Was ist die richtige Größe für den Batteriespeicher meiner Photovoltaik-Anlage?

In diesem Erfahrungsbericht werden die Betriebsergebnisse eines Batteriespeichers im Gesamtjahr 2022 gezeigt und der Einfluss von verschiedenen Speichergrößen und Anwendungsfällen abgeschätzt. Hieraus werden Empfehlungen zur Auslegung von Batteriespeichern für Photovoltaik Systeme mit Eigenverbrauch abgeleitet.

Zusammenfassung der Ergebnisse

Verschiedene Besitzer einer Photovoltaik-Anlage haben verschiedene Gründe für Ihre Entscheidung. Deswegen werden hier Empfehlungen für vier verschiedene Optimierungsziele abgeleitet und jeweils konkrete Batteriegrößen vorgeschlagen:

Optimierungsziel der AuslegungAuslegung für diese Anlage
(6,25 kWh Nachtverbrauch)
Allgemeine Empfehlung
Maximaler Gewinn nach 15 Jahren5 kWh80% des Nachtverbrauchs
Optimierter Eigenverbrauch7,5 kWh120% des Nachtverbrauchs
Maximierte autonome Tage10 kWh160% des Nachtverbrauchs
Wirtschaftlichkeitsgrenze
(Keine Verluste nach 15 Jahren)
12,5 kWh200% des Nachtverbrauchs
(Stark abhängig von der
Strompreisentwicklung)

Da der hauptsächliche Einspareffekt einer Batterie darin besteht, die solare Energie des Tages in der darauffolgenden Nacht zur Verfügung zu stellen, wird als Referenz für eine allgemeine Auslegung der mittlere tägliche Energiebedarf im Zeitraum 17 Uhr abends bis 7 Uhr morgens verwendet. Hier sollten auch die typischen großen Verbraucher in diesem Zeitraum enthalten sein (Kochen abends, Waschmaschine, Trockner, Kaffeekochen morgens, Warmwasserbereitung nachts sofern die Steuerung das nicht unterdrücken kann). Bei einer Ost-West Ausrichtung der Solaranalage wäre möglicherweise ein kürzerer Zeitraum (18 Uhr bis 6 Uhr) zu überlegen. Diesen Wert kann jeder einfach durch Ablesen des Zählerstandes an mehreren Tagen für sein eigenes Haus ermitteln.

Grundlage der Untersuchung

Es handelt sich um die Anlage, die bereits in einem früheren Artikel vorgestellt wurde.

  • Batteriespeicher: 7,5 kWh (Kosten ca. 5500€ ohne MWSt)
  • Photovoltaik: 7,2 kWp
  • Solarthermie zur Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung: 20m²
  • Datenbasis: Datenlog des Fotovoltaik Wechselrichters mit Daten im 5-Minuten Raster
    • Tag+Uhrzeit (105120 Messwerte im Zeitraum 01.01.2022 – 31.12.2022)
    • PV Produktion (Jahressumme: 8403 kWh)
    • Direktverbrauch (Jahressumme: 2381 kWh)
    • Verbrauch in/aus Batterie (Jahressumme: 1525 kWh)
    • Vom Netz bezogene Energie (Jahressumme: 2973 kWh)
      • Zum Vergleich, Ablesung am Zähler des Energieversorgers: 2948 kWh
    • Ans Netz abgegebene Energie (Jahressumme: 4363 kWh)
      • Zum Vergleich, Ablesung am Zähler des Energieversorgers: 4364 kWh
    • Separate Erfassung von Haushaltsstrom und Wärmestrom
    • Zusätzlich bekannt: Tagesertrag über Solarthermie.

Die gute Übereinstimmung der Energiemessung des eigenen Wechselrichters und der Ablesung am geeichten Zähler des Energieversorgers (ENBW) bestätigt die Verlässlichkeit der Datenbasis.

Grobe Abschätzung:

  • Eingesparte Kosten pro Jahr durch den Verbrauch aus der Batterie: 0,40€/kWh x 1525 kWh = 610€
  • Einsparung über 15 Jahre: 9150€

Es ist also damit zu rechnen, dass der Stromspeicher am Ende der prognostizierten Lebensdauer von 15 Jahren einen deutlichen Gewinn erwirtschaftet hat. Interessant für neue Installationen ist aber auch die Frage, wie dieser Gewinn und der Eigenverbrauch von der Batteriegröße abhängen. Um diese Frage zu beantworten, wurde eine Simulation entwickelt, die den Einfluss der Größe des Batteriespeichers abschätzt. Für jeden 5-Minuten-Datenpunkt wird ermittelt und aufsummiert, wieviel Energie in die Batterie eingespeichert, bzw. aus der Batterie entnommen werden könnte. Für eine Speichergröße von 7,5 kWh stimmt das Simulationsmodell sehr gut mit den oben genannten Zahlen überein.

