Dynamische Stromtarife in Kombination mit Photovoltaikanlagen: Wirkungsgrade der Wechselrichter werden wichtiger

Mit einem dynamischen Stromtarif können Haushalte mit Batteriespeicher von Preisschwankungen an der Strombörse profitieren. Das Ziel: Mit günstigem Netzstrom die Batterie laden und in Hochpreisphasen die elektrischen Verbraucher mit dem zwischengespeicherten Strom versorgen. Wann sich für Haushalte mit dynamischen Stromtarifen die Batterie­ladung mit Netzstrom lohnt, hängt allerdings unter anderem von der Höhe der mittleren Strompreise beim Laden und Entladen sowie von der Höhe der Umwandlungsverluste ab. Je geringer der Systemwirkungsgrad der Netzstromspeicherung ist, desto höher muss die Differenz des dynamischen Stromtarifs zwischen dem Lade- und Entladezeitraum sein.

Darf Netzstrom in die Batterie fließen?

Ja. Batteriesysteme, die in Kombination mit einer Photovoltaik­anlage betrieben werden, können auch mit Strom aus dem Netz geladen werden. Für Privathaushalte mit Stromspeicher kann sich ein finanzieller Vorteil ergeben, wenn der Haushalt mit einem intelligenten Messsystem ausgestattet ist und einen dynamischen Stromtarif abgeschlossen hat. Der Batteriespeicher nimmt dann in preisgünstigen Zeiten Strom aus dem Netz auf und versorgt damit zu einem späteren Zeitpunkt, wenn der Strom aus dem Netz mehr kostet, die elektrischen Verbraucher.

Einsatzfahrplan für den Batteriespeicher

Wann und mit welcher Leistung der Batteriespeicher beladen wird, entscheidet ein intelligentes Energiemanagementsystem. Für die automatisierte Erstellung des kostenoptimalen Einsatzfahrplans für die folgenden Stunden und für die kontinuierliche Aktualisierung benötigt es:

• Informationen zum aktuellen Batterieladezustand und somit zum verfügbaren Energieinhalt des Batteriespeichers
• Regelmäßig aktualisierte Prognosen des zeitlichen Verlaufs des Stromverbrauchs des Haushalts und des Erzeugungsprofils der Photovoltaikanlage unter Berücksichtigung der Wetterlage für die nächsten ein bis zwei Tage
• Prognose des viertelstündlich aufgelösten Strompreises für den aktuellen Tag sowie für den Folgetag
• Technische Eigenschaften des Stromspeichers: nominale Lade- und Entladeleistung sowie die Wirkungsgrade des Wechselrichters je nach Höhe der Leistung, insbesondere im Entladebetrieb

Die Ladeplanung kann dabei unterschiedlich intelligent ausfallen: von einfachen Schwellwertregelungen bis zu mathematischen Optimierungsalgorithmen. Ob das Laden mit Netzstrom energetisch, ökologisch und ökonomisch sinnvoll ist, hängt unter anderem davon ab, wie gut die zugrunde liegenden Algorithmen sind und wie effizient der Strom gespeichert wird.

Der Einfluss der Lade- und Entladeleistung

Die Speichersysteme nehmen in der Regel bei hoher Ladeleistung die Energie aus dem Netz auf. Im oberen Leistungsbereich ist der Wirkungsgrad weitestgehend konstant und liegt bei effizienten Wechselrichtern über 95 Prozent. Ob die Netzstromspeicherung finanziell vorteilhaft ist, hängt somit vor allem von der Höhe der Entladeleistung ab. Klar ist: Der Solarstromspeicher wird vor allem in den Abend- und Nachtstunden den Haushalt mit Energie versorgen. Der Stromverbrauch ist dabei jedoch in der Regel auf wenige hundert Watt beschränkt, wie die Stromspeicher-Inspektion 2024 zeigt. Selbst bei hocheffizienten Systemen fällt der Entladewirkungsgrad bei einer Ausgangsleistung von 500 Watt unter 95 Prozent und unterhalb von 300 Watt sogar auf unter 90 Prozent.

Das Einmaleins der Netzstromspeicherung

Wie effizient unterschiedliche Batteriesysteme Netzstrom speichern können, lässt sich vereinfacht durch die Multiplikation der mittleren Wirkungsgrade des Lade- und Entladevorgangs sowie der Batteriespeicherung ermitteln. Zwei Beispiele für verschiedene Wirkungsgradkonstellationen:

• Der mittlere Ladewirkungsgrad zweier unterschiedlich effizienter Systeme liegt bei einer Ladeleistung von 4 Kilowatt bei 98 Prozent und 94 Prozent,
• der Batteriewirkungsgrad bei 95 Prozent und der
• mittlere Entladewirkungsgrad bei einer Leistung von 200 Watt bei 85 Prozent und 70 Prozent.

Der resultierende Systemwirkungsgrad für die Netzstromspeicherung liegt demnach für das hocheffiziente Speichersystem bei 79 Prozent. Beim weniger effizienten Batteriesystem sind es 63 Prozent (Grafik 1). Systemwirkungsgrade oberhalb von 80 Prozent sind in der Regel nur erreichbar, wenn der Wechselrichterwirkungsgrad beim Entladen oberhalb von 90 Prozent liegt.

Wie effizient muss die Netzstromspeicherung sein?

Klar ist: Aufgrund der Umwandlungsverluste beim Speichern muss der Strompreis während des Ladevorgangs niedriger als der Preis während des Entladevorgangs sein. Mit einem intelligenten Energiemanagementsystem lässt sich die Batterie mit Netzstrom automatisiert in Niedrigpreisphasen laden. Die Entladung des Speichersystems erfolgt in der Regel in den Abendstunden bei dynamischen Strompreisen oberhalb von 30 Cent pro Kilowattstunde.

Für einen finanziell vorteilhaften Betrieb muss die Preisdifferenz zwischen dem Lade- und Entladezeitraum allerdings hoch genug sein, um zumindest die Batteriesystemverluste zu kompensieren, wie Grafik 2 und die folgenden Beispiele zeigen:

• Beispiel 1: Der Systemwirkungsgrad liegt bei 70 Prozent und der mittlere Strompreis während der Batterieladung mit Netzstrom bei 28 Cent pro Kilowattstunde. In diesem Fall lohnt sich die Netzstromspeicherung nur, wenn der mittlere Strompreis während der Batterieentladung oberhalb von 40 Cent pro Kilowattstunde (gelbe Linie) liegt.
• Beispiel 2: Das Speichersystem wurde mit 24 Cent pro Kilowattstunde aus dem Stromnetz beladen und soll in einem Zeitraum mit dynamischen Strompreisen von 30 Cent pro Kilowattstunde (dunkelgrüne Linie) entladen werden. Der Systemwirkungsgrad muss in diesem Szenario größer als 80 Prozent sein. Wird das Batteriesystem in der Nacht zum Beispiel mit einer Leistung von durchschnittlich 200 Watt entladen, ist selbst bei einigen hocheffizienten Solarstromspeichern die Netzstromspeicherung nicht ökonomisch vorteilhaft.

Bei genauer Analyse fällt zudem auf: Bei einem Systemwirkungsgrad von 60 Prozent muss die mittlere Preisdifferenz zwischen der Batterieladung und -entladung mindestens 14 Cent pro Kilowattstunde betragen, anderenfalls lohnt sich die Netzstromspeicherung nicht. Beträgt der Systemwirkungsgrad 70 Prozent, liegt der minimal erforderliche Preisunterschied nur bei neun Cent pro Kilowattstunde.

Ob sich für Haushalte mit dynamischen Stromtarifen die Batterieladung mit Netzstrom lohnt, hängt von der Höhe der Strompreise beim Laden und Entladen sowie von der Höhe der Umwandlungsverluste ab. Energiemanagementsysteme sollten daher die Abhängigkeit der Wirkungsgradverluste von der Höhe der Lade- und Entladeleistung berücksichtigen, damit möglichst hohe Stromkosten durch die preisoptimierte Ladung mit Netzstrom eingespart werden. (Nico Orth, Johannes Weniger)

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