Die Hochschule für Technik und Wirtschaft (HTW) Berlin ist eine führende Einrichtung in der Forschung und Entwicklung von Energietechnologien. Sie führt die jährliche Stromspeicher-Inspektion durch, eine detaillierte Studie, die die Leistung verschiedener Stromspeichertypen bewertet.
Die Inspektion 2023, auf die wir uns heute fokussieren, hat besonders aufschlussreiche Ergebnisse geliefert. In diesem Beitrag werden wir die zentralen Erkenntnisse der Studie für dich aufbereiten.
Die wichtigsten Kernaussagen der Studie kurz & knapp zusammengefasst:
- Zusammen mit den PV-Anlagen ist die Anzahl der installierten Batteriesysteme stark gestiegen, 2022 wurden über 197.000 Speichersysteme in Betrieb genommen.
- Es gibt einen Trend zu größeren Anlagen und Batteriesystemen. Die durchschnittliche Größe der installierten PV-Anlagen ist in 2 Jahren von 8,3 kW auf 9,1 kW gestiegen. Die durchschnittliche Nennleistung der installierten Batteriesysteme stieg von etwa 4,1 kW im Jahr 2019 auf 5,3 kW im Jahr 2022.
- Die Bewertung der Systeme erfolgte mittels des System Performance Index (SPI), welcher die Fähigkeit des Systems misst, den Netzverbrauch zu senken und gleichzeitig eine hohe Einspeisung in das Netz zu gewährleisten.
- Lithium-Ionen-Batterien zeigten sich in den Untersuchungen als die leistungsfähigsten und effizientesten Stromspeicher, wobei alternative Batterietechnologien wie Natrium-Ionen- und Natrium-Nickelchlorid-Systeme höhere Energieverluste aufwiesen.
- In der 10 kW-Leistungsklasse hat das DC-gekoppelte Speichersystem von RCT Power den ersten Platz mit einem SPI von 96,4 % erzielt.
- In der 5 kW-Leistungsklasse konnte sich RCT Power Power Storage DC 6.0 den Spitzenplatz sichern.
Analyse des deutschen Stromspeichermarktes: Wo stehen wir heute?
Der Stromspeichermarkt in Deutschland hat in den letzten Jahren eine bemerkenswerte Entwicklung durchlaufen. Vor allem der Markt für privat betriebene Photovoltaikanlagen (PV-Anlagen) und Stromspeichersysteme hat einen starken Zuwachs erlebt.
Wie hat sich die Anzahl der PV-Installationen verändert?
Beginnen wir im Jahr 2019, als Deutschland rund 90.000 neue PV-Dachanlagen hinzufügte. Doch das war nur der Anfang. Über die nächsten vier Jahre hat sich die Anzahl der jährlichen Neuinstallationen verdreifacht!
Im Jahr 2022 wurden über 269.000 PV-Anlagen mit einer Nennleistung zwischen 2 kW und 20 kW installiert. Dies entspricht einemdurchschnittlichen jährlichen Wachstum von 46% seit 2019.
Und wie sieht es mit der installierten Kapazität aus?
Aber es geht nicht nur um die schiere Menge der installierten Anlagen. Auch die installierte Leistung und Kapazität haben zugenommen. Insgesamt wurden 2022 PV-Anlagen mit einer Gesamtleistung von 2,5 Gigawatt (GW) hinzugefügt. Mit den PV-Anlagen ist auch die Anzahl der installierten Batteriesysteme rasant gestiegen. Allein im Jahr 2022 wurden über 197.000 Speichersysteme mit einer kumulierten Speicherkapazität von 1,6 Gigawattstunden (GWh) in Betrieb genommen.
Werden PV-Anlagen und Batteriespeicher größer?
Ebenso interessant ist der Trend zu größeren Anlagen und Batteriesystemen. Die durchschnittliche Größe der installierten PV-Anlagen ist in 2 Jahren von 8,3 kW auf 9,1 kW gestiegen. Auch die Batteriespeicher werden leistungsfähiger: Die durchschnittliche Nennleistung der installierten Batteriesysteme stieg von rund 4,1 kW im Jahr 2019 auf 5,3 kW im Jahr 2022.
Welche Rolle spielen Änderungen im Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG)?
Es ist auch erwähnenswert, dass die Änderungen im Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) im Jahr 2021 dazu beigetragen haben, dass mehr PV-Anlagen mit Nennleistungen über 10 kW installiert wurden. Dies ist ein erfreulicher Trend, da größere Anlagen mehr Energie erzeugen und somit einen größeren Beitrag zur Energiewende leisten können.
