Balkonkraftwerk Teil 19: Speicher für Balkonkraftwerke

Auf die Frage nach Speichersystemen für Balkonkraftwerke hätte ich vor einem Jahr, also Mitte 2024, noch zur Vorsicht gemahnt und zu genaueren Berechnungen geraten. Damals hatte ich durchaus noch die Gefahr gesehen, dass ein Speicher sein Lebensende erreichen würde noch bevor er sich amortisiert hat.

Aber wie schaut es heute aus? Sind Speicher für Balkonkraftwerke immer noch als Hobby zu betrachten? Etwas, das man aus technischem Interesse heraus betreibt oder weil man seinen Solarstrom nicht ins Netz verschenken möchte? Oder sind BKW-Speicher inzwischen tatsächlich wirtschaftlich und damit auch denen anzuraten, die damit Geld sparen wollen?

Um diese und weitere Fragen aus dem Themenbereich „Speicher für Balkonkraftwerke“ geht es in dieser Artikelserie und am Ende sollte der Leser Antworten haben auf die Fragen:

  • Was für Speichersysteme gibt es überhaupt?
  • Lohnt sich ein BKW mit Speicher?
  • In welchem Zeitrahmen amortisiert sich ein Speichersystem?
  • Von welchen Faktoren ist die Amortisation abhängig?
  • Was ist die optimale Speichergröße für ein Balkonkraftwerk?
  • Welche Modulausrichtung ist optimal beim Betrieb eines Speichers?

Balkonkraftwerk Speicher – ein ziemlich umfangreiches Thema

Wenn es um Speichersysteme im BKW-Umfeld geht, gibt es viele Aspekte, die betrachtet werden sollten. Das passt nicht alles in einen einzelnen Artikel, so dass ich einige Betrachtungen in eigene Unterartikel ausgliedere. Die kann der geneigte Leser sich der Reihe nach ansehen. Zum Thema Speichersysteme gibt es folgende Artikel:

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Worum geht es in dieser Artikelserie nicht?

Wir bleiben hier ausschließlich bei Balkonkraftwerken, das bedeutet 800W Wechselrichterleistung und max. 2000Wp Modulleistung. Andere Speicher, also portable Power-Stations, Inselanlagen oder Gebäudespeicher für Dach-PV-Anlagen sind nicht das Thema. Dies wird auch kein Einkaufsführer, in dem einzelne Systeme beurteilt oder empfohlen werden. Wir schauen uns zwar verschiedene Speicher-Konzepte (AC- und DC-Speicher) an, aber eher auf Ebene der Speicher-Typen und nicht einzelner Geräte und Hersteller. Trotzdem wird es aber zur Illustration durchaus beispielhafte Nennungen von einzelnen realen Geräten geben.

Wir sprechen hier auch weniger über Balkonkraftwerke an sich, also die Klassiker ohne Speicher. Wer sich damit noch nicht auskennt, der kann gerne in dieser Artikelserie an den Anfang gehen für die grundlegenden Dinge zum BKW.

Motivation

Warum sollte man sich überhaupt einen Speicher zulegen?

Nicht aus Gründen schneller Amortisation, das kann ich hier schon vorausschicken. Und auch nicht um Energie-autark zu werden.

Mit einem Speicher lässt sich der Eigennutzungsgrad eines Balkonkraftwerks erhöhen, oder mit einfachen Worten: Mit Speicher kann man seinen eigenen Strom auch in der Nacht nutzen. Und – für den einen oder anderen mag das wichtig sein – mit einem entsprechend ausgestattetem System erlangt man auch eine gewisse Notstromfähigkeit.

Speicher Grundlagen

Zu Beginn ein paar Facts, die man einmal gehört haben sollte: Alles, was heute als Balkonkraftwerk-Speicher verkauft wird, basiert auf Lithium-Eisenphosphat-Akkumulator-Zellen (LiFePO4). Das sind nicht die Speicherzellen, die wir im E-Auto oder im Smartphone haben und auch keine Starterbatterien für Verbrennungsmotoren. LiFePO4 Zellen brennen nicht, haben keinen Memoryeffekt, schaffen wesentlich mehr Ladezyklen (4000-6000 Zyklen) als beispielsweise Bleibatterien, können tiefer entladen werden, haben hohen Wirkungsgrad, hohe Speicherdichte und geringe Selbstentladung.

Aber LiFePO4 Batterien sind im Vergleich zu anderen Akku-Typen nicht ganz billig und sie können nicht bei Minustemperaturen geladen werden. Sie sollten deshalb besser im Haus aufgestellt werden oder über eine Heizung verfügen.

