Wohin mit dem Solarstrom?

Die Bedeutung von Speicher- und Batteriesystemen für die Energiewende

Prof. Dr. Eicke R. Weber

Die Stromerzeugung aus Photovoltaik hat in den letzten Jahren immer wieder die Erwartungen übertroffen, so dass es heute Situationen gibt, in denen Solarkraftwerke knapp die Hälfte des deutschen Strombedarfs decken, wie am Sonntag, dem 21. Juli 2013, mit 24 Gigawatt (GW) Einspeisung durch Photovoltaik (PV) bei einer Gesamtleistung von 50 GW.

Je höher der Anteil fluktuierender erneuerbarer Energien wird, desto lauter wird die Frage, wie das Stromnetz ertüchtigt werden muss, um weiter eine stabile Stromversorgung zu garantieren. Nicht immer muss gleich das Stromnetz ausgebaut werden, eine wichtige Rolle werden Speicher spielen, wie z.B. PV-Speicher. Hier wird ein kurzer Überblick über mögliche Techniken und ihren Einsatz in einem erneuerbaren Energiesystem dargestellt.

PV-Speicher entlasten die Netze

Ein erster Schritt, um die Schwankungen der Stromerzeugung bei fluktuierenden erneuerbaren Energien zu glätten, sind dezentrale PV-Speicher von 1-10 Kilowattstunde (kWh) Kapazität. Mit 50 Millionen? fördert die Bundesregierung seit Mai 2013 PV-Batteriesysteme. Schon letztes Jahr hat das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE im Rahmen einer Studie für den Bundesverband Solarwirtschaft BSW die Möglichkeiten dieser Technik und mögliche Kriterien für die Förderung untersucht. Eine finanzielle Förderung ist sehr sinnvoll, da die Kosten heute mit rund 1000 € pro installierter kWh an Speicherkapazität noch sehr hoch sind. Denkt man an die Kostenreduktion um den Faktor 5 in zehn Jahren bei der Photovoltaik, so scheint es dennoch sinnvoll und realistisch, Batteriesysteme in großem Maßstab einzusetzen. Die Technik ist heute schon sicher und marktfähig.

Rund 75% der Photovoltaik speisen in das Niederspannungsnetz ein. Sie werden meist vor Ort verbraucht, denn Erzeugung und Verbrauch decken sich weitgehend. Die Verteilnetze arbeiten bidirektional und können dabei bis zu 50 GW Photovoltaik ohne nennenswerte Engpässe aufnehmen. In Süddeutschland gibt es allerdings in Gebieten mit hoher PV-Anschlussdichte Bedarf an Netzertüchtigung, der mit PV-Speichern und anderen Maßnahmen vermieden werden könnte.

Dabei ist die Betriebsweise der Speicher entscheidend, damit das Netz tatsächlich entlastet wird. Heute werden wegen der Eigenverbrauchsregelung des Erneuerbaren-Energiegesetzes die über Nacht entleerten Speicher meist sofort am Vormittag geladen. Kommt die Mittagsspitze der Photovoltaik, sind sie schon voll und entlasten das Netz kaum. Bei der netzdienlichen Betriebsweise wird der Speicher erst mittags geladen und kappt so die Einspeisespitze. Der Betreiber hat dadurch in der Regel keine Nachteile, das Netz kann aber für eine deutlich geringere Spitzenbelastung ausgelegt werden. Diese Zusammenhänge zeigen, wie wichtig bei der Energiewende die Betrachtung des Gesamtsystems PV-Speicher-Netz ist. Die Speicher-Förderrichtlinie der KfW ( Merkblatt Erneuerbare Energien „Speicher“) greift die Netzdienlichkeit auf. Sie schreibt eine Begrenzung der Anschlussleistung des PV-Batteriesystems auf 60 % der Nominalleistung des Generators vor. Mit dieser netzoptimierten Betriebsweise könnten 100.000 PV-Speicher die installierbare PV-Kapazität ohne Netzausbau um 66 % erhöhen.

Neben der Kappung der Spitzeneinspeisung am Mittag können PV-Batteriesysteme die am Abend auftretende Netzbezugsspitze durch Entladung der Speicher senken. Beide Effekte hätten langfristig zur Folge, dass der Zubau von netzoptimierten PV-Batteriesystemen zu einer Verstetigung der residualen Last führt. Abb.2 zeigt unsere Simulationsergebnisse für 50.000 kleine PV-Speicher. Man sieht, wie die Spitze der PV-Erzeugung durch Speicheraufladung reduziert wird und in den Abendstunden das Tal füllt. Die Netzspitze an einem regionalen Knoten wird damit von gut 110 MW auf 60 MW reduziert.

Überblick Speichertechniken
Zwar sind kleine dezentrale Batteriespeicher bei entsprechenden Stückzahlen durchaus auch energiewirtschaftlich relevant, doch brauchen wir für ein technisch und wirtschaftlich optimales System viele Arten und Größen von Speichern. Abb.3 zeigt in einem doppelt logarithmischen Maßstab, das ganze Portfolio an Technologien, das es für die verschiedenen Anforderungen an Stromspeicher gibt. […]