Insgesamt zeigt diese Untersuchung, dass Deutschland auf dem richtigen Weg ist, um die Vorteile erneuerbarer Energien und der Energiespeicherung voll auszuschöpfen.
Welche Stromspeicher wurden in der Studie untersucht?
In der Welt der Stromspeicher gibt es eine Vielzahl von Technologien, die uns helfen, Energie effizient zu speichern und zu nutzen. In der Stromspeicher-Inspektion 2023 der HTW Berlin wurden zwei Haupttypen von Batterietechnologien ins Visier genommen: Lithium-Ionen-Batterien und alternative Batterietechnologien. Lass uns diese näher betrachten.
Lithium-Ionen Batterien
Das Hauptaugenmerk der Inspektion lag auf Lithium-Ionen-Batterien. Diese Technologie ist heutzutage weit verbreitet und wird wegen ihrer hohen Energiedichte und Langlebigkeit geschätzt. Lithium-Ionen-Batterien finden Anwendung in vielen Bereichen, von unseren Handys und Laptops bis hin zu Elektroautos und Hausspeichersystemen.
Alternative Batterietechnologien
Doch die Inspektion 2023 ging noch einen Schritt weiter. Zusammen mit dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) wurden auch alternative Batterietechnologien, die nicht auf Lithium basieren, genauer unter die Lupe genommen.
In den letzten Jahren haben verschiedene Hersteller versucht, neue Speichertechnologien auf dem Heimspeichermarkt einzuführen. Dazu gehören Natrium-Ionen-, Natrium-Nickelchlorid-, Nickel-Metallhydrid- und Redox-Flow-Speichersysteme.
Leider wurden die meisten dieser alternativen Heimspeichersysteme schon kurz nach ihrer Einführung wieder vom Markt genommen. Daher konzentrierten sich die Untersuchungen in der vorliegenden Studie auf Natrium-Ionen- und Natrium-Nickelchlorid-Systeme, die im Alltag auch als Salzwasserbatterien und Hochtemperaturbatterien bekannt sind.
Ergebnis: Vergleich der Technologien
Die Ergebnisse der Laboruntersuchungen zeigten deutlich, dass bei den alternativen Batterietechnologien im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien höhere Energieverluste zu verzeichnen waren. Dies zeigt, dass es noch viele Herausforderungen zu meistern gilt, bevor alternative Technologien eine ernsthafte Konkurrenz für Lithium-Ionen-Batterien darstellen können.
Einer der auffälligsten Unterschiede zwischen den untersuchten Batterietechnologien zeigte sich in ihrer Leistungsfähigkeit. Hier schien insbesondere die Natrium-Ionen-Batterie zu kämpfen. Ihre Leistungsfähigkeit ist vergleichsweise gering und nimmt dazu noch fast linear mit sinkendem Ladezustand ab.
Stell dir vor, du hast eine Natrium-Ionen-Batterie, die zur Hälfte entladen ist. In diesem Zustand könnte sie nur noch 40% ihrer Maximalleistung abgeben. Das bedeutet, je mehr Energie du aus dieser Batterie entnimmst, desto weniger Leistung kann sie dir bieten.
Demgegenüber stehen die Lithium-Ionen-Batterien. Diese bewährten Energiepakete können fast während des gesamten Entladevorgangs ihre volle Leistung bereitstellen. Egal, ob sie fast voll oder fast leer sind, Lithium-Ionen-Batterien sind konstant in ihrer Leistungsabgabe.
Ergebnisse beim Batteriewirkungsgrad:
- Lithium-Ionen-Batterie: 96 %
- Natrium-Ionen-Batterie: 79 %
- Natrium-Nickelchlorid-Batterie: 71 %
Ergebnisse bei der Leistungsfähigkeit bei gegebenem Ladezustand:
- Lithium-Ionen-Batterie: nahezu überall 100 % bei jedem Ladezustand
- Natrium-Ionen-Batterie: Lineare Degression, ca. 50 % beim halben Ladezustand
- Natrium-Nickelchlorid-Batterie: ca. 85 % bei der Hälfte und ca. 75 % bei 90 % Ladezustand
Wie wurde die Bewertung der Stromspeicher durchgeführt?
