Wärme macht in Deutschland 55 % des Endenergieverbrauchs aus. Um das Ziel der Klimaneutralität bis 2050 zu erreichen, ist es dringend geboten, fossile Brennstoffe zur Deckung dieses Bedarfs weitgehend zu vermeiden. Stattdessen muss auf den Energielieferanten Sonne zurückgegriffen werden. Um die gewonnene Energie effektiv zu nutzen, braucht es Solarspeicher bzw. PV-Speicher. Nachfolgend berichten wir über neue Produkte und Technologien, die den Solarstrom speichern.
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Im Jahr 2024 haben Solarspeicher bedeutende Fortschritte gemacht, besonders durch die Weiterentwicklung der Lithium-Eisenphosphat (LiFePO4) Batterietechnologie, die jetzt eine höhere Zyklenfestigkeit und verbesserte Sicherheit bietet. Diese Speicherlösungen ermöglichen es Haushalten und Unternehmen, ihre Solarenergie effizienter zu nutzen, indem sie überschüssige Energie speichern und bei Bedarf abrufen können.
Ein bedeutender Trend ist die Integration von Künstlicher Intelligenz (KI) in Energiemanagementsysteme. Diese Systeme optimieren den Energieverbrauch automatisch, indem sie Muster im Energieverbrauch analysieren und Vorhersagen treffen, um den Einsatz von gespeicherter Solarenergie zu maximieren. Ein weiterer wichtiger Trend ist die Skalierbarkeit von Speichersystemen. Modulare Systeme erlauben eine einfache Erweiterung der Kapazität, um den steigenden Energiebedarf zu decken. Durch die Nutzung von Solaranlagen Speicher kann der Eigenverbrauch von Solarstrom auf 60-70% erhöht werden, was die Abhängigkeit von teurem Netzstrom reduziert und die Energiekosten senkt.
Die Vorteile von Solarspeichern im Jahr 2024 sind bemerkenswert: Sie senken die Energiekosten durch Maximierung des Eigenverbrauchs, bieten Netzunabhängigkeit und erhöhen die Versorgungssicherheit. Zudem unterstützen sie die Stabilität des Stromnetzes, indem sie als Puffer in Zeiten hoher Nachfrage dienen. Solarspeicher sind daher nicht nur eine nachhaltige Lösung, sondern auch eine wirtschaftlich attraktive Investition in eine grüne Zukunft.
Welche neuen Systeme und Innovationen es für diese Entwicklungen am Markt gibt, stellen wir Ihnen nachfolgend vor:
13.02.2025 | Mit der Solarwatt Battery vision präsentiert Solarwatt die nächste Generation an modularen Heimspeichern für Solarstrom. Der Speicher überzeugt durch eine flexible Kapazität von 5,2 bis 182 kWh, kann sowohl Solarstrom als auch günstigen Netzstrom speichern und unterstützt die sektorenübergreifende Nutzung im Haushalt.
Der Speicher Solaranlage ist als DC- oder AC-System einsetzbar und eignet sich für Neuanlagen sowie Nachrüstungen bestehender Photovoltaiksysteme. Die Installation erfolgt schnell und unkompliziert per Plug-and-play, wodurch der Speicher besonders anwenderfreundlich ist. Das innovative Design wurde in Zusammenarbeit mit BMW Designworks USA entwickelt, das für hochwertige Fahrzeugdesigns bekannt ist.
Höchste Sicherheitsstandards stehen bei Solarwatt an oberster Stelle. Der Speicher entspricht allen Anforderungen der europäischen Batterieverordnung (BattVO) und hat umfangreiche Sicherheitstests erfolgreich bestanden. „Wir haben als Unternehmen schon immer sehr deutlich gemacht, dass Sicherheit für uns nicht verhandelbar ist – und das gilt selbstverständlich auch für unsere neue Stromspeicher-Generation“, betont Peter Bachmann, Chief Product Officer bei Solarwatt.
In Kombination mit dem Solarwatt Inverter vision bietet der Solarspeicher eine außergewöhnlich hohe Energieeffizienz. „Unser Speicher ist in Kombination mit dem Wechselrichter Solarwatt Inverter vision einer der energetisch stärksten Speicher, der aktuell am Markt verfügbar ist“, erklärt Peter Bachmann. Besonders bei Anwendungen wie Elektrofahrzeug-Ladung oder Wärmepumpenbetrieb zeigt sich seine Stärke. Dank einer Leistungs-Rate von 1C reagiert der Speicher bis zu dreimal schneller als vergleichbare Systeme.
