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Tagsüber erzeugt die PV-Anlage mehr Strom als das Haus braucht. Abends und nachts braucht das Haus Strom, aber die Anlage liefert nichts. Der Batteriespeicher schließt diese Lücke: Er sammelt den Überschuss vom Tag und gibt ihn ab, wenn die Sonne weg ist. Das Prinzip ist simpel, die Technik dahinter etwas weniger. Hier steht, was in dem Kasten an der Wand passiert und warum es funktioniert.
Das Grundprinzip
Ein Batteriespeicher ist im Kern ein großer Akku, ähnlich wie im Smartphone oder im E-Auto, nur deutlich größer. Er besteht aus einzelnen Batteriezellen, die zu Modulen zusammengeschaltet werden. Die Module stecken in einem Gehäuse mit Elektronik, die das Laden und Entladen steuert.
Der Ablauf im Tagesverlauf: Morgens startet die PV-Anlage und versorgt den Haushalt. Gegen 9 oder 10 Uhr erzeugt die Anlage mehr als das Haus verbraucht. Der Überschuss fließt in den Speicher. Gegen Mittag ist der Speicher voll (bei einem 10-kWh-Speicher dauert das 2 bis 4 Stunden je nach Überschuss). Weiterer Überschuss fließt ins Netz. Am späten Nachmittag, wenn die PV-Leistung sinkt und der Hausverbrauch steigt (Kochen, Licht), springt der Speicher ein und versorgt das Haus. Nachts lebt der Haushalt vom Speicher, bis dieser leer ist. Dann übernimmt das Netz, bis am nächsten Morgen die PV-Anlage wieder startet.
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Das Ergebnis: Statt 30 Prozent Eigenverbrauch (ohne Speicher) werden 60 bis 70 Prozent des Solarstroms selbst genutzt. Die restlichen 30 bis 40 Prozent kommen weiterhin vom Netz, hauptsächlich im Winter und an bewölkten Tagen, wenn die PV-Anlage zu wenig liefert.
Was in der Batterie passiert
Die meisten Heimspeicher nutzen Lithium-Eisenphosphat-Zellen (LiFePO4 oder LFP). In jeder Zelle gibt es zwei Elektroden: eine Kathode aus Lithium-Eisenphosphat und eine Anode aus Graphit, getrennt durch einen Separator, der in Elektrolytflüssigkeit getränkt ist.
Beim Laden wandern Lithium-Ionen von der Kathode durch den Elektrolyten zur Anode, wo sie in die Graphitstruktur eingelagert werden. Gleichzeitig fließen Elektronen über den äußeren Stromkreis von der Kathode zur Anode. Energie wird gespeichert.
Beim Entladen passiert das Gegenteil: Die Lithium-Ionen wandern zurück zur Kathode, und die Elektronen fließen über den äußeren Stromkreis in die andere Richtung, als nutzbarer Strom ins Hausnetz.
Dieser Prozess ist reversibel und kann tausende Male wiederholt werden. LiFePO4-Zellen schaffen 6.000 bis 10.000 Vollzyklen, bevor die Kapazität merklich nachlässt. Bei einem Zyklus pro Tag hält der Speicher rechnerisch 16 bis 27 Jahre.
Die Komponenten eines Speichersystems
Ein Heimspeicher besteht aus mehr als nur der Batterie. Das Gesamtsystem umfasst:
Batteriemodule: Die eigentlichen Energiespeicher. Mehrere Zellen in Reihe und parallel geschaltet, um die gewünschte Spannung und Kapazität zu erreichen. Ein 10-kWh-Speicher hat je nach Hersteller 4 bis 8 Batteriemodule.
Batteriemanagementsystem (BMS): Die Elektronik, die jede einzelne Zelle überwacht. Das BMS misst Spannung, Strom und Temperatur jeder Zelle, gleicht Ungleichgewichte zwischen den Zellen aus (Cell Balancing), schützt vor Überladung, Tiefentladung und Überhitzung und steuert den Lade- und Entladevorgang.