In der Stromspeicher-Inspektion 2023 haben 11 Anbieter von Speichersystemen für Privathaushalte ihre Produkte zur Überprüfung eingereicht. Um eine genaue und unabhängige Bewertung sicherzustellen, wurden unabhängige Prüfinstitute mit den Tests der Speichersysteme beauftragt.
Wer hat die Tests durchgeführt und nach welchen Vorgaben?
Die Hersteller haben sich dabei an den Vorgaben des Effizienzleitfadens für PV-Speichersysteme orientiert. Der Effizienzleitfaden standardisiert die Messung der wichtigsten Merkmale. In diesem Kontext legt der Leitfaden Verfahren zur Bestimmung verschiedener Systemcharakteristiken fest:
- Nutzbare Speicherkapazität
- Nennleistung der Energieumwandlungspfade
- Leistungsabhängige Effizienz der Energiewandlungswege
- Energieverbrauch der Systemkomponenten im Standby-Modus
- Stationäre und dynamische Abweichungen in der Regelungstechnik
Mit dieser Ausgangslage haben renommierte Prüfinstitute wie das Austrian Institute of Technology (AIT), das Karlsruher Institut für Technologie (KIT), der TÜV Süd, die Universität Kassel und die Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften (ZHAW) die Labortests durchgeführt. Die durch diese Tests erzielten Ergebnisse wurden sorgfältig auf ihre Plausibilität geprüft und bildeten die Grundlage für den Vergleich der Speichersysteme.
Wie wurden die Ergebnisse den Herstellern präsentiert?
Jeder der teilnehmenden Hersteller erhielt vorab sowohl eine individuelle Effizienzanalyse als auch die Ergebnisse des Speichervergleichs. So konnten die Unternehmen sehen, wie sie im Vergleich zu den anderen Teilnehmern abschnitten.
Die Hersteller hatten dann die Wahl, ob sie ihre Ergebnisse anonym oder unter Nennung ihrer Produktbezeichnung veröffentlichen lassen möchten. Erfreulicherweise entschieden sich 9 der 11 Hersteller für eine namentliche Erwähnung in der Studie.
Wie wurden verschiedene Arten von Speichersystemen bewertet?
Während der Tests wurden sowohl AC-gekoppelte Speichersysteme (verbunden über Batteriewechselrichter mit dem Stromnetz) als auch DC-gekoppelte Systeme (verknüpft durch Hybridwechselrichter die PV-Anlage und den Batteriespeicher direkt miteinander) betrachtet.
Für die Bewertung der DC-gekoppelten Systeme wurde neben der nutzbaren Speicherkapazität und der nominalen Entladeleistung auch die PV-Bemessungsausgangsleistung berücksichtigt.
Wie wurde die Effizienz der Systeme ermittelt?
Um die Effizienz der verschiedenen Systeme zu bewerten, wurden sie anhand des System Performance Index (SPI) klassifiziert. Dieser Index basiert auf einer simulationsbasierten Bewertung, die eine genaue und faire Beurteilung der Leistung jedes Systems ermöglicht.
Was ist der System Performance Index (SPI)?
Der SPI ist ein Schlüsselindikator zur Bewertung eines PV-Batteriesystems. Sein Hauptziel ist es, die Fähigkeit des Systems zu messen, den Netzverbrauch zu senken und gleichzeitig eine hohe Einspeisung in das Netz zu gewährleisten.
Dieser Index, der an der HTW Berlin entwickelt wurde, vergleicht die Leistung eines realen PV-Speichersystems mit den theoretischen Ergebnissen eines identischen, aber verlustfreien Systems. Er überwindet die Schwächen anderer Kennzahlen wie etwa des Selbstversorgungsgrads oder des Systemnutzungsgrads.
Wie wird der SPI berechnet?
Die Berechnung des SPI beruht auf einer einjährigen Simulation des Systembetriebs mit einer Auflösung von einer Sekunde. Dabei werden die gemessenen Laborwerte gemäß Effizienzleitfaden, die DC-Leistung der PV-Anlage und das Profil des elektrischen Energieverbrauchs als Eingangsdaten berücksichtigt.
Mit dieser Methode ähnelt der SPI dem Performance Ratio (PR) eines PV-Systems, einer Kennzahl zur Bewertung der Gesamtsystemeffizienz.
Wie werden verschiedene Systemdimensionen im SPI berücksichtigt?
Aufgrund der vielfältigen Dimensionen von PV-Speichersystemen in der Praxis hat die HTW Berlin zwei unabhängige Referenzfälle für die Effizienzbewertung mit dem SPI eingeführt. