Familie spielt vor Haus mit Photovoltaik

Maximale Autar­kie mit Photo­voltaik und Strom­speicher

Eine möglichst große Autarkie beim Stromverbrauch macht nicht nur unabhängig vom Stromnetz, sondern ist auch finanziell interessant. Mit einer leistungsfähigen Photovoltaikanlage und einem smarten Batteriespeicher kann man Autarkiequoten von über 70 % erreichen und mittelfristig Stromkosten einsparen.

Immer mehr Besitzer von Eigenheimen beschäftigen sich mit der Frage, wie sie ihren Strom in möglichst großem Umfang selbst erzeugen und nutzen können. Die Gründe dafür sind vielfältig, wobei drei Aspekte in der aktuellen Verbraucherdiskussion überwiegen:

  • Klimaschutz durch emissionsarme Stromerzeugung ermöglichen
  • das Streben nach möglichst großer Autarkie bei der Energieversorgung
  • eine größere Unabhängigkeit von der Entwicklung der Strompreise

Prinzipiell lässt sich mit einer leistungsfähigen Photovoltaikanlage auf einem durchschnittlichen Hausdach ausreichend Strom für die Versorgung einer Immobilie erzeugen. Die maximale Autarkie bei der Versorgung mit Elektrizität, also der größtmögliche Anteil von selbst erzeugtem Strom am privaten Verbrauch, ist allerdings nur mit entsprechenden Stromspeichern zu erreichen. Aktuell speisen viele Photovoltaikanlagen einen großen Teil des erzeugten Stroms ins Netz, weil er nicht selbst verbraucht wird, da viele Privatverbraucher tagsüber meistens nicht zu Hause sind. Das verringert die Wirtschaftlichkeit der Anlage, denn jede Kilowattstunde selbst erzeugten Stroms, die man selbst verbraucht, spart richtig Geld. Denn die Einnahmen, die Besitzer von PV-Anlagen für die Einspeisung von Strom erzielen können, sinken weiter oder fallen nach 20 Jahren ganz weg. 2020 liegt die Einspeisevergütung bei einer PV-Anlage mit weniger als 10 kWpeak bei knapp 10 ct. Die eingekaufte Kilowattstunde hingegen kostet den Verbraucher in 2020 laut BDEW 31,37 ct.

Daher ist es folgerichtig, eine Solaranlage mit einem Stromspeicher (häufig auch Batteriespeicher oder Solarbatterie genannt) zu kombinieren. Diese Geräte sind inzwischen technisch ausgereift und lassen sich durch smarte Funktionen auf das individuelle Verbrauchsprofil zuschneiden. Dafür sorgen intelligente Wechselrichter. Außerdem sinken die Anschaffungskosten für solche Stromspeicher, weil die Produktion in großen Stückzahlen und der technologische Fortschritt entsprechende Kostenvorteile ermöglichen. Der Markt wächst rasant, deutschlandweit wurden bisher etwa 210.000 Stromspeicher verkauft, 65.000 davon in 2019 (Quelle: EuPD Research). Die Wirtschaftlichkeit wird maßgeblich von der Autarkiequote beeinflusst und diese zu erhöhen, muss das vordringliche Ziel sein.

Erzeugung und Verbrauch von Strom müssen gleichzeitig stattfinden

Die Nutzung von Elektrizität hat eine Besonderheit, die sie von vielen Waren oder Dienstleistungen unterscheidet: Strom, der für den Betrieb von elektrischen Geräten genutzt wird, muss zeitgleich anderswo erzeugt werden. Erzeugung und Verbrauch müssen idealerweise gleichzeitig stattfinden. Dies ist aber bei Strom, der abhängig vom Sonnenstand mit Photovoltaik erzeugt wird, nicht durchgängig der Fall.

  1. Der Verbrauch von Strom: In einem Gebäude, ob Eigenheim oder Gewerbeimmobilie, schwankt der Stromverbrauch je nach Tageszeit. Verbrauchsspitzen liegen in einem Eigenheim werktags vor allem am Morgen und am Abend vor; bei Gewerbeimmobilien entsprechend umgekehrt tagsüber.
  2. Die Erzeugung von Strom mit PV: Jahres- und Tageszeit, Sonnenschein oder Wolkendecke – die Menge durch Solaranlagen erzeugten Stroms ist abhängig von der Intensität der Sonneneinstrahlung oder der Außentemperatur. Daher erbringen PV-Module an sonnigen Tagen im Frühsommer/-herbst die höchste Stromleistung. Gleichwohl sind im Sommer durch die längere und intensivere Sonneneinstrahlung die Erträge am höchsten.

