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AC- und DC-Solarspeicher: Unterschiede und Vorteile

14 Mai 2020, 16:08 GTM

Solarspeicher werden weltweit immer beliebter. Denn sie erlauben es dem Betreiber einer Solaranlage den Großteil des erzeugten Solarstroms selbst zu nutzen. Dank des Batteriespeichers lässt sich schließlich die von der PV-Anlage erzeugte Energie speichern. Der Solarstrom kann somit auch dann genutzt werden, wenn die Sonne gerade nicht scheint. Durch den deutlich höheren Photovoltaik-Eigenverbrauch können somit Stromkosten gespart werden. Zudem werden Anlagenbetreiber deutlich unabhängiger vom öffentlichen Stromnetz und leisten dank der eigenen Stromerzeugung einen wichtigen Beitrag zur Energiewende. Der selbst erzeugte Solarstrom ist dabei sogar emissionsfrei. Mit jeder verbrauchten Kilowattstunde lässt sich so aktiv Klimaschutz betreiben. Nicht ohne Grund wird der Markt für Solarspeicher daher immer größer. Die Zahl der Hersteller und Modelle steigt, während die Preise sinken. Viele Anbieter haben dabei unterschiedliche Lösungen zu bieten, die für Interessenten nicht immer einfach voneinander zu unterscheiden sind. Wir möchten daher heute zwei Fragen beantworten:

1. Welche Arten von Stromspeichern sind aktuell am beliebtesten?
2. ist der Unterschied zwischen einem DC- und einem AC-Speichersystem?

Lithium-Ionen-Akkus statt Blei-Batterien

Über viele Jahre hinweg waren Solarstromspeicher auf Blei-Säure- oder Blei-Gel-Basis der Standard bei Photovoltaikanlagen. Auch in der Industrie und im Fahrzeugbau kamen meist Speicher mit Blei-Technologie zum Einsatz. Das lag vor allem am niedrigen Preis. Die Geräte waren oftmals günstiger als vergleichbare Modelle, die auf anderweitige Technologien setzten.

Seither hat sich jedoch einiges getan. So werden im Einfamilienhausbereich heutzutage in der Regel keine Stromspeicher mit Blei-Säure- oder Blei-Gel-Technologie mehr verwendet. Stattdessen haben sich Speicher mit Lithium-Ionen-Akkus seit längerer Zeit am Markt durchgesetzt. Nahezu jeder große Speicherhersteller setzt heute auf diese moderne Technologie, wodurch ihre Preise stark gesunken sind.

Schließlich können Lithium-Ionen-Speicher meist deutlich öfter be- und entladen werden und sind für bis zu 10.000 Ladezyklen ausgelegt. Viele der modernen Solarspeicher haben dabei eine maximale Entladetiefe von nahezu 100 Prozent. Hinzu kommen Wirkungsgrade von bis zu 95 Prozent und mehr.

Die Werte versprechen dabei eine deutlich höhere Leistung über einen längeren Zeitraum als dies bei Blei-Speichern der Fall wäre. So sind Blei-Akkus in der Regel nur auf rund 3.000 Vollzyklen ausgelegt. Eine maximale Entladetiefe von 80 Prozent lässt die nutzbare Speicherkapazität zudem deutlich sinken. Auch der Wirkungsgrad ist mit unter 90 Prozent in der Regel deutlich geringer als bei Lithium-Ionen-Stromspeichern.

Wirkungsgrad

Lithium-Ionen oder Lithium-Eisenphosphat?

Folglich haben moderne Lithium-Ionen-Akkus ältere Blei-Batterien in Verbindung mit einer PV-Anlage längst als Standard abgelöst. Sie sind leistungsstärker, langlebiger und haben zudem noch einen weiteren Vorteil: Sie können auch in nicht belüfteten Räumen untergebracht werden. Blei-Akkus hingegen gasen aus und brauchen daher eine stetige Frischluft-Zufuhr, was sich in vielen Eigenheimen schwierig zu gewährleisten ist.

Neben Lithium-Ionen-Akkus ist jedoch auch vermehrt von Lithium-Eisenphosphat-Speichern zu lesen. Viele Hersteller werben damit, dass sie auf eben diese innovative Speichertechnologie setzen. Doch was genau hat es damit auf sich? Generell lässt sich sagen: Auch bei Lithium-Eisenphosphat-Stromspeichern handelt es sich um eine spezielle Form des Lithium-Ionen-Akkus. Beide können somit nicht vollständig getrennt voneinander betrachtet werden. Dennoch gibt es einige Unterschiede.

Herkömmliche Lithium-Ionen-Akkus:

Lithium-Ionen-Akkus sind die aktuell meistverbauten Batteriezellen weltweit. Sie kommen nicht nur in Solarspeichern, sondern millionenfach auch anderen elektronischen Geräten wie Mobiltelefonen zum Einsatz. Bei der Lithium-Ionen-Technologie werden dabei Lithium-Ionen von der positiven zur negativen Elektrode geleitet. Hier verbleiben sie bis zu ihrer Entladung.

Meist kommen dabei Kobalt-Leiter als Elektroden zum Einsatz. Lithium-Ionen-Solarspeicher bestehen demzufolge in der Regel aus Mangan, Nickel und dem Übergangsmetall Cobalt. Dank ihres geringen Gewichts sind sie flexibel einsetzbar und gelten als äußerst leistungsfähig.

Moderne Lithium-Eisenphosphat-Akkus:

Lithium-Eisenphosphat-Akkus verwenden statt der herkömmlichen Lithium-Kobaltoxid-Kathode bei einem Lithium-Ionen-Akku eine sogenannte Lithium-Eisenphosphat-Kathode. Anstelle des Lithium-Cobalt-Oxids kommt somit Lithium-Eisenphosphat als positive Elektrode zum Einsatz. Die negative Elektrode besteht meist aus Graphit oder speziell gehärtetem Kohlenstoff.

