Wie funktioniert die Energiespeicherung in einem Einfamilienhaus?

Die wachsende Bedeutung des Eigenverbrauchs von Energie und die Veränderungen bei den Abrechnungssystemen für Prosumer machen die Energiespeicherung zu einer natürlichen Erweiterung der Photovoltaikanlagen im Wohnbereich.

In der Praxis handelt es sich jedoch nicht nur um eine "Batterie für das Haus", sondern um ein integriertes Energiemanagementsystem, das sich auf die Energiebilanz der gesamten Immobilie auswirkt.

In diesem Artikel erläutern wir, wie die Energiespeicherung in einem Einfamilienhaus funktioniert und welche Prozesse im System während des täglichen Betriebs ablaufen.

Architektur des Energiespeichersystems

Ein typisches Energiespeichersystem besteht aus mehreren Grundkomponenten:

• PV-Generator - die Energiequelle (Fotovoltaikmodule),
• Hybrid-Wechselrichter - das zentrale Element, das den Energiefluss steuert,
• Energiespeicher - in der Regel Lithium-Ionen (Li-Ion / LiFePO₄),
• BMS (Batteriemanagementsystem) - System zur Überwachung des Betriebs der Zellen,
• EMS (Energiemanagementsystem) - Systemoptimierungsschicht,
• elektrischer und messtechnischer Schutz - für Sicherheit und Überwachung.

In Lösungen, die von Händlern wie G-Volt angeboten werden, sind diese Systeme als Komplettlösungen konfiguriert und können in die Anlage des Endkunden integriert werden.

Das Prinzip der Energiespeicherung

Vorrang des Eigenverbrauchs

Die von der PV-Anlage erzeugte Energie deckt zunächst den aktuellen Bedarf des Gebäudes. Der direkte Energiebezug reduziert die Umwandlungs- und Übertragungsverluste.

2. Laden des Energiespeichers

Bei einem Überschuss an Energieproduktion - meist zwischen 10 und 15 Uhr - wird die Energie in den Speicher geleitet. Der Ladevorgang beinhaltet die Umwandlung von elektrischer Energie in chemische Energie in den Batteriezellen.

3 Ladezustandsmanagement (SoC)

Das BMS überwacht den Ladezustand (State of Charge) und die Betriebsparameter der Batterie wie Temperatur, Spannungen und Ströme.

Auf dieser Grundlage entscheidet das EMS, ob der Ladevorgang fortgesetzt oder das System in den Standby-Modus versetzt werden soll.

4 Entladen des Speichers

Wenn die PV-Energieproduktion sinkt - am Abend oder in der Nacht - entlädt der Energiespeicher die gespeicherte Energie in die Hausanlage.

Die Energie fließt durch den Wechselrichter zurück (DC → AC) und versorgt die Verbraucher im Gebäude.

5 Interaktion mit dem Stromnetz

In einer Situation der Energieknappheit bezieht das System automatisch Energie aus dem Stromnetz.

Im Net-Billing-Modell erfolgt der Export von Energie in das Netz nur dann, wenn der Speicher vollständig geladen ist.

Betriebsarten des Systems

In der Praxis können Energiespeicher in mehreren Modi betrieben werden:

• Eigenverbrauch - Maximierung der Nutzung der eigenen Energie,
• Backup (EPS/USV) - Notstromversorgung bei einem Stromausfall,
• Time-of-Use (TOU) - Optimierung der Energiekosten in Abhängigkeit von den Tarifen,
• Peak Shaving - Reduzierung der aus dem Netz bezogenen Spitzenleistung.

Die Wahl der Betriebsart hängt von der Systemkonfiguration und den Bedürfnissen des Endverbrauchers ab.

Wirkungsgrad und technische Parameter

Wirkungsgrad des Systems

Der Gesamtwirkungsgrad des Zyklus (Round-Trip-Wirkungsgrad) beträgt in der Regel:

• 85-92% für Li-Ionen-Systeme.

Die Verluste sind hauptsächlich auf folgende Faktoren zurückzuführen:

• AC/DC- und DC/AC-Wandlung,
• thermische Verluste,
• Betrieb der Steuerelektronik.

Lebensdauer

• 3000-8000 Betriebszyklen,
• Kapazitätsverschlechterung von etwa 1-3 % pro Jahr.

Nutzbare Kapazität

Die nominale Batteriekapazität ist nicht vollständig verfügbar. Die Systeme werden in der Regel zwischen 10-90 % SoC betrieben, um die Lebensdauer der Zellen zu verlängern.

Wie sieht das in der Praxis aus?

Für ein typisches Einfamilienhaus:

• PV-Anlage: 5-10 kWp,
• Energiespeicherung: 5-15 kWh.

Sommer-Szenario

• Volle Aufladung des Speichers tagsüber,
• Deckung des abendlichen und nächtlichen Verbrauchs,
• minimale Energieeinspeisung aus dem Netz.

Szenario Winter

• begrenzte Aufladung der Speicher,
• größere Abhängigkeit vom Netz,
• geringerer Wirkungsgrad des Gesamtsystems.

Die Bedeutung der Energiespeicherung für den Markt

Aus Sicht des Marktes für erneuerbare Energien erhöhen Energiespeicher:

• erhöhen sie den Wert von PV-Anlagen,
• verbessern sie die Eigenverbrauchsquote,
• reagieren sie auf sich ändernde Energieabrechnungsmodelle,
• unterstützen sie die Stabilisierung des Stromnetzes.

Für Installateure bedeutet dies:

• die richtige Auswahl der Systemkapazität und -leistung,
• Kenntnis der Konfigurationen von Hybridwechselrichtern,
• Integration von EMS- und BMS-Systemen.

Zusammenfassung

Die Energiespeicherung in einem Einfamilienhaus ist ein fortschrittliches elektrisches System, das die Nutzung der lokal erzeugten Energie optimieren soll.

Das System steuert den Energiefluss zwischen der PV-Anlage, dem Speicher, den Verbrauchern und dem Stromnetz.

In der Praxis bedeutet dies eine größere Energieunabhängigkeit, eine bessere Auslastung der PV-Anlage und die Möglichkeit, die Energiekosten aktiv zu steuern.

Literaturverzeichnis

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