02.07.2024 | Die F2400 von Runhood ist ein innovatives Stromspeichersystem, das speziell für Balkonkraftwerke (Solaranlage) entwickelt wurde. Es setzt es neue Maßstäbe in der effizienten Nutzung von Solarenergie im Wohnbereich. Mit einem integrierten Micro-Wechselrichter und der Möglichkeit, einen hybrid Wechselrichter zu verwenden, eliminiert der Stromspeicher die Notwendigkeit für externe Hardware, was den Installationsprozess erheblich vereinfacht und beschleunigt.
Dank ihres kompakten Designs und des einstufigen Installationsprozesses, der nur fünf Minuten dauert, ist das Speichersystem besonders benutzerfreundlich. Die Installation erfordert lediglich das Verbinden eines Paares MC4-Kabel mit den Solarpanelen, der F2400 und einer Wandsteckdose. Dies spart nicht nur Zeit und Geld, sondern verhindert auch Beschädigungen an Wänden oder bestehender Infrastruktur.
Die F2400 und die Erweiterungsbatterie B2400 verfügen jeweils über eine Kapazität von 2,4 kWh. Für Haushalte mit höherem Energiebedarf lässt sich die Speicherkapazität durch das Hinzufügen von bis zu sieben zusätzlichen B2400-Batterien auf beeindruckende 19,2 kWh erweitern. Dies ermöglicht eine flexible Anpassung der Energiekapazität an individuelle Bedürfnisse und bietet eine größere Energiekapazität bei geringerem Platzbedarf.
Der einfache Installationsprozess und die integrierte Hardware reduzieren die Gesamtkosten und die Installationszeit erheblich. Mit der Möglichkeit, die Kapazität durch zusätzliche Batteriespeicher zu erweitern, bietet die F2400 eine skalierbare Lösung für verschiedene Energieanforderungen. Die Plug-and-Play-Installation und das kompakte Design machen die F2400 ideal für städtische Umgebungen und Mietwohnungen.
27.07.2022 | An heißen Sommertagen erzielt der Solarstrom Anteil am Energiemix Rekordwerte. Doch scheint die Sonne nicht, lässt sich mit bidirektionalem Laden der Solarstrom aus der PV-Anlage in Elektroautos und Hausbatterien speichern. Bei Bedarf oder in den Abendstunden wird dieser dann für den Betrieb von Haushaltsgeräten ins heimische Netz zurückgespeist. Das schafft Anreize für den Umstieg auf emissionsfreie Elektromobilität.
Infineon Technologies und Delta Electronics haben hierfür ein Drei-in-Eins System entwickelt. Es integriert Solaranlage, Heimspeicher und Ladestation. Über einen bidirektionalen Wechselrichter wird das Elektroauto geladen und kann zusätzlich zum Pufferspeicher für die Notstromversorgung im Eigenheim werden. Zunehmend mehr Elektroautos sind dafür ausgerüstet. Perspektivisch können mit bidirektionalen Energieflüssen auch neue Vehicle-to-Grid (V2G) und Vehicle-to-Home (V2H) Lösungen umgesetzt werden.
„Um einen nachhaltigen Beitrag zur Dekarbonisierung zu leisten, müssen wir Elektromobilität ganzheitlich denken: von der Erzeugung grünen Stroms über eine stabile, effiziente Netzinfrastruktur bis zu Speicherung und Verbrauch“, sagt Peter Wawer, Leiter der Division Industrial Power Control von Infineon. „Mit unseren Lösungen für bidirektionales Laden kann das Elektroauto zuhause kostengünstig mit Solarstrom geladen werden und gleichermaßen als Pufferspeicher dienen.“
Ein Einfamilienhaus verbraucht täglich im Schnitt 10 bis 15 kWh Energie. Eine voll geladene Autobatterie mit 30 bis 100 kWh Kapazität könnte damit theoretisch einige Tage als Notstromlösung überbrücken. Hausbesitzer sichern sich so günstigen Strom und erlangen mehr Unabhängigkeit in der Stromversorgung.