Bei Eigenheimen klaffen Erzeugung und Verbrauch vor allem werktags um die Mittagszeit erheblich auseinander: Es ist niemand Zuhause, aber die PV-Anlage liefert bei wolkenlosem Himmel maximal Strom. Bei einer Gewerbeimmobilie ist diese Lücke werktags kleiner, dafür am Wochenende offensichtlich. Diese zeitlichen Unterschiede bestimmen die mögliche Autarkiequote, also den Grad der Selbstversorgung. Bei normalen Solaranlagen auf Eigenheimen liegt diese Quote maximal bei 38 %.(1) Um den Eigenverbrauch zu erhöhen, muss man die zeitliche Lücke schließen.

Stromspeicher verringern die zeitliche Lücke zwischen Erzeugung und Verbrauch

Solarbatterien laden sich mit auf dem eigenen Hausdach erzeugten, nicht selbst verbrauchten Strom auf und geben diesen später wieder ab. Die Geräte sind technisch ausgereift und bestehen in der Regel aus Lithium-Ionen-Akkus, die modulartig miteinander verschaltet werden. Außerdem verfügen moderne Speichersysteme über umfangreiche elektronische Steuerungen. Diese machen es zum einen möglich, Informationen über den Speicherzustand und die Verwendung des selbst erzeugten Stroms online über Apps zu monitoren. Zum anderen werden die Prozesse gesteuert, um den Speicher optimal zu laden. So macht es zum Beispiel keinen Sinn, Strom zu speichern, wenn Erzeugung und Verbrauch sich gerade ausgleichen, denn dann müsste Netzstrom gezogen werden.

Grafik Tagesverlauf Erzeugung Verbrauch Solarstrom Stromspeicher
Tagesverlauf bei einer Durchschnittsfamilie: Erzeugung von Solarstrom und dessen Verbrauch bei Nutzung eines Stromspeichers.

Wie groß muss der Speicher sein? 

Um die optimale Größe des Stromspeichers zu kalkulieren, muss man mehrere Faktoren berücksichtigen.

  • Leistung der PV-Anlage: Die meisten Solaranlagen auf Eigenheimdächern verfügen über eine Leistung von 5 bis 10 kWpeak. Um die Menge des damit erzeugbaren Stroms grob zu berechnen, kann man von einem Faktor 1.000 ausgehen: Eine Anlage mit 10 kWpeak erzeugt ungefähr 10.000 kWh Strom pro Jahr. Größer sollte die Anlage im Normalfall nicht werden, denn dann müssen für selbst verbrauchten Strom Abgaben gezahlt werden.
  • Menge des Verbrauchs: Ein 4-Personen-Haushalt in einem Eigenheim mit Elektroauto, erreicht etwa folgende Durchschnittswerte.
    • Stromverbrauch Haus pro Jahr: 5.000 kWh
    • Stromverbrauch E-Auto pro Jahr: 3.000 kWh(2)

Die 10-kWpeak-Anlage produziert also 2.000 kWh mehr Strom, als das Haus sowie das Elektroauto verbrauchen. Ausreichend Strom wäre also in diesem Beispielfall für eine hohe Autarkiequote vorhanden.

  • Kosten für den Speicher: Der entscheidende Kostenfaktor, der den Anschaffungspreis eines Stromspeichers bestimmt, ist die Kapazität der Lithium-Ionen-Akkus. Je größer der Speicher desto teurer die Anlage. Generell kann man von Kosten von 1.000 € pro kWh Speicherkapazität ausgehen, inklusive Wechselrichter und Installation – Tendenz fallend. Die jetzt hochlaufende Massenfertigung und der technische Fortschritt werden weiter für sinkende Preise sorgen. 

Die Berechnung der Wirtschaftlichkeit eines Stromspeichers

Das Ziel ist also, mit einem möglichst kleinen Speicher den größten Nutzen aus dem Eigenverbrauch zu erzielen – viel Strom aus der hauseigenen PV-Anlage und dabei so wenig Kosten wie möglich. Um allerdings eine Autarkiequote von 100 % zu erreichen, müsste man einen überdimensional großen Speicher platzieren. Nur so wären alle Fehlstellen der Versorgung bedient. Das ist jedoch nicht wirtschaftlich. Folgende Posten bestimmen die Wirtschaftlichkeitsberechnung:

  • Einsparung Stromkosten: Durch die Erhöhung des Selbstverbrauchs muss weniger Strom von außen bezogen werden. 
  • Speicher: Der Anschaffungspreis wird in der Regel auf 10 Jahre abgeschrieben.
  • Solaranlage: Wird in der Regel auf 10 Jahre abgeschrieben.
  • Weitere Kosten: Anschluss, Kreditzinsen, Versicherung, Reparaturen
  • Umwandlungsverluste: Durch das Be- und Entladen des Speichers entstehen Stromverluste, die etwa 10 % (3) betragen.
  • Staatliche Förderung: Die KfW unterstützt PV-Anlagen mit Speicher mit zinsgünstigen Krediten (KfW-Förderprogramm 270) und  einige Bundesländer haben eigene Programme aufgelegt. Hier ständig aktualisierte Informationen zur Förderung von Stromspeichern.

Beispielrechnungen einer PV-Anlage ohne und mit Speicher mit drei Autarkiequoten auf Basis der Kosten pro Jahr

Die Eckdaten für diese Berechnung über 10 Jahre:

  • PV-Anlage mit 10 kWpeak erzeugt 10.000 kWh Strom
  • Kapazität Speicher: 10 kWh
  • Immobilie mit 4-Personen-Haushalt verbraucht 5.000 kWh
  • Elektroauto verbraucht 3.000 kWh
  • Preis kWh Netzstrom: 0,35 € (∅Preis auf 10 Jahre gerechnet, d.h. zukünftige Preissteigerungen werden einbezogen)
  • Einspeisevergütung: 0,10 €

Autarkiequote 38 % (ohne Stromspeicher)

RechnungspostenBerechnungEuro pro Jahr
38 %-Einsparung beim Strombezug8.000 kWh x 0,38 x 0,35 €1.064 €
Kosten für PV-Anlage (10 kWpeak)14.000 € / 10 Jahre-1.400 €
Weitere Kosten (Wartung, Instandhaltung)geschätzt-100 €
Einspeisevergütung6.960 kWh x 0,10 €696 €
Summe (Ertrag pro Jahr)260 €

Wenn man eine PV-Anlage ohne Stromspeicher betreibt, kann man durchschnittlich 38 % seines Stromverbrauchs durch selbst erzeugten Strom abdecken. Dieser Strom muss also nicht zugekauft werden, weshalb man in dem Beispielszenario etwa 1.064 € pro Jahr an Stromkosten einspart. Hinzu kommt auf der Habenseite die Einspeisevergütung für den Strom, den man mit der PV-Anlage erzeugt und nicht selbst verbrauchen kann. Diese 62 % werden ins Stromnetz eingespeist. Dafür erhält man hier aktuell etwa 696 €. Davon müssen die auf 10 Jahre abzuschreibenden Kosten für die PV-Anlage abgezogen werden, sowie Kosten für Wartung etc. Es bleibt ein Überschuss von 260 € pro Jahr. Dadurch refinanziert sich die Anlage schneller als die angenommenen 10 Jahre, nämlich in 8,4 Jahren.

Autarkiequote 90 % (mit Stromspeicher)

RechnungspostenBerechnungEuro pro Jahr
90 %-Einsparung Strombezug8.000 kWh x 0,9 x 0,35 €2.520 €
Kosten für Speicher (10 kWh)9.600 € / 10 Jahre-960  €
Kosten für PV-Anlage (10 kWpeak)14.000€ / 10 Jahre-1.400 €
Weitere Kosten (Wartung, Instandhaltung)geschätzt-100 €
Einspeisevergütung2.800 kWh abzgl. 400 kWh (Umwandlungsverluste) x 0,10 €240 €
Summe (Ertrag pro Jahr)300 €

Diese Modellrechnung mit einer Quote von 90 % der Stromversorgung durch selbst erzeugten Strom zeigt das Sparpotenzial auf. 300 € pro Jahr beträgt der Überschuss, vor allem durch eingesparte Stromkosten. Auch diese Kombination refinanziert sich also schneller als die angenommenen 10 Jahre = 8,9 Jahre.

Autarkiequote 70 % (mit Stromspeicher)

RechnungspostenBerechnungEuro pro Jahr
70 %-Einsparung beim Strombezug8.000 kWh x 0,7 x 0,35 €1.960 €
Kosten für Speicher (10 kWh)9.600 € / 10 Jahre– 960 €
Kosten für PV-Anlage (10 kWpeak)14.000 € / 10 Jahre– 1.400 €
Weitere Kosten (Wartung, Instandhaltung)geschätzt-100 €
Einspeisevergütung4.400 kWh abzgl. 200 kWh (Umwandlungsverluste) x 0,10 €420 €
Summe (Ertrag pro Jahr)-80 € 

Das Szenario mit einer Autarkiequote von 70 % ist leicht im Minus, was konkret bedeutet, dass die Amortisation der Anlage etwas länger als 10 Jahre dauert = 10,4 Jahre.

