Batterie Speicher

Die Frage, die sich immer wieder stellt: Macht es Sinn, sich einen Batteriespeicher in den Keller zu stellen, oder nicht, oder wenn ja, warum und wie groß. Mich bewegt dieses Thema schon länger und daher nun der Versuch, aus meinen gesammelten Daten ein wenig Licht in die Sache zu bringen.

Der Speicher macht im Grunde zunächst nur Sinn, wenn man regelmäßig Stromüberschuss hat, und den für die Nacht "retten möchte". Aber: Wenn man noch einen alten PV Vertrag hat, der einem jede eingespeiste kWh "versilbert", dann wird die Sache schnell etwas weniger interessant. Ich bekomme derzeit (2022) noch 43 Cent/kWh auf die Hand und für den selbst genutzten Strom auch noch mal 25 Cent/kWh nachgeschmissen. Da inzwischen aber der eingekaufte Strom teurer ist, als mein selbst verbrauchter Strom, rentiert es sich wieder, den erzeugten Strom selber zu nutzen - also möglichst wenig einzuspeisen.

Daher habe ich inzwischen ja auch das Elektroauto an meiner PV Anlage dran und pumpe maximal Eigenstrom in das Auto rein - billiger geht es nicht. Dennoch habe ich im Sommer einen deutlichen Stromüberschuss, den ich derzeit nicht selber nutzen kann und ich muss im Sommer zur Nacht immer noch Strom teuer einkaufen - das ist noch nicht optimal.

Am einfachsten wäre es, wenn das Auto als Nachtpuffer verwendet werden könnte - damit wäre das Problem im Grunde gelöst. Nachteil: Es ist zur Zeit (Anfang 2022) noch  nicht erlaubt und wird vermutlich noch etwas brauchen, bis das geht. Zweiter Nachteil: Damit ich mit dem Auto immer genug Reichweite habe und möglichst nie in in der Nacht noch Strom beziehen möchte,  sollte der Hauspuffer eher unabhängig sein und immer auf Anschlag voll sein. Warum: Fällt der Energieversorger mal aus, dann könnte der Speicher im Keller als Notstromversorgung herhalten und meine kritische häusliche Infrastruktur am Leben erhalten (Umwälzpumpe am Wohnzimmerofen zum Heizen / Kühltruhe / Kühlschrank). Diese Notstromversorgung muss zu 100% netzunabhängig sein und direkt mit dem Gleichstrom der PV Zellen geladen werden - das tut nämlich das Auto derzeit nicht freiwillig - die Wallbox spuckt in der Regel 2 Phasen Wechselstrom raus und die habe ich im Zweifel nicht zur Verfügung.

Am Ende des Tages ist es wurscht, wo mein Stromüberschuss gelagert wird so lange ich ihn nicht in das Netz einspeise und möglichst immer das Haus zuerst versorgen kann (Notfall Versorgung) und erst zweitrangig das Auto. 

Dazu braucht es dann einen notstromfähigen Wechselrichter in der PV Anlage - das gibt es schon länger und wäre das Mittel der Wahl. Auch hier gibt es wieder mehrere Möglichkeiten: Das gesamte Haus versorgen oder "nur" eine einfache Notstromsteckdose, die bei Bedarf Einzelverbraucher versorgen kann. Je nach Bedarf, ist die Lösung sehr einfach oder aber etwas komplizierter in dr Installation. Dazu später mehr.

Dazu müssen wir nun die gesammelten Daten mal ein wenig genauer anschauen. Der Speicher sollte in der Lage sein, im Schnitt die Nächte mit Eigenstrom zu überbrücken. Auf der anderen Seite muss aber auch der nötige Stromüberschuss irgendwann mal da gewesen sein - sonst ist nix mit Nachtreserve. Zusätzlich zu beachten: Das Elektroauto will ja auch noch was vom Strom abbekommen. 

Schauen wir uns mal das Jahr 2021 genauer an.In dem Jahr hatten wir bereits das Elektroauto im Betrieb und es stell sich die Frage, wie viel Strom so aus dem Netz bezogen wurde und was an Überschuss "ungenutzt" in das Netz rausgegangen ist. Diese Betrachtung muss man nun tagesgenau machen, um die erforderliche Batteriekapazität zu ermitteln. Ein Mittelwert hilft einem hier nicht wirklich weiter - der Strom, der Nachts verbraucht werden soll, muss am Vortag (oder den Vortagen) unmittelbar mal da gewesen sein. 

Die gute Nachricht: Auch im Januar gab es Momente mit Stromüberschuss, die noch "ungenutzt" in das Netz gegangen sind! Es ist nicht viel, aber es kam vor. Am 31.1.2021 schien offenbar die Sonne recht kräftig und 12kWh sind ins Netz entschwunden. Masterfrage: Was wurde an dem Tag verbraucht?

Wie man leicht sehen kann - der Bedarf ist deutlich höher, als der Überschuss ... die Batterie hätte hier ein paar Tage geholfen. Allerdings war im Januar das Auto noch nicht da - so relativiert sich der Stromüberschuss schon wieder.