Das BMS ist der Sicherheitswächter des Speichers. Wenn eine Zelle zu heiß wird, zu viel Spannung hat oder zu tief entladen ist, greift das BMS ein und unterbricht den Stromfluss. Das ist der Grund, warum LiFePO4-Speicher so sicher sind: Selbst wenn eine Zelle intern versagt, schaltet das BMS den Speicher ab, bevor etwas passieren kann.
Wechselrichter (bei AC-Kopplung): Ein separater Batterie-Wechselrichter wandelt den Gleichstrom der Batterie in Wechselstrom fürs Hausnetz um und umgekehrt. Bei DC-Kopplung übernimmt der Hybridwechselrichter der PV-Anlage diese Aufgabe.
Gehäuse: Schützt die Batteriemodule vor Staub, Feuchtigkeit und mechanischer Beschädigung. Die meisten Heimspeicher sind für die Wandmontage in Innenräumen konzipiert (Keller, Garage, Hauswirtschaftsraum). Manche Modelle (z.B. Tesla Powerwall) können auch außen montiert werden (IP65/IP67 Schutzklasse).
Kommunikationsmodul: Verbindet den Speicher per WLAN, LAN oder Modbus mit dem Wechselrichter, dem HEMS und der Monitoring-App. Darüber werden Ladestand, Leistung und Fehlermeldungen übertragen.
Wie die Steuerung funktioniert
Der Speicher entscheidet nicht selbst, wann er lädt und entlädt. Das macht der Wechselrichter oder das HEMS, basierend auf dem aktuellen Energiefluss im Haus.
Das Grundprinzip: Der Wechselrichter (oder das HEMS) misst am Hausanschlusspunkt, ob Strom ins Netz fließt (Überschuss) oder aus dem Netz bezogen wird (Defizit). Bei Überschuss wird der Speicher geladen. Bei Defizit wird der Speicher entladen.
Die Reaktionszeit liegt bei modernen Systemen bei unter einer Sekunde. Wenn der Wasserkocher eingeschaltet wird und plötzlich 2.000 Watt mehr verbraucht werden, erkennt der Wechselrichter das innerhalb von Millisekunden und erhöht die Speicherentladung entsprechend. Der Haushalt merkt keinen Unterschied zwischen Netzstrom und Speicherstrom.
Bei intelligenten Systemen (HEMS mit Wetterprognose) geht die Steuerung weiter: Wenn morgen ein sonniger Tag wird, hält das System den Speicher nachts etwas leerer, um tagsüber mehr Solarstrom aufnehmen zu können. Wenn morgen Regen angekündigt ist, lädt das System den Speicher heute voll, damit für morgen genug Reserve da ist.
Kapazität: Was kWh und nutzbare Kapazität bedeuten
Die Kapazität eines Speichers wird in Kilowattstunden (kWh) angegeben. Ein 10-kWh-Speicher kann theoretisch 10 kWh Strom speichern und wieder abgeben.
In der Praxis ist die nutzbare Kapazität etwas geringer als die Nennkapazität. Das BMS hält eine Reserve (5 bis 10 Prozent), um die Zellen vor Tiefentladung zu schützen. Ein 10-kWh-Speicher liefert also 9 bis 9,5 kWh nutzbare Kapazität. Seriöse Hersteller geben die nutzbare Kapazität im Datenblatt an, nicht nur die Nennkapazität.
Was 10 kWh im Haushalt bedeuten: Ein Vier-Personen-Haushalt verbraucht im Schnitt 12,3 kWh pro Tag. Davon fallen 5 bis 7 kWh auf die Abend- und Nachtstunden (18 bis 7 Uhr). Ein 10-kWh-Speicher deckt diesen Bedarf an den meisten Tagen ab. An Tagen mit besonders hohem Abendverbrauch (Besuch, Kochen für viele) reicht er nicht ganz, und der Rest kommt vom Netz.
Lade- und Entladeleistung
Die Leistung gibt an, wie schnell der Speicher geladen oder entladen werden kann. Ein Speicher mit 5 kW Lade-/Entladeleistung kann in einer Stunde 5 kWh aufnehmen oder abgeben. Um einen 10-kWh-Speicher komplett zu laden, braucht er also 2 Stunden bei voller Leistung.