Annahmen der Simulation

Für die Simulation der Kosten wurden folgenden Annahmen getroffen:

  • Kosten für den Batteriespeicher
    • Grundkosten: 700€
    • Größenabhängige Kosten pro kWh Batteriekapazität: 700€
    • Entsprechend des überarbeiteten Gesetzes zur Photovoltaik Einspeisevergütung muss die MWSt nicht abgeführt werden
  • Kosteneinsparung durch Eigenverbrauch
    • Stromkosten: 0,40€/kWh (Strompreisbremse für 2023 und 2024)
    • Einspeisevergütung, festgelegt für 20 Jahre: 0,082€/kWh
    • Angenommene Preissteigerung ab 2025 pro Jahr: 3%
    • Zum Vergleich, die mittlere Preissteigerung der Jahre 2000 bis 2020 betrug 4,2%
    • Damit ergibt sich eine Einsparung pro kWh Verbrauch aus Batterie von:
      • 1. Jahr: Haushaltsstrom 0,318€ (0,40€ – 0,082€).
      • 15. Jahr: Haushaltsstrom 0,505€

Zusätzlich wurden 3 Anwendungsszenarien simuliert:

  1. Nur Haushaltsstrom, keine elektrische Wärmeerzeugung (Jahresbedarf: 4076 kWh)
    • Dieses Szenario gilt z.B. für Häuser mit Öl-, Gas- oder Pelletheizung
  2. Haushaltsstrom, Wärmepumpe mit Solarthermie für Warmwasser und Heizungsunterstützung (Jahresbedarf: 6880 kWh)
    • Dieses Szenario gilt für Häuser mit Wärmepumpe und Solarthermie-Unterstützung
  3. Haushaltsstrom, Wärmepumpe ganzjährig. Ohne Solarthermie, dafür aber 20 m² größere Photovoltaikfläche (Jahresbedarf 9812 kWh)
    • Dieses Szenario gilt für Häuser mit Wärmepumpe ohne Solarthermie

Die Aufteilung des Jahresbedarfs dieser drei Szenarien nach Haushalt/Wärmepumpe sowie Direktverbrauch/Batterie/Netzbezug, ist in folgender Abbildung dargestellt. Die mittlere Säule entspricht der oben beschriebenen Anlage:

Einfluss der Batteriegröße auf den Gewinn

Wenn man sich den Einfluss der Größe des Batteriespeichers auf den Gewinn anschaut ergeben sich einige interessante Erkenntnisse:

  • Ein kleiner Speicher von 2,5kWh würde sich bereits nach 8 Jahren Betrieb amortisieren
  • Der verwendete Speicher mit 7,5kWh amortisiert sich etwas früher als 11 Jahren
  • Ein Speicher mit 12,5kWh würde sich erst nach 15 Jahren amortisieren. Die Grenze der Wirschaftlichkeit ist erreicht. Den Speicher noch größer auszulegen, ist nicht zu empfehlen, da den höheren Kosten keine höheren Einsparungen entgegestehen.
  • Den größten finanziellen Gewinn nach 15 Jahren Betrieb erzielt ein Speicher von 5 kWh.

Interessant ist nun die Frage, wie diese Werte in den 3 Anwendungsszenarien aussehen. Außerdem könnten unterschiedliche Anwender auch unterschiedliche Ziele für ihre Entscheidung haben:

  1. Maximaler Gewinn nach 15 Jahren
  2. Grenze der Wirtschaftlichkeit (Keine Verluste nach 15 Jahren)
  3. Optimierter Eigenverbrauch
  4. Möglichst viele autonome Tage im Jahr (Tage ohne Netzbezug)

Optimierungsziel 1: Maximaler Gewinn nach 15 Jahren

In der folgenden Abbildung wird der Gewinn direkt dargestellt (die Differenz zwischen der roten und blauen Kurve in der oberen Abbildung.

Obwohl die 3 Anwendungsszenarien stark unterschiedlichen Energiebedarf haben (4076kWh / 6880kWh / 9812kWh) scheint für alle 3 ein Batteriespeicher von ca. 5 kWh der optimale Wert zu sein. Das sind ca. 80% des mittleren Nacht-Verbrauchs.