Mein Ansatz geht nun eher in die Richtung, möglichst etwas mehr "Puffer" in der Batterie zu haben, um Durststrecken auch mal besser überwinden zu können. Daher lieber die Batterie nicht zu knapp bemessen. Im Sommer hat man in der Regel unmengen an Strom über.  Da braucht man nicht lange in den Daten zu wühlen.

Interessant ist die Übergangszeit, wenn es ab und zu genug Überschuss gibt - dann aber wieder Tagelang eher nicht. Da spielt die Batterie ihre Vorteile klar aus..

Schauen wir uns das mal an:

Am 7. Februar waren trotz Eigenverbrauch von 10,17 kWh noch 11,37kWh in das Netz gegangen. 

Am gleiche Tag wurden aber noch zusätzlich 12,56 kWh vom Netz bezogen. Mit anderen Worten: Wenn man den Überschuss in die Batterie gerettet hätte, dann wäre man hier im Grunde autark über die Runden gekommen. Der Speicher müßte aber ausreichend groß ausgelegt gewesen sein. 

Mein Fazit: Auch wenn es vom Invest recht teuer ist, kann man mit einer etwas größeren Batterie durchaus mehr Autarkie erreichen - speziell in der Übergangszeit und wenn man auch Nachts mehr Strom für seine Wärmepumpe braucht. Weiterhin hilft es im Falle eines Stromausfalls etwas länger "durchzuhalten".

Für die Umsetzung gibt es grundsätzlich 2 Wege:

- AC gekoppelte Batterie

- DC gekoppelte Batterie

Wer schon eine laufende PV Anlage hat, der kann recht einfach eine AC-gekoppelte Batterie nachrüsten. AC gekoppelt bedeutet, dass die Batterie immer aus dem Wechselstromkreis im Haus gespeist wird. Der Gleichstrom vom Dach wird vom vorhandenen Wechselrichter in Wechselstrom (230V / 50Hz) gewandelt und im Haus genutzt oder halt ins Netz gespeist. Am gleichen 230V Netz hängt nun wieder ein Umrichter, der den Wechselstrom gleichrichtet und in die Batterie pumpt, wenn denn Überschuss da ist. Ist nicht genug PV Strom da, dann wandelt der Umrichter der Batterie den Gleichstrom der Batterie wieder in Wechselspannung um und gleicht das Heimnetz wieder aus. 

Der Wirkungsgrad ist natürlich nicht optimal, da hier mehrfach umgerichtet werden muss. Dafür kann man aber sein altes System so erhalten, wie es ist. 

Besser ist die DC gekoppelte Lösung, die neben dem besseren Wirkungsgrad noch andere Vorteile bietet. Sie erlaubt es nämlich, auch bei Netzausfall ohne weitere Massnahmen die Batterie zu laden und eine lokale Notstromsteckdose verfügbar zu machen, ohne dass man das EVU-Netz vom Wechselrichter trennen muss!

Bei der DC gekoppelten Lösung wird der Gleichstrom der PV Zellen ohne Wechselrichter direkt in die Gleichstrombatterie geleitet. Man hat so den besten Wirkungsgrad. Alles, was nicht in die Batterie geht, wird vom neuen Wechselrichter in Wechselspannung (230V/50Hz) gewandelt und in das Hausnetz gespeist. Wird da nix verbraucht, dann geht der weitere Überschuss ins Netz. 

Weil der Gleichstrom vom Dach direkt in die Batterie umgeleitet werden kann, braucht man bei einem EVU Netzausfall auch keinen Trennschalter zum toten Netz und kann trotzdem die Batterie laden UND eine lokale Notstromsteckdose mit 230V zur Verfügung stellen. Damit hat man sofort eine erste Notstromversorgung zur Verfügung. Der alte Wechselrichter kann dann in das Museum wandern.

Ergänzt man das Ganze mit einem automatischen Netztrennschalter (3-Phasen Trennung zum EVU), dann kann man das Haus komplett aus der Batterie versorgen. Das ist dann die optimale Lösung für den Ernstfall.

Nach einigen Recherchen stellt man fest, dass es viele Wege zum autarken System gibt. Allerdings kristallisiert sich inzwischen eine Lösung heraus, die mir persönlich am besten gefällt, auch wenn sie nicht unbedingt die günstigste Lösung ist. Sie kombiniert aber alle Vorteile optimal und ist zukunftssicher konzipiert. Folgende Komponenten werde ich voraussichtlich bei mir integrieren:

Fronius Symo Gen24 10.0 Plus

Dieser Wechselrichter ist 3-Phasen notstromfähig und koppelt die Batterie aud DC Seite ein. Das komplette Datenlogging ist integriert mit allen Schnittstellen, die man sich so wünschen kann. Weiterhin stellt der Wechselrichter eine Notstromsteckdose direkt zur Verfügung und kann die externe Netzabschaltung steuern. Man kann so im Grunde in mehreren Stufen seine Notstromfähigkeit erreichen: Stufe 1 ist die Steckdose, die auch ohne Batterie funktioniert, wenn denn die Sonne scheint! Hängt man die Batterie noch dran, dann geht es auch ohne Sonne. Und wenn man dann den Netztrennschalter noch ergänzt, dann ist das Haus autark.