Einspeisekonzepte

Während bei einem BKW ohne Speicher die Energie, die nicht genutzt wird, einfach ohne Bezahlung ins Netz abgegeben wird, möchte man bei einem Speichersystem natürlich vermeiden, dass sich der Speicher ungenutzt ins Netz entleert. Dazu gibt es grob drei Konzepte:

  • Verbrauchersteuerung; hier wird ein Verbraucher zugeschaltet, wenn genug Solarenergie vorhanden ist oder ein Verbraucher fordert selbst Energie aus dem Speicher an.
  • Fixeinspeisung oder Zeitsteuerung; hier wird eine konstante Leistung ins Wohnungsnetz abgegeben, ggf. zeitgesteuert.
  • Automatische Steuerung; hier folgt die Energieabgabe aus dem Speicher automatisch dem Verbrauch aller Geräte im Haushalt.

Diese Konzepte werden im nächsten Artikel zur Methodik näher erklärt.

Typen von Balkonkraftwerk Speichern

Auch wenn die Grundlage immer eine Batterie von LiFePO4-Zellen bildet, so sind die Konzepte, wie damit Balkonkraftwerke aufgebaut werden können, recht unterschiedlich. Nachfolgend werden einige davon vorgestellt und ihre Vor- und Nachteile benannt.

Sie unterteilen sich grob in DC- und AC-Speicher. DC meint hier Gleichstrom (direct current), der Speicher hängt also direkt an den Modulen. AC ist Wechselstrom (alternating current), der Speicher lädt und entlädt über die 230V Leitung.

1. Balkonkraftwerk mit DC-Speicher, aufgebaut aus Einzelkomponenten

So wie im folgenden Bild hätte man früher ein BKW mit Speicher aufgebaut. Wir haben die typischen Komponenten eines Balkonkraftwerks, also Module, Wechselrichter und die Einspeisung ins Netz. Die bleiben erhalten und dazwischen kommt die Batterie mit einem Laderegler und einer Steuerung, die optional mit einem Smartmeter über die aktuelle Netzeinspeisung informiert wird.

Erforderlich ist bei diesem Konzept ein Wechselrichter, der in seiner Leistungsabgabe gesteuert werden kann, damit nicht zu viel Speicherstrom ungenutzt ins Netz abgegeben wird. Und eine Steuerung, die das übernehmen kann, zum Beispiel OpenDTU on Battery.

Der Vorteil bei diesem Konzept liegt darin, dass alle Komponenten eines Balkonkraftwerks weiter in Benutzung bleiben können und der Speicher einfach dazu installiert wird. Durch Ankopplung der Module über den Laderegler kann der Speicher mit höherer Leistung als 800W geladen werden.

Nachteilig ist die Komplexität des Systems, das eine Fehlersuche schwierig macht. Zu empfehlen ist der Aufbau eigentlich nur Leuten mit Erfahrung.

2. DC-Speichersystem mit einem externen Wechselrichter

Im Vergleich zum vorhergehenden System sind hier einige Einzelkomponenten in das Gehäuse des Speichers gewandert. Die dort sitzende Steuerung hat direkte Kontrolle über Laderegler und Batterie. Nur der Wechselrichter verbleibt als externes Gerät. Das Smartmeter ist wieder optional, wenn eine automatische Steuerung anhand des Verbrauchs gewünscht wird.

Der Wechselrichter wird hier nicht leistungsgesteuert, er kann permanent auf 800W eingestellt bleiben. Die Regelung der Batterieabgabe passiert im Speichersystem. Trotzdem muss der Wechselrichter zum Speichersystem passen, der erwartet ja an sich Solarmodule an seinen Eingängen und der Speicher muss sich so verhalten, dass der WR auch mit dessen Leistungsabgabe arbeiten kann.

Vorteil: Auch hier kann ein bereits vorhandener Wechselrichter weiter verwendet werden und von der Anzahl der Einzelkomponenten her ist das Konzept weniger komplex als das vorhergehende. Durch Ankopplung der Module über den Laderegler kann der Speicher mit höherer Leistung als 800W geladen werden.

Nachteil: Auch hier gibt es noch eine an sich überflüssige Schnittstelle zwischen Batteriesystem und Wechselrichter.

Beispiele: Growatt NOAH 2000, Marstek Saturn B2500-D, Maxxisun Maxxicharge 5.0, Zendure AIO 2400

3. DC-Speicher Komplettsystem

Wer sich gleich beim Kauf des Balkonkraftwerks für einen Speicher entscheidet, kann zu einem Komplettsystem greifen und muss sich nicht mit Einzelkomponenten abgeben. Selbst das Smartmeter ist oft im Paket bereits mit enthalten.

Hier hat man ein Gerät, an das die Solarmodule angesteckt werden und dessen Stecker in die Steckdose kommt. Also denkbar simpel – abgesehen vom Smartmeter, das ein Elektriker einbauen muss.

Vorteile: Alles einfach und integriert. Dadurch wenig Steckkontakte und ein einheitliches Monitoring unter einer Oberfläche. Durch direkte Ankopplung der Module kann der Speicher mit mehr Leistung als 800W geladen werden.

Nachteile: Oft ist das die teuerste Lösung und ein evtl. vorhandener Wechselrichter kann nicht weiter verwendet werden.