Ladestecker, Ladekabel | Für das Elektroauto
Bei einer Ausgangsleistung von etwa 10 kW erlaubt das Drei-in-Eins System einen maximalen Dauerstrom von 34 A. Die Spitzenwirkungsgrade betragen mehr als 97,5 %. Zur Erhöhung der Leistungsdichte werden energieeffiziente Halbleiter aus Siliziumkarbid (SiC) von Infineon eingesetzt. Gegenüber siliziumbasierten Halbleitern senkt der Verbindungshalbleiter SiC die Energieverluste beim Umwandeln von Strom um etwa die Hälfte. Ladestationen könnten etwa 30 % kleiner bauen. Mit SiC wird die PV-Anlage leistungsfähiger. Die Ladezeiten an Schnellladestationen und Wallboxen verringern sich. Die Reichweite der Elektroautos steigt um 5 bis 10 %.
Bis Ende des Jahrzehnts soll mehr als die Hälfte der neu zugelassenen Fahrzeuge teilelektrisch oder vollelektrisch fahren. Die grüne Mobilität ist aber nur mit klimaneutraler Energie wie mit Wind- und Solarenergie umsetzbar. Für stabile Netze muss daher die volatile Verfügbarkeit dieser Energiequellen durch elektrische Wind- oder Solarspeicher ausgeglichen werden.
12.10.2021 | Dünnschichtsysteme für Solaranlagen und Solarthermie tragen dazu bei, ein breites Spektrum der solaren Strahlung für die Stromerzeugung und in Form von Wärme einzusammeln. Das Fraunhofer Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP hat Vakuumtechnologien entwickelt, mit denen Schichten und Schichtsysteme zur Nutzung solarer Energie und die Speicherung von Wärme abgeschieden werden.
Solche Systeme können auch mit Solarbatterien kombiniert werden, die regelmäßige Wartung, Echtzeitüberwachung der Leistung und Energieflüsse sowie die Erkennung von Fehlern ermöglichen. Langfristig bieten Solarbatterien erhebliche Vorteile durch die Speicherung überschüssiger Energie.
Elektrofahrzeuge weltweit kabellos Laden mit offenen Standards
Die Strahlungsenergie der Sonne, welche die Erde innerhalb 90 Minuten empfängt, entspricht etwa dem weltweiten Energieverbrauch eines Jahres. (Quelle: AEE). Zur effektiven Absorption der solaren Einstrahlung sind für Photovoltaik oder Solar Thermie spezielle Schichtsysteme erforderlich. In der Photovoltaik zählen dazu u. a. Halbleiterschichten und Elektrodenschichten. Die Solarthermie erfordert Absorberschichten mit hoher Absorption im sichtbaren und UV-Bereich und mit geringer Emission im infraroten Spektralbereich (IR), damit Verluste durch Wärmeabstrahlung minimiert werden.
Um solche optische Funktionen umzusetzen, ist ein Schichtsystem aus mehreren Einzellagen erforderlich. Deren Dicken müssen sehr präzise abgestimmt sein und diese reproduzierbar auf Absorber Rohren von den wärmeverlustarmen Solarröhren Kollektoren abgeschieden werden.
Das Absorberrohr befindet sich in einem evakuierten Hüllrohr. Dadurch ist das Schichtsystem vor einer Verschmutzung und eventueller Degradation durch Luftbestandteile geschützt. Das Schichtsystem muss den dauerhaft hohen Temperaturen standhalten, die das Absorberrohr annimmt. Selbst bei zyklischer Temperaturbelastung muss es langzeitstabil sein.
Je höher die Temperatur im Wärmekreislauf ist, desto vielfältiger und besser ist sie nutzbar. Sie lässt sich als Prozesswärme nutzen oder dient dazu, um bei hoher Temperatur Wärmespeicher aufzuladen.
Auch zur Entwicklung effizienterer Solarspeicher Systeme eignen sich Beschichtungen. Aktuell wird umfangreich am elektrischen Stromspeicher geforscht, um die durch Photovoltaik Anlagen erzeugte Energie zeitlich variabel nutzbar zu machen. Die Stromspeicher sollen den zeitlichen Versatz zwischen Stromerzeugung und Stromverbrauch ausgleichen.