Die meisten Heimspeicher haben 3 bis 5 kW Lade-/Entladeleistung. Für einen Haushalt mit 10-kWp-Anlage reicht das: Der typische Mittagsüberschuss liegt bei 3 bis 6 kW (Erzeugung minus Hausverbrauch), und der Abendverbrauch selten über 3 bis 4 kW (Kochen, Licht, Unterhaltung).
Bei größeren Verbrauchern (Wärmepumpe 2 bis 6 kW, Wallbox 3,7 bis 11 kW) kann die Entladeleistung zum Engpass werden. Wenn Wärmepumpe und Haushalt zusammen 6 kW ziehen und der Speicher nur 5 kW liefern kann, kommt 1 kW vom Netz. Das ist kein Problem, nur eine Frage der Dimensionierung. Wer Wärmepumpe und Wallbox hat, sollte einen Speicher mit mindestens 5 kW, besser 8 bis 10 kW Entladeleistung wählen.
Verluste: Was beim Speichern verloren geht
Kein Speicher ist verlustfrei. Bei jedem Lade- und Entladevorgang geht ein Teil der Energie als Wärme verloren. Der Gesamtwirkungsgrad (Round-Trip Efficiency) eines typischen LiFePO4-Heimspeichers liegt bei 85 bis 95 Prozent, abhängig vom System.
Verlustquellen: Umwandlungsverluste im Wechselrichter (2 bis 5 Prozent pro Umwandlung). Interne Verluste in der Batterie (2 bis 5 Prozent). Standby-Verbrauch der Elektronik (5 bis 50 Watt dauerhaft, je nach System). Verluste durch das BMS und die Kühlung (1 bis 2 Prozent).
Bei DC-Kopplung (Hybridwechselrichter) sind die Verluste geringer (Gesamtwirkungsgrad 92 bis 95 Prozent), weil der Strom nur einmal umgewandelt wird. Bei AC-Kopplung (separater Batterie-Wechselrichter) liegt der Gesamtwirkungsgrad bei 85 bis 90 Prozent, weil drei Umwandlungen stattfinden.
Was das konkret bedeutet: Bei 3.500 kWh, die jährlich durch den Speicher fließen, gehen bei 90 Prozent Wirkungsgrad 350 kWh als Wärme verloren. Bei 38 Cent pro kWh sind das 133 Euro pro Jahr an „Verlust-Strom“. Das ist in der Wirtschaftlichkeitsrechnung bereits enthalten (der Netto-Mehrertrag des Speichers berücksichtigt die Verluste), aber man sollte wissen, dass nicht jede kWh, die in den Speicher fließt, auch wieder herauskommt.
Lebensdauer und was danach kommt
LiFePO4-Speicher halten 15 bis 20 Jahre oder 6.000 bis 10.000 Vollzyklen. Was zuerst kommt, bestimmt das Lebensende. Bei einem Zyklus pro Tag (was in der Praxis selten exakt erreicht wird, manche Tage mehr, manche weniger) sind 6.000 Zyklen nach 16 Jahren erreicht.
Die Kapazität sinkt über die Zeit: Nach 10 Jahren hat ein gut gepflegter LiFePO4-Speicher noch 85 bis 90 Prozent der Anfangskapazität. Nach 15 Jahren 75 bis 85 Prozent. Ab einem gewissen Punkt lohnt sich der Tausch, weil die reduzierte Kapazität den Eigenverbrauch spürbar senkt.
Die Hersteller garantieren typischerweise 10 Jahre Garantie auf 60 bis 70 Prozent Restkapazität. In der Praxis halten die meisten Speicher deutlich besser als die Garantie verspricht.
Nach dem Lebensende werden die Batteriemodule ausgebaut und können entweder als Second-Life-Speicher weiterverwendet werden (in weniger anspruchsvollen Anwendungen wie Notstrom oder Netzstabilisierung) oder recycelt werden. Die Recyclingquote bei LiFePO4 liegt bei über 90 Prozent des Materialgewichts. Lithium, Eisen, Phosphat und Aluminium werden zurückgewonnen und können in neuen Batterien verwendet werden.