Betrachtung der Wirtschaftlichkeitsberechnung

Um es auf eine ganz einfache Formel zu bringen: Wer sich eine Solaranlage mit Speicher anschafft, der bezahlt seine Stromkosten für die nächsten 10 Jahre einmalig vorab. Danach laufen allerdings die Anlagen weiter und sparen richtig Geld.

Allerdings: Je höher die Autarkiequote, desto besser die Wirtschaftlichkeit. Bei einer Autarkiequote von 90 % könnte man 300 € pro Jahr mehr einsparen, als man für die Amortisation ausgeben muss, allerdings ist das in der Regel nicht zu schaffen. Wenn man die relativ einfach zu erreichenden 70 % Eigenverbrauch mit dem Speicher schafft, dauert die Amortisation der Anlage dementsprechend länger. Denn der Wert von – 80 € pro Jahr bedeutet ja, dass man nicht so viel durch Einspeisevergütung und eingesparte Stromkosten erlöst, wie man für die Amortisation der Anlage bräuchte. Diese dauert daher länger als 10 Jahre.

Klar ist auch: Je länger die Anlage über diesen Zeitpunkt der vollständigen Amortisation hinaus ihren Dienst leistet, desto größer sind die Beträge, die eingespart werden. Über 2.000 € pro Jahr – Einsparung Stromkosten + Einspeisevergütung – bei einer Autarkiequote von 70 % klingt schon sehr attraktiv. 

Die Herstellergarantien für PV-Anlagen sind in der Regel auf 20 Jahre ausgelegt, in einzelnen Fällen sogar auf 30 Jahre. Bei Speichern werden 10 Jahre garantiert, allerdings deuten viele Anzeichen darauf hin, dass die Geräte wesentlich länger ihren Dienst tun werden. Hersteller garantierten in der Regel 5.000 bis 6.000 Ladezyklen. Da ein Speicher aber kaum mehrmals pro Tag be- und wieder entladen wird, scheint es recht sicher, dass die Akkus über mehr als 10 Jahre hinweg ausreichende Ladekapazitäten liefern. Kosten können allerdings durch die Wechselrichter entstehen, deren Lebensdauer meist kürzer ist als die des Speichers. Über eine optionale Garantieverlängerung, die die meisten Hersteller anbieten, können aber auch diese Kosten planbar werden. 

Autarkiequote und Verbrauchsverhalten

Grafik Haus mit PV-Anlage Stromspeicher Wechselrichter
Quelle: Erdgas Südwest

Die optimale Nutzung eines Speichersystems erfordert vom Verbraucher, möglichst viel eigenen Strom zu verbrauchen. Das ist zum einen dann der Fall, wenn dieser gerade erzeugt wird oder wenn der beladene Speicher genutzt werden kann. Denn in den Akkus befindet sich ja nur eigener Strom. Daher ist es zum Beispiel ratsam, das tagsüber genutzte Elektroauto jeden Abend anzuschließen und dem Speicher so viel Strom zu entnehmen, dass es am nächsten Morgen noch für das Haus ausreicht. Am Vormittag ist der Speicher dann zu 90 % leer und kann den ganzen Tag über durch die Solaranlage aufladen. Wenn man das Fahrzeug abends anschließt, wird wieder der gespeicherte Strom genutzt. Diese Aufgabe übernimmt dann ein intelligentes Batteriemanagement-System.

Fazit

Bei der Ausstattung eines Gebäudes mit einer Photovoltaikanlage kombiniert man diese am besten mit einem Stromspeicher, um die Vorteile dieser nachhaltigen Stromversorgung in vollem Umfang nutzen zu können. Nur mit Speicher ist eine hohe Autarkiequote erreichbar. Damit kann man sich weitestgehend unabhängig von der Entwicklung der Strompreise machen. Und wenn die Anlage abbezahlt ist, klingelt es richtig in der Kasse: Strom für Haus und Auto nahezu gratis…


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PV & Speicher: Link zum Solar-Rechner

Belege
(1) https://www.focus.de/immobilien/energiesparen/solarenergie/renditen-von-solaranlagen-mit-selbst-produziertem-solarstrom-laesst-sich-immer-noch-geld-sparen_id_3832273.html
(2) 15.000 km Jahresfahrleistung x 20 kWh/100 km Stromverbrauch
(3) https://pvspeicher.htw-berlin.de/wp-content/uploads/Stromspeicher-Inspektion-2020.pdf

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