Ein weitere Vorteil dieses Wechselrichters: Er hat 2 unabhängige Gleichstromkreise (MPP Tracker). Das erlaubt die Nutzung von mehreren PV Strängen, die zu unterschiedlichen Zeiten von der Sonne beschienen werden. Zum Beispiel 2 Dachseiten oder eine zeitweise Abschattung von Bereichen.

Hinweis: Den Wechselrichter muss man noch mit einem Überspannungsschutz nachrüsten - gibt es passend von Fronius.

Update Jan 2024:

Der Wechselrichter GEN24 10.0 Plus läuft nun schon eine Weile friedfertig vor sich hin und stellt bereits eine Notstromsteckdose zur Verfügung. Das Gerät kann ich wärmstens empfehlen. Allerdings passt auf, dass ihr das Password für die Installateureinstellungen habt. 

BYD HVM 13,8

Das ist eine flexibel erweiterbare PV Batterie mit 13,8 kWh Kapazität. Man stapelt hier identische Module und kann da jederzeit auch Module nachrüsten. Im Grunde ein LEGO System. Es gibt die mit 11 / 13,8 / 16,6 / 19,4 / 22 kWh. Die Batterie ist kompatibel zum Fronius Gen24 Wechselrichter.

Update Jan2024:

Auch die Batterie tut was sie soll - Installation war einfach und die Integration in die Anlage hat sofort funktioniert. Habe inzwischen alles so eingestellt, dass zunächst bis 60% Ladestand der Batterie jeglicher PV Überschuss in die Batterie geht. Danach darf dann das Auto ran, wenn es denn was haben will. Ist das Auto voll dann geht alles Weitere wieder in Batterie. Das Gaze ist sehr einfach einstellbar und funktioniert ohne Probleme.

Enwitec Netztrennschalter

Passend zum System gibt es aus dem Hause Enwitec eine Komplettlösung zur selbständigen Trennung vom EVU Netz, wenn da mal der Saft ausbleibt.

Bonus: Fronius Wattpilot Wallbox

Wer ein e-Auto hat, der wird diese Wallbox lieben lernen. Sie erlaubt die reine PV Überschussladung und beherrscht zusätzlich die automatische Umschaltung von 1-phasigem Laden zum 3-phasigen Laden! Das löst ein dämliches Problem mit dem Ladestandard von eAutos: Die wollen nämlich mindestens 6A Ladestrom haben, was bei 3 Phasen Betrieb blöde ist. Damit das Auto laden kann, müssen 6A x 230V x 3 = 4140W PV Überschuss da sein. Sonst wird nicht geladen. Mit einer Phase reichen bereits 6 A x 230V = 1380W. Hier schwächelt auch meine aktuell verwendete Wallbox von Hardy Barth, die mit meinem eUp immer 2 phasig laden muss ... da geht es dann immer erst bei 2760W PV Überschuss los.

Update 2024:

Die Wallbox läuft inzwischen auch und spielt mit den anderen Komponenten einwandfrei zusammen. So lange man alles über Stromüberschuss laufen läßt, gibt es keine Beanstandungen. Lediglich im Winter, wenn halt kein Strom kommt, muss man etwas händisch nachhelfen und ab und zu das Auto manuell laden. Das geht zwar mit dem Wattpiloten, ist aber etwas "umständlich". Man muss über die App in den sogenannten "Next Trip Mode" wechseln, was nett gedacht ist, aber bedeutet, dass man die Zielzeit und Lademenge für den Next Trip vorgeben muss. Ansonsten versucht die Wallbox so spät wie möglich zu laden, um gerade so rechtzeitig  fertig zu werden. Das wäre im Sommer "nett", weil da ggf. noch mit Eigenstrom operiert werden könnte. Im Winter ist das aber eher Unsinn. Hier möchte ich "Ad-Hoc" zum Beispiel 100km nachtanken - jetzt! Das geht nur mit dem Klimmzug: 100km für NextTrip einstellen, auf die Uhr gucken und die aktuelle Zeit + sagen wir 2h einstellen, dann beginnt die Ladung.

Mir fehlt die Funktion "Lade jetzt xyz km in das Auto" und gehe dann selber wieder zurück in den Eco Mode mit Stromüberschussladung. Das geht leider nicht - wäre aber einfach in der App einbaubar. Wenn man nach der Ladung im "Next Trip Mode" vergißt, die Wallbox wieder in den EcoMode zu schalten und das Datum wechselt, dann lädt er am nächsten Tag noch mal zur passenden Zeit das Auto ... das ist aus meiner Sicht ein Bug. Aber gut ... im Sommer ist alles bestens.