Photovoltaik: Sieben Batterien mit Bestnoten im Stromspeicher-Test

Bereits zum sechsten Mal hat die Forschungsgruppe Solarspeichersysteme der Hochschule für Technik und Wirtschaft HTW Berlin im Rahmen ihrer sogenannten Stromspeicher-Inspektion die Energieeffizienz von Photovoltaik-Speichersystemen (Ratgeber) für Privathaushalte untersucht. Dafür hat die HTW Berlin sämtliche Hersteller von Lösungen oder Komponenten zur Speicherung von Solarstrom in Wohngebäuden zur Teilnahme eingeladen. Elf Unternehmen folgten dem Ruf der Uni und haben sich mit insgesamt 18 Systemen an der Stromspeicher-Inspektion 2023 beteiligt.

Die Energieeffizienz gehört laut HTW Berlin zu den wichtigsten Auswahlkriterien von Stromspeichern für Privathaushalte. Allerdings seien vergleichbare Effizienzparameter in den Datenblättern nur selten zu finden, was die Auswahl für Konsumenten entsprechend schwierig mache. Um für mehr Transparenz im Markt zu sorgen, hat die HTW Berlin den sogenannten System Performance Index (SPI) entwickelt, der, basierend auf Labormessdaten, die Speichersysteme in den jeweiligen Leistungsklassen (5 kW oder 10 kW) vergleichbar macht.

Und dass daran großes Interesse besteht, zeigt schon die Tatsache, dass der Absatz von Stromspeichern in den vergangenen Jahren signifikant gestiegen ist (siehe auch Bildergalerie). Während 2019 nur etwa 42 Prozent der neu installierten Photovoltaik-Anlagen mit einem Batteriespeicher kombiniert wurden, stieg dieser Anteil im letzten Jahr auf fast 75 Prozent. Allein im Jahr 2022 wurden deutschlandweit über 197.000 Stromspeicher zusammen mit einer PV-Anlage neu installiert oder nachgerüstet – 2019 waren es nur 42.000. Insgesamt wurden im vergangenen Jahr 269.000 PV-Anlagen in Betrieb genommen, was seit 2019 einem durchschnittlichen Wachstum von jährlich 46 Prozent entspricht. Der Zubau im vergangenen Jahr betrug insgesamt 2,5 GW.

Zu beachten ist, dass die SPIs für die Systeme mit 5 kW Leistung aufgrund unterschiedlicher Rahmenbedingungen nicht mit denen der 10-kW-Lösungen vergleichbar sind. Im ersten Fall wurde ein Haushalt mit einem Strombedarf von 5010 kW pro Jahr und einer 5-kW-PV-Anlage untersucht. Der Referenzfall der 10-kW-Speichersysteme besteht aus einem Haushalt mit einer 10 kW starken Photovoltaikanlage und einem regulären, jährlichen Strombedarf von 5010 kWh, sowie 2664 kWh für eine Wärmepumpe und 1690 kWh für ein Elektroauto.

Für die Bewertung mit dem SPI (5 kW) wurden Speichersysteme berücksichtigt, deren nutzbare Speicherkapazität, also die aus einem Batteriespeicher entnehmbare Energiemenge, geringer als 8 kWh ausfällt. Für die Bewertung in der 10-kW-Klasse lag diese Grenze bei 16 kWh. Die Zuordnung der verschiedenen Speichersysteme in die jeweilige Klasse erfolgte anhand der im Labortest ermittelten nutzbaren Speicherkapazitäten. Dafür und zur Ermittlung des Batteriewirkungsgrads wurden sämtliche Testkandidaten auf dem Prüfstand mehrfach vollständig be- und entladen. Außerdem hat die HTW Berlin die aus dem Test ermittelten Daten zur nutzbaren Speicherkapazität mit den Angaben in den technischen Daten der Hersteller verglichen.

Die Systeme der Konstanzer Firma RCT Power mit selbst entwickeltem Wechselrichter und Batterie belegen sowohl in der Klasse bis 5 kW als auch bei den größeren Anlagen bis 10 kW den ersten Platz. Allerdings war das Rennen um den ersten Platz in der 5-kW-Klasse sehr knapp und wurde nur aufgrund der zweiten Nachkommastelle zugunsten von RCT Power entscheiden. Das zweitplatzierte System von Fronius erreicht ebenfalls einen SPI von 92,6 Prozent und mit A die höchste Energieeffizienzklasse.

Mit 92,2 Prozent oder darunter qualifizieren sich die Systeme von Kostal, Viessmann, Varta und Goodwe für die Energieeffizienzeinstufung B. Die restlichen Lösungen, darunter auch eine, dessen Hersteller nicht genannt werden möchte, klassifizieren sich mit C in der dritthöchsten Energieeffizienzklasse. Fünf von neun Systeme setzen dabei auf Batterien des chinesischen Herstellers BYD.

In der Klasse bis 10 kW erreichen neben dem Testsieger von RCT Power noch die Lösungen von Kaco, Fronius und Kostal die höchste Effizienzklasse A. Mit der zweithöchsten Einstufung B gehen die Lösungen von Goodwe und Kosta aus der Stromspeicher-Inspektion 2023 hervor. Der Stromspeicher Varta Pulse Neo 6 kommt auf C und die beiden Systeme I2 und H1, deren Hersteller auf eine Namensnennung verzichtet haben, sind mit der Bewertung E und F die am wenigsten effizienten Systeme in dem Vergleich. Auch bei den 10-kW-Systemen ist BYD der dominierende Batteriehersteller.

Insgesamt hat die Effizienz bei den Testkandidaten in den vergangenen Jahren zugelegt. Während 2020 lediglich drei Systeme die höchste Effizienzstufe A erreichten, sind es drei Jahre später sieben Lösungen. Weitere sieben Stromspeicherlösungen erreichen die zweithöchste Effizienzklasse B. Zwei kommen auf C und jeweils ein System wird mit E und F bewertet.

Weitere Einzelheiten zu den Tests liefert das von der HTW Berlin entwickelte Online-Tool Stromspeicher-Inspektor. Das Tool informiert darüber hinaus noch über wichtige Bewertungskriterien wie Einschwingzeit und Standby-Verbrauch und erklärt relevante Begriffe wie Batterieanbindung (AC, DC).

Wie wirkt sich nun der mittlere Wirkungsgrad eines PV-Batteriesystems auf die jährlichen Kosteneinsparungen aus? Um diese Frage zu beantworten, hat die HTW Berlin Batteriesysteme in einem Wohngebäude mit einer Wärmepumpe und einem Elektroauto simuliert. Die Berechnungen erfolgten auf Basis einer Einspeisevergütung von 8 Cent pro kWh sowie der Kosten für Strom aus dem Netz mit 40 Cent pro kWh. Im Referenzfall ohne Photovoltaikanlage fallen Kosten für die mit 9363 kWh angesetzten Strommenge aus dem Netz in Höhe von rund 3745 Euro an.

Das PV-Speichersystem H1 mit der im Test niedrigsten Effizienz in der 10-kW-Klasse in Höhe von 89,7 Prozent senkt die Stromkosten um 2279 Euro auf 1469 Euro. Gegenüber einem Idealsystem ohne Wirkungsverluste sind die Stromkosten pro Jahr um 261 Euro höher. Beim effizientesten System F2 mit einem SPI von 96,7 Prozent betragen die Mehrkosten gegenüber dem Idealfall nur 94 Euro. Pro Jahr spart man mit dem effizientesten System (F2) gegenüber der letztplatzierten Lösung H1 jährlich 167 Euro.

Die Preise für Stromspeicher sinken seit Jahren. Aktuell zahlen Installateure pro kWh-Kapazität zwischen 520 und 1500 Euro, wobei die kleineren Systeme pro kWh am teuersten sind. Trotz fallender Preise lohnt sich ein Stromspeicher finanziell nur, wenn er bedarfsgerecht dimensioniert ist.

Nach den Analysen der HTW Berlin ist ein Stromspeicher nur sinnvoll, wenn die PV-Anlage ausreichend Stromüberschüsse produziert. Bei einer 10-kW-Anlage und einem angenommenen Strombedarf in Höhe von 4000 kWh pro Jahr sollte die nutzbare Speicherkapazität 6 kWh nicht überschreiten. Grundsätzlich gilt diese Dimensionierung auch bei einer größeren PV-Anlage von 20 kW, sofern der Strombedarf nicht größer als 4000 kW pro Jahr ausfällt.

