die Batterie damit problemlos klar wurde, dann nach Aufladung aber nur einen Teil der Leistung an den Wechselrichter weitergab und diese auch stark schwankte. Wahrscheinlich müssen alle Paneele gleich orientiert sein, die Y-Kabel empfahl aber der Hersteller, sodass ich denke das es prinzipiell gehen sollte.

Fazit

Wenn man erwägt eine Batterie anzuschaffen, so sollte man, wenn man ein neues Balkonkraftwerk gleichzeitig anschafft, die Leistung der Module möglichst groß wählen. Ist auch bei einer normalen Anschaffung ohne Batterie sinnvoll. Zwar hat man einen Verlust dadurch, dass der Wechselrichter maximal 800 Watt ins Netz einspeisen kann, man so Spitzen nicht nutzen kann (wenn keine Batterie vorhanden ist). Aber selbst der Aufpreis von einigen hundert Euro amortisiert sich meist nach einem weiteren Betriebsjahr, da eine PV-Anlage aber über ein Jahrzehnt arbeiten kann. ist der Gesamtgewinn erheblich höher als wenn man nur eine Anlage mit 800 Watt Modulen kauft. Gesetzlich erlaubt sind bis zu 2000 Watt an Modulleistung, das sind zum Beispiel 4 Module zu je 500 Watt. Mit einer Batterie ist es noch sinnvoller Überschussleistung zu haben, da die Batterie die Überschussleistung nutzen kann. Ich habe hier noch einige Simulationen beigefügt. Bei allen gilt: Südlage, 30 Grad Winkel , leichte Verschattung. 33 Ct/Kwh Strombezugspreis, bei 4000 Kw Bedaf, Steigerung um 2 % pro Jahr, 15 Jahre Betrachtungszeitraum.

Die Vergleiche erfolgen folgendermaßen:

• 800 Watt PV-Leistung (350 €) zu 2000 Watt PV-Leistung (700 €)
• 800 Watt PV-Leistung (350 €) zu 2000 Watt PV-Leistung + 2Kwh Batterie (1300 €)
• 800 Watt PV-Leistung (350 €) zu 800 Watt PV-Leistung + 2Kwh Batterie (1050 €)

Die Anlage liefert bei Simulation 1 150 % mehr Leistung bei dne Modulen nur 93 % mehr nutzbare Leistung, aber über die Betriebszeit spart sie über 1.600 Euro mehr ein. Nimmt man nun noch eine Batterie hinzu (Simulation 2), so steigt die Amortisationszeit an. Die Ersparnis aber nur noch um 900 Euro bei der 2000 Watt Anlage.

Kleiner Pferdefuss: Anlagen mit 2000 Watt Leistung kommen meist mit einem Wechselrichter, der bis 2000 Watt einspeisen kann. Die Growatt NOAH 2000 kann aber maximal 800 Watt an den Wechselrichter übergeben.

Wenn ich eine 800 Watt Anlage mit dem Batteriespeicher kombiniere, so kann ich zwar fast den gesamten erzeugten Strom selbst nutzen, aber die Bilanz ist schlechter – anstatt 2.500 Euro habe ich nach Ablauf des Betrachtungszeitraums nur 2.440 Euro Gewinn.

Hat man mehr als ein Balkonkraftwerk, z.B. weil man zwei Geschosse hat, so kann man die Methode mit Y-Kabeln ausprobieren. Eine teurere Lösung,  wäre es jedes Balkonkraftwerk mit einer Batterie auszustatten, dann kann man die Abgabe pro Batterie reduzieren oder eine Batterie von 18 bis 0 Uhr und die andere von 0 bis 6 Uhr einspeisen lassen.

Mein Rat ist aber derzeit: Abwarten. Die Preise für Batterien sind in einem Jahr von rund 1.000 Euro für 2 KW Speicherkapazität auf rund 650 Euro gesunken und ich denke sie sinken weiter. Man kann die Batterie nachrüsten, muss nur die PV-Module umstecken vom Wechselrichter an die Batterie, so habe ich es auch gemacht.

Links:

https://solar.htw-berlin.de/rechner/stecker-solar-simulator/

https://solar.htw-berlin.de/rechner/solarisator/