Im Bereich Wärme übernimmt diese Funktion in vielen Wärmekreisen ein Wasserspeicher. Jedoch wird auch hier an besseren Speicher Konzepten gearbeitet. Solche Speicher sollen höhere Speicherkapazität als Wasser haben. Dabei soll die Installation der Speicher platzsparend und verlustarm ausgeführt werden. Beispielsweise wird beim Adsorptionswärmespeicher nanoporösem Zeolith-Granulat unter Zufuhr der zu speichernden Wärme Wasser ausgetrieben. Das entspricht dann der Beladung des Speichers mit Energie.
„Wenn das Speichermaterial mit wasserdampfbeladener Luft durchströmt wird, adsorbiert es Wasser und setzt dabei Wärme frei, die in Heizkreisen genutzt werden kann“, erläutert Dr. Heidrun Klostermann, Wissenschaftlerin am Fraunhofer FEP. „Damit das funktioniert, muss aber auch der Wärmeaustausch mit dem Speicher Material effizient gestaltet werden, welches selbst keine gute Wärmeleitung aufweist. Das können Aluminium Schichten bewerkstelligen, mit denen das Material umhüllt wird. Sie gewährleisten einen guten Wärmetransport und effizienten Wärmeübergang am Wärmetauscher.“ Neben der Ad- und Desorptionsdynamik des Speicher Materials ist das ein bedeutender Aspekt der Leistungsfähigkeit eines Speichersystems. Es nimmt großen Einfluss auf dessen maximale sowie die durchschnittliche spezifische Wärmeleistung.
Das granulare Speichermaterial Zeolith wird im Vakuum als Schüttgut mit Aluminium bedampft. Die gute Wärmeleitung setzt eine gleichmäßige, ausreichend dicke Schicht voraus. Die FEP Forschenden experimentieren mit Schichten von mehr als 20 µm Dicke. Die dazu eingesetzte Technologie wird sonst zur Beschichtung von Folien genutzt. Schüttungen von hochporösen Materialen gleichmäßig mit dicken Schichten zu versehen, ist somit eine große Herausforderung. Die bisherigen Entwicklungen von Fraunhofer sind hier einzigartig.
Der Prozess ist so zu gestalten, dass die Schichten den Stoffaustausch zwischen Speicher Material und Umgebung nicht behindern. Schließlich muss das Material weiterhin Wasser aufnehmen und abgeben können, sonst funktioniert das Speicherprinzip nicht. Vergleichende Adsorptionskurven von beschichtetem und unbeschichtetem Material zeigen, dass dieser Stofftransport durch die Schicht nicht behindert wird.
Besonders Entwickler neuartiger Speicher Materialien mit Fokus auf die Erhöhung von Speicherkapazität sind an diesen innovativen Schichten vom Fraunhofer FEP interessiert. Solch neues Material sind vor allem Hybride, die noch nicht in großer Serie gefertigt werden wie das heute schon bei den Zeolithen der Fall ist. In der Regel werden diese pulverförmigen Hybridmaterialien nur in kleinen Mengen hergestellt. Am Fraunhofer FEP sollen künftig diese neuen Materialien in der Metallisierungsanlage behandelt werden. Hersteller von Speichern hoffen schon auf diese neuen Materialklassen in der Hoffnung auf höhere Speicherdichte und kleinere Speichervolumina.
22.02.2019 | Mit der „Junelight Smart Battery“ bietet Siemens erstmals einen Batteriespeicher zur Speicherung und Nutzung von eigenerzeugtem Strom an, der speziell auf die Anforderungen in privaten Eigenheimen ausgelegt ist. Der Lithium-Ionen-Speicher vereint Funktionen für ein intelligentes und sicheres Energiemanagement mit einem modernen Design.
Eigenheimbesitzer können damit den maximalen Anteil ihrer eigenerzeugten Energie wie aus Photovoltaik-Anlagen für den Eigenverbrauch nutzen, ihre Energiebezugskosten minimieren und CO2-Emissionen nachhaltig senken.
Abhängig von der wetterbedingten Ertragsprognose der Photovoltaik-Anlage sowie vom individuellen Verbrauchsprofil des Haushalts stimmt die Junelight Smart Battery Be- und Entladevorgänge vorausschauend aufeinander ab. Über die mobile Junelight Smart App sind alle Energieflüsse von der Produktion über Speicherung bis hin zu Verbrauch und Netzeinspeisung stets in Echtzeit einsehbar. Die Speicherkapazität lässt sich jederzeit flexibel an den individuellen Bedarf anpassen und umfasst bis zu 19,8 kWh.