Für den Betrieb eines Solarspeichers – und damit indirekt den Anlagenbetreiber – hat dies zunächst keine weiteren Auswirkungen. Doch Lithium-Eisenphosphat-Speicher überzeugen vor allem mit hohen Entladeströmen sowie Zyklenfestigkeit und verstärkter Robustheit. Hinzu kommen kurze Ladezeiten und ein besonders geringes Risiko der Überhitzung. Insgesamt überzeugen jedoch sowohl die Lithium-Ionen- als auch Lithium-Eisenphosphat-Speicher mit hoher Sicherheit und maximaler Leistung.

AC- oder DC-Speichersysteme?

Die Frage danach, ob man sich für einen Lithium-Ionen oder Lithium-Eisenphosphat-Speicher entscheidet, ist nicht die einzige, die ein Anlagenbetreiber sich stellen muss. Hinzu kommt die Frage, welche Art von Speichersystem es sein soll. Die Rede ist hier von der sogenannten Systemtopologie. Dabei lässt sich grundsätzlich zwischen einem AC-System und einem DC-System unterscheiden.

Die Begriffe AC und DC stehen in diesem Zusammenhang für Alternating Current und Direct Current, also Wechselstrom und Gleichstrom. Wer sich mit dem Thema Photovoltaik auseinandergesetzt hat, der weiß, dass PV-Module stets Gleichstrom erzeugen. Was genau hat es also mit den unterschiedlichen Speichersystemen auf sich? Diese Frage möchten wir im kommenden Abschnitt beantworten:

Wie funktioniert ein AC-Speichersystem?

AC-seitige Speichersysteme werden auf der Wechselstrom-Seite der Solaranlage installiert. Der Solarspeicher wird somit nicht direkt mit den Solarmodulen verbunden, sondern per zwischengeschaltetem Batterie-Wechselrichter an das Hausstromnetz gekoppelt.

Der erzeugte Gleichstrom wird also zunächst von dem Solar-Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt, wodurch dieser im Haushalt genutzt werden kann. Überschüssiger Strom, der nicht direkt verbraucht wurde, wird von dem Batterie-Wechselrichter erneut in Gleichstrom umgewandelt und im Solarspeicher gespeichert.

AC-Speichersysteme eignen sich aufgrund ihres Aufbaus ideal für Speichernachrüstungen. Denn mit einem passenden Batterie-Wechselrichter spielt auch die Größe der Solaranlage keine Rolle. Auch bei Neuinstallationen können sich AC-Systeme dank ihrer Flexibilität allerdings durchaus als sinnvoll erweisen. Besprechen Sie am besten mit Ihrem Solar-Berater, ob diese Lösung auch für Sie geeignet ist.

Wie funktioniert ein DC-Speichersystem?

Anders als AC-seitige Speichersysteme werden DC-Speichersysteme nicht auf der Wechselstrom-Seite der Photovoltaikanlage angeschlossen. Stattdessen werden sie quasi im Zwischenkreis des Wechselrichters gekoppelt. Das bedeutet: Der Solar-Wechselrichter und der Batterie-Wechselrichter sind hier miteinander vereint. Man spricht daher auch vom sogenannten Hybrid-Wechselrichter.

Der von der Solaranlage erzeugte Gleichstrom wird somit nicht direkt in Wechselstrom umgewandelt, sondern kann zunächst vom Solarspeicher aufgenommen werden. Wird dieser Strom nun im Haushalt benötigt, wird der Speicher mit Hilfe des integrierten Solar-Wechselrichters entladen. Da der Strom somit nur einmal umgewandelt werden muss, fallen die Wandlungsverluste in der Regel geringer aus und das System wird effizienter.

DC-Speichersysteme eignen sich aufgrund ihres Aufbaus allerdings meist nur bei Neuinstallationen. Zudem sind einige wichtige Punkte zu beachten. So muss die Spannung der in Reihe geschalteten PV-Module an den Solarspeicher angepasst werden und auch die maximale Anlagengröße für die direkte Ladung des Speichers ist begrenzt. Insgesamt überzeugt das System neben dem hohen Wirkungsgrad jedoch mit einem geringeren Platzaufwand und einer weniger aufwändigen Installation.

Fazit

Blei-Säure- oder Blei-Gel-Batterien haben im Eigenheimbereich bereits seit Längerem ausgedient. Stattdessen kommen heute hochleistungsfähigere Lithium-Ionen-Stromspeicher zum Einsatz. Eine spezielle Form der Lithium-Ionen-Akkus sind dabei die Lithium-Eisenphosphat-Speicher. Beide Technologien werden heute von großen Herstellern verwendet und versprechen hohe Leistung über einen langen Zeitraum.

Vor allem bei neu installierten Solaranlagen kommen dabei heute vermehrt DC-seitige Speichersysteme zum Einsatz. Diese versprechen nicht nur eine einfachere und damit kostengünstigere Installation. Auch überzeugt ein DC-System in der Regel mit einer besonders hohen Effizienz und damit maximalen Erträgen.

Wer bereits eine Solaranlage besitzt und einen Stromspeicher nachrüsten möchte, der greift hingegen meist zum AC-System. Mit einem externen Batterie-Wechselrichter lässt sich der Solarspeicher in der Regel problemlos nachrüsten. Doch auch bei Neuanlagen kann die Installation eines AC-Speichersystems sinnvoll sein, da es durch hohe Flexibilität überzeugt.

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