Optimierungsziel 2: Wirtschaftlichkeitsgrenze

Die Grenze der Wirtschaftlichkeit ist dann erreicht, wenn die Einsparungen in 15 Jahre genau die Investitionskosten ausgleichen. Diese Zahl ist jedoch stark abhängig von der Energiepreisentwicklung in den nächsten 15 Jahren und hat dementsprechend eine hohe Unsicherheit. Diese Zahl kann ebenfalls aus der letzten Abbildung abgelesen werden (Kreise). Um Verluste zu vermeiden sollte der Speicher in allen 3 Fällen nicht viel größer als 12,5 kWh sein, also nicht größer als 200% des mittleren Nacht-Verbrauchs

Optimierungsziel 3: Eigenverbrauch

Grundsätzlich erhöht ein größerer Speicher so lange den Eigenverbrauch, bis die zusätzlichen Verluste eines größeren Speichers geringer sind als die zusätzlichen Eigenverbrauchsgewinne. Nach meinen Untersuchungen ist die Grenze bei ca. 15 kWh erreicht. Einen maximalen Eigenverbrauch erhält man folglich bei einer Speichergröße von 15 kWh. Allerdings sind die letzten 5 kWh kaum wirksam und nicht wirtschaftlich. Als Kriterium für eine Eigenverbrauchsoptimierung wird in der folgenden Abbildung die Speichergröße ermittelt bei der der Eigenverbrauch bei 95% eines 15 kWh Speichers liegt:

Auch hier zeigen sich trotz stark unterschiedlicher Anwendungsszenarien ähnliche Größen von ca. 7,5kWh bis 9kWh Batteriegröße (120% bis 150% des mittleren Nacht-Verbrauchs).

Optimierungsziel 4: Hohe Anzahl autonomer Tage im Jahr

Ein autonomer Tag ist ein Tag an dem im Mittel weniger als 5W aus dem Netz bezogen wird (Regelabweichung des Solar-Wechselrichters). Auch hier gilt die gleiche Überlegung wie bei der Eigenverbrauchsoptimierung. Es sollten 95% der autonomen Tage im Vergleich zu einem 15 kWh Speicher erreicht werden.

In diesem Fall liegen die empfohlenen Batteriegrößen bei 10kWh bis 12kWh (160% bis 190% des mittleren Nacht-Verbrauchs)

Zusammenfassung

Der Erfahrungsbericht zeigt wie wichtig die richtige Auslegung der Batteriegröße ist. Eine zu große Batterie erwirtschaftet Verluste und hat einen unnötig hohen Ressourcenverbrauch. Eine zu kleine Batterie bringt nicht den gewünschten Eigenverbrauch oder die gewünschte Autonomie. Interessanterweise sind die Empfehlungen trotz stark unterschiedlicher Verbräuche in den verschiedenen Anwendungsszenarien recht ähnlich und damit allgemeingültig.

Ich hoffe mit dieser Berechnung zu guten  Investitionsentscheidungen bei Batteriespeichern beitragen zu können. Rückfragen und Diskussionen hierzu gerne in den Kommentaren zu diesem Bericht.

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2 thoughts on “Was ist die richtige Größe für den Batteriespeicher meiner Photovoltaik-Anlage?

  1. Hallo Herr Göppert,
    zuerst vielen Dank für diese hochinteressanten Daten.
    Es bleiben noch Fragen:
    1. Ist die angegebene kWh-Zahl die Gesamtkapazität, oder die nutzbare Kapazität der Batterie?
    Ich habe noch eine Blei-Gel Batterie, die nur bis auf 50% entladen werden sollte, da ansonsten die Lebendauer leidet.
    2. Welcher Batterietyp wird hier betrachtet?
    3. Haben Sie an ihrer Batterie einen “Winterschlaf” zur Schonung, wenn die Batterie im Winter nicht voll geladen werden kann?
    4. ungefährer Platzbedarf bei den jeweiligen kWh-Zahlen.

    Freundlichen Gruß
    Karl Nonnenmacher

  2. Hallo,
    danke für den Kommentar. Hier meine Antwort:
    1) Es ist die nutzbare Energie
    2) Die Preise sind für Li-Jonen Batterie
    3) Nein
    4) Das Bild ist eine 7,5 kWh Batterie. 1 Stapelmodul = 2,5kWh.

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