Hochleistungsdämmung reduziert Wandstärke um 50 Prozent
Beim Be- und Entladen der Batterie berücksichtigt die Junelight Smart Battery automatisch nutzerspezifische Wetter- und Verbrauchsprognosen. Das heißt, die Batterie wird erst in Zeiten mit hoher Photovoltaik-Leistungsabgabe vollgeladen, so dass Stromverluste minimiert werden. Die hohe Qualität und Sicherheit der Junelight Smart Battery wurde vom VDE bestätigt.
Die Kapazität der Batterie lässt sich modular und zeitlich unbegrenzt erweitern: Bis zu sechs Batterieeinheiten mit einer Nettokapazität von je 3,3 kWh können nachgerüstet und flexibel an ein verändertes Verbrauchsverhalten angepasst werden, etwa zur Anbindung von Wärmepumpen oder zum Laden von Elektroautos.
Ein 10 kW Solarspeicher kostet 2024 etwa 9.000 bis 10.000 Euro. Die Kosten setzen sich aus der Batterietechnologie (meist Lithium-Ionen Batterien), den Installationsgebühren und eventuell integrierten Energiemanagementsystemen zusammen. Weitere Faktoren für den Kauf eines Speichers für die Solaranlage sind Hersteller und eventuelle staatliche Förderungen. Eine genaue Kalkulation sollte alle diese Aspekte berücksichtigen.
Ein Stromspeicher lohnt sich nicht in allen Fällen, da die hohen Anschaffungskosten und die begrenzte Lebensdauer der Batterien oft die Einsparungen durch Eigenverbrauch und Netzunabhängigkeit übersteigen.
Insbesondere in Regionen mit günstigen Stromkosten und ohne attraktive Förderprogramme kann die Amortisationszeit eines Stromspeichers sehr lang sein. Zudem kann die Effizienz durch Energieverluste bei der Speicherung und Entnahme beeinträchtigt werden.
Für Haushalte mit geringem Energieverbrauch oder einer bereits bestehenden, gut abgestimmten Netzeinspeisung sind die wirtschaftlichen Vorteile eines Stromspeichers oft nicht ausreichend, um die Investitionskosten zu rechtfertigen.
Die Größe eines Solarspeichers sollte sich nach dem individuellen Energiebedarf und dem Ertrag der Solaranlage richten.
Als Faustregel gilt, dass der Speicher etwa 60 bis 80 Prozent des täglichen Bedarfs an Haushaltsstrom abdecken sollte. Für einen durchschnittlichen Haushalt mit einem jährlichen Verbrauch von 4000 kWh empfiehlt sich ein Speicher mit einer Kapazität von 5 bis 7 kWh. Größere Haushalte oder solche mit höherem Stromverbrauch, beispielsweise durch Elektrofahrzeuge, benötigen entsprechend größere Speicher für die durch Photovoltaik-Module erzeugte Sonnenenergie.
Eine genaue Dimensionierung kann durch eine Energieberatung ermittelt werden, um eine optimale Balance zwischen Kosten und Nutzen zu erreichen.
Für ein Einfamilienhaus sollte der Stromspeicher eine Kapazität von 5 bis 10 kWh haben. Die genaue Größe hängt vom individuellen Stromverbrauch und der Leistung der Photovoltaikanlage ab. Ein durchschnittlicher Haushalt mit einem Jahresverbrauch von 4.000 kWh profitiert in der Regel von einem 6 bis 7 kWh Speicher.
Größere Haushalte oder solche mit höherem Verbrauch, etwa durch Elektrofahrzeuge, benötigen möglicherweise größere Speicher.
Eine präzise Dimensionierung lässt sich durch eine professionelle Energieberatung ermitteln.
Quellenangabe: Dieser Beitrag basiert auf Informationen folgender Unternehmen: Centrosolar, Delta, Fraunhofer, Ikratos, Infineon, Runhood, Siemens, Solarwatt.
Angela Struck ist Chefredakteurin des developmentscouts und freie Journalistin sowie Geschäftsführerin der Presse Service Büro GbR in Ried.