Genauere Empfehlungen in puncto Batteriekapazität erhalten Anwender über das Energiespeicher-Berechnungstool, das von der HTW Berlin empfohlen wird und von Varta stammt. Es berechnet auf Basis angenommener Verbrauchswerte eines Haushalts, optional auch inklusive Wärmepumpe und Elektro-Fahrzeug, der installierten Photovoltaik-Leistung mit entsprechender Ausrichtung und Neigung des Solardachs die dafür optimale Batteriekapazität und zeigt den erreichbaren Eigen­verbrauchs­anteil und Autarkie­grad. Außerdem kalkuliert es auf Basis von Strompreis und EEG-Vergütung die jährlichen Kosteneinsparungen.

Da unklar ist, ob der gesamte Speicherbedarf nur mit Batteriesystemen auf Lithiumbasis gedeckt werden kann, hat im Rahmen der Stromspeicher-Inspektion 2023 die HTW Berlin in Zusammenarbeit mit Karlsruher Institut für Technologie (KIT) auch die Energieeffizienz von alternativen Batterietechnologien untersucht.

Mit Labortests belegen die Forscher, dass die Speicherverluste der Natrium-Nickelchlorid-Batterien um das Siebenfache höher sind als die der Lithium-Ionen-Batterien. Ebenfalls verbesserungswürdig ist die geringe Leistungsfähigkeit der Natrium-Ionen-Batterien, die mit sinkendem Ladezustand sogar noch weiter abnimmt.

Die Gesamtsystemeffizienz der alternativen Batteriesysteme wird darüber hinaus stark von der hohen AC-Energieaufnahme der Systeme beeinträchtigt. Die Stromspeicherung in Natrium-Ionen- und Natrium-Nickelchlorid-Batterien ist laut den Forschern im Vergleich zur Speicherung in Lithium-Ionen-Systemen deutlich verlustbehafteter. Allerdings steht die Entwicklung alternativer Batterietechnologien noch am Anfang, während die Erforschung der Lithium-Ionen-Technologie bereits seit mehreren Jahrzehnten andauert.

Fallende Preise für Stromspeicher bei gleichzeitig steigenden Stromkosten und sinkender Einspeisevergütung dürften Energiespeicher für Photovoltaikanlagen in Zukunft noch populärer machen. Bereits im vergangenen Jahr wurden knapp 75 Prozent der über 269.000 neuen Photovoltaikanlagen in Deutschland zusammen mit einem Speichersystem in Betrieb genommen. Zudem ergänzen auch immer mehr Betreiber von Photovoltaikanlagen ihr System mit einem Stromspeicher. Mit beschleunigten Genehmigungsverfahren und Abbau von Überregulierungen dürfte der PV-Ausbau inklusive Stromspeicher somit weiter stark wachsen.

In jedem Fall sollten Interessierte die Testergebnisse der jährlich durchgeführten Strom-Inspektion der HTW Berlin genau studieren (PDF) und sich für ein möglichst effizientes Speichersystem für Photovoltaikanlagen entscheiden. Das ist nicht nur finanziell von Vorteil, sondern durch verminderte CO₂-Emissionen auch aus ökologischer Sicht ratsam.

Die Effizienz der Stromspeichersysteme ist sicher ein wichtiges Kriterium. Doch auch andere Funktionen wie Ersatzstromfähigkeit einer PV-Anlage, die bei einem Stromausfall weiter Strom bereitstellen kann, sollte man in den Planungen bedenken. Mehr Informationen zu diesem Thema bieten unsere Ratgeber Autark bei Blackout: Photovoltaik-Stromspeicher mit Notstromfunktion und So funktionieren PV-Anlagen mit Ersatzstrom in der Praxis. Nützliche Informationen in puncto Strom und PV-Anlagen enthalten auch unsere Berichte DIY-Photovoltaik-Anlage nach 4,5 Jahren bezahlt, Wallbox mit App-Steuerung, Authentifizierung und Stromzähler und Notstrom fürs ganze Haus: Powerstation Zendure Superbase V6400 mit 6 bis 64 kWh im Test.