Beispiele: Anker Solix Solarbank 2 und 3 pro, Zendure Hyper 2000, Marstek Jupiter C

4. AC-Speicher

Beim AC-Speicher bleibt ein vorhandenes Balkonkraftwerk völlig unangetastet. Der AC-Speicher ist ein Zusatzgerät, das einfach in eine weitere Schukosteckdose gesteckt wird. BKW und Speicher laufen quasi neben einander her.

Per Smartmeter kann der Speicher aber Solarüberschuss erkennen und ihn zum Laden der Batterie verwenden. Und umgekehrt wird so die Leistungsabgabe anhand des Verbrauchs gesteuert.

Vorteile: Sehr einfach zu integrieren, da ein vorhandenes BKW nicht verändert wird. Die Module müssen auch nicht in die Wohnung zum Speicher geführt werden. Das vereinfacht die Verkabelung, auch wenn der Speicher zum Beispiel im Keller steht.

Nachteile: Da ein BKW-Wechselrichter nur eine Maximalleistung von 800W haben darf, kann bei diesem Konzept die Batterie auch nur mit maximal 800W (abzgl. der Verbraucher) geladen werden. Die mehrfache Wandlung von Gleich- in Wechselstrom und zurück bewirkt zusätzlich höhere Systemverluste.

Beispiele: Marstek Venus-C / E, EcoFlow STREAM AC

5. AC-Speicher mit direkter Wechselrichter-Ankopplung

Dieses Konzept ist etwas exotisch, gleichzeitig aber auch pfiffig. Es handelt sich erst mal um einen typischen AC-Speicher, der aber für den Wechselrichter einen eigenen AC-Eingang bereit stellt. Der Wechselrichter hängt weiterhin an den Solarmodulen, wird aber bei der Installation von der Netz-Schukosteckdose direkt in den Speicher umgesteckt.

Da der Wechselrichter nun direkt in den Speicher und nicht mehr ins öffentliche Netz einspeist, gilt für ihn auch keine 800W Leistungsbegrenzung. Man könnte hier einen 2000W Wechselrichter einsetzen und so den großen Nachteil des klassischen AC-Speichers beheben. Dafür braucht es zwar wieder örtliche Nähe zwischen Wechselrichter und Speicher, aber per 230V-Kabel kann man mehr Strecke bewältigen als mit den Modulkabeln.

Vorteile: Der Speicher ist nachträglich installierbar unter Verwendung des bisherigen oder eines stärkeren Wechselrichters. Die Leitungsführung zu einem innen liegenden Speicher ist per AC-Kabel leichter und verlustärmer als mit mehreren DC-Leitungen. Die 800W Ladebegrenzung des klassischen AC-Speichers gibt es hier nicht.

Nachteil: Auch hier führt die Mehrfachwandlung DC-AC zu höheren Verlusten, als bei einem DC-Speicher.

Beispiel: Hoymiles MS-A2

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Welcher Speicher-Typ ist der Beste?

Gut oder schlecht gibt es hier eigentlich nicht, jeder der vorgestellten Balkonkraftwerk-Speicher-Typen hat seine Berechtigung. Bei einer Kaufentscheidung sollte man also von den eigenen örtlichen Gegebenheiten ausgehen und folgende Erwägungen in Betracht ziehen:

  • Handelt es sich um einen Neukauf? Wenn keine bereits vorhandenen BKW-Komponenten integriert werden müssen, dann hat es einen gewissen Charme, ein DC-Speicher-Komplettsystem nach Modell 3 zu nehmen. Hier ist alles an Bord, man spart Verkabelungsaufwand und Ärger bei der Fehlersuche.
  • Soll ein vorhandener Wechselrichter weiter verwendet werden? Dann bietet sich ein DC-Speichersystem nach Modell 2 an, welches mit dem vorhandenen Wechselrichter kompatibel ist.
  • Ist es nicht möglich 4×2 Solarleitungen ins Haus, in den Keller oder in die Garage zu verlegen, so könnte man entweder überlegen, ein beheizbares und wetterfestes Batteriesystem nach Modell 3 am Balkon aufzustellen, oder zu einem AC-System nach Modell 5 zu greifen, wenn die Verlegung einer dedizierten 230V Leitung ins Haus möglich ist.
  • Bei großer räumlicher Entfernung zwischen den Modulen und dem Speichersystem bleibt aber oft nur ein AC-Speicher nach Modell 4. Wobei das vom Energieertrag her die schlechteste Lösung darstellt.

Oder anders ausgedrückt:

  • Wenn immer möglich, ist ein DC-gekoppelter Speicher einem AC-Speicher vozuziehen.
  • Und wenn man sich das Leben leichter machen möchte, nimmt man besser ein System mit möglichst wenigen Einzelkomponenten.

Natürlich spielen bei einer Kaufentscheidung auch die Speichergröße und der Kaufpreis eine Rolle, und darum wird es in den folgenden Artikeln gehen.

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