Stromspeicher-Inspektor

Begriffserläuterungen

• Batterieanbindung

  Die Einbindung des Batteriespeichers in das PV-Speichersystem kann sowohl gleichstromseitig (englisch: direct current, DC) als auch wechselstromseitig (englisch: alternating current, AC) erfolgen. Während PV-Anlage und Batteriespeicher bei einer DC-seitigen Kopplung über einen einzigen sogenannten Hybridwechselrichter direkt miteinander verbunden sind, sind sie bei einer AC-seitigen Anbindung über das hausinterne Wechselstromnetz verknüpft. Somit sind bei der AC-Kopplung zwei Wechselrichter nötig. Zum einen der PV-Wechselrichter, um den von der PV-Anlage generierten Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln und in das lokale Hausnetz einspeisen zu können. Zum anderen bedarf es einen Batteriewechselrichter, der die Energieflüsse zwischen Batteriespeicher und Hausnetz ermöglicht.

  

• Speicherkapazität

  Die aus einem Batteriespeicher entnehmbare Energiemenge wird umgangssprachlich auch als nutzbare Speicherkapazität bezeichnet. Diese Größe beeinflusst maßgeblich die Fähigkeit eines Batteriespeichers, tagsüber Solarstromüberschüsse aufzunehmen, um damit die elektrischen Verbraucher in den Abend- und Nachtstunden zu versorgen. Der Batteriespeicher muss daher sowohl passend zur Höhe des Stromverbrauchs als auch passend zur Größe der PV-Anlage dimensioniert werden. Die Kapazität wird in Kilowattstunden (kWh) angegeben.

• Entladeleistung

  Die Entladeleistung wird als die kontinuierliche Leistungsabgabe eines Batteriespeichers im Entladebetrieb definiert. Ihre Limitierung hat einen maßgeblichen Einfluss auf das Betriebsverhalten eines PV-Batteriesystems. So kann eine zu starke Begrenzung der Batterieentladeleistung zur Folge haben, dass Lastspitzen nur teilweise durch den Batteriespeicher gedeckt werden. Insbesondere bei Verbrauchern mit einem hohen Strombedarf, wie beispielsweise einem E-Auto, kann eine höhere Entladeleistung ratsam sein. In der Regel gilt: Je kleiner das Verhältnis von nominaler Entladeleistung zu nutzbarer Speicherkapazität ist, desto stärker wird der Energiedurchsatz des Batteriespeichers durch die Leistungsbegrenzung beeinträchtigt. In Wohngebäuden ist allerdings in den meisten Fällen eine Speicherleistung von 0,5 kW je 1 kWh Speicherkapazität ausreichend.

• PV-Ausgangsleistung

  Die nominale PV-Ausgangsleistung ist die AC-seitige Nennleistungsabgabe des Hybridwechselrichters. Sie entscheidet über die maximale Leistungsabgabe des PV-Generators. Bei AC-seitig gekoppelten Systemen variiert sie je nach installiertem PV-Wechselrichter und ist deshalb im Stromspeicher-Inspektor nicht aufgeführt.

• Effizienzklasse

  Die Einteilung von PV-Speichersystemen in die Effizienzklassen A (sehr effizient) bis G (weniger effizient) vereinfacht die Suche nach effizienten Produkten. Grundlage der Effizienzklassifizierung ist der System Performance Index (SPI), der je nach Systemdimensionierung für die 5-kW- oder 10-kW-Leistungsklasse ermittelt wird. Die ermittelten Werte für den SPI (5 kW) und SPI (10 kW) sind aufgrund der unterschiedlichen Rahmenbedingungen der beiden Referenzfälle nicht vergleichbar. Daher wurden unterschiedlichen Schwellenwerte zum Erreichen der einzelnen Effizienzklassen für die beiden Leistungsklassen definiert.

  Die PV-Speichersysteme werden je nach SPI (5 kW) und SPI (10 kW) den Effizienzklassen A bis G zugeordnet.

  Effizienzklasse	SPI (5 kW)	SPI (10 kW)
  A	≥ 92,5 %	≥ 94,5 %
  B	≥ 90,5 %	≥ 93,5 %
  C	≥ 88,5 %	≥ 92,5 %
  D	≥ 86,5 %	≥ 91,5 %
  E	≥ 84,5 %	≥ 90,5 %
  F	≥ 82,5 %	≥ 89,5 %
  G	< 82,5 %	< 89,5 %

• System Performance Index (SPI)

  Der System Performance Index, kurz SPI, ist eine an der HTW Berlin entwickelte Kennzahl zur Effizienzbewertung von PV-Speichersystemen. Der SPI stellt die Betriebsergebnisse eines realen Systems dem idealen Betriebsverhalten eines baugleichen aber verlustfreien Systems gegenüber. Im Gegensatz zu anderen Kennzahlen basiert der SPI auf dem Ansatz, die Energieverluste und demzufolge die Energieeffizienz von PV-Batteriesystemen anhand des resultierenden Energieaustauschs mit dem Netz zu bewerten. Im verlustfreien Idealfall ergibt sich ein SPI von 100 %. Aufgrund von Dimensionierungs-, Umwandlungs-, Regelungs- und Bereitschaftsverlusten reduziert sich der SPI allerdings in der Praxis, wobei die unterschiedlichen Effizienzverluste entsprechend ihrer finanziellen Auswirkungen gewichtet werden.

  Um den teilweise sehr unterschiedlichen Systemdimensionierungen der PV-Speichersysteme im Feld gerecht zu werden, wurden 2 unterschiedliche Referenzfälle zur Effizienzbewertung mit dem SPI eingeführt. Diese unterscheiden sich zum einen in der Dimensionierung der PV Anlage (5 kW und 10 kW). Zum anderen variiert die Höhe und Zusammensetzung des Gesamtstrombedarfs: 5010 kWh/a und 9362 kWh/a. Die PV-Anlagengröße ist ausschlaggebend für die Bezeichnung der Kennzahlen SPI (5 kW) und SPI (10 kW). Für den Vergleich werden die AC-gekoppelten Systeme in Kombination mit den PV-Wechselrichtern SMA Sunny Boy 5.0 (1. Referenzfall) oder SMA Sunny Tripower 10.0 (2. Referenzfall) bewertet.

• mittlere Umwandlungswirkungsgrade

  Mit den sogenannten mittleren Pfadwirkungsgraden wird der Ansatz verfolgt, die auslastungsabhängigen Wirkungsgrade für jeden Energieumwandlungspfad in einem Durchschnittswert zusammenzufassen. Es wird unterschieden zwischen den Umwandlungsverlusten der PV-Einspeisung, der direkten PV-Batterieladung, der AC-Batterieladung und -entladung sowie den Verlusten, die in dem Batteriespeicher auftreten und sich im Batteriewirkungsgrad widerspiegeln.

• Einschwingzeit

  Nach einer sprunghaften Änderung der elektrischen Last kommt es aufgrund der Erfassung und Verarbeitung der Messwerte zu einem Zeitverzug, bis das Batteriesystem seine Leistungsaufnahme oder -abgabe anpasst. Der Zeitraum bis die Batterieleistung auf den neuen Sollwert eingestellt und der Einschwingvorgang vollständig abgeschlossen ist, wird auch als Einschwingzeit bezeichnet. Geringe Einschwingzeiten sind insbesondere bei häufigen Lastspitzen und Leistungsschwankungen vorteilhaft.

• Stand-by-Verbrauch

  Der Stand-by-Verbrauch beschreibt die summierte Leistungsaufnahme der Teilkomponenten des PV-Speichersystems bei entladenem Batteriespeicher. Die Stand-by-Leistung des Speichersystems kann DC-seitig über die weitere Entladung des Batteriespeichers oder AC-seitig aus dem Stromnetz gedeckt werden. Da der Batteriespeicher jährlich rund 1250 h bis 3500 h im entladenen Zustand verweilt, sollten Sie auf eine geringe Leistungsaufnahme der Systemkomponenten im Stand-by-Modus achten.

  Weitere Systemkomponenten, wie externe Energiemanager oder Leistungssensoren, beziehen ebenfalls Strom aus dem Netz, und das in der Regel über das gesamte Jahr. Bei den AC-gekoppelten Speichersystemen wird zusätzlich ein PV-Wechselrichter benötigt, dessen Stand-by-Leistungsaufnahme je nach Gerät variiert und nicht in dem dargestellten Wert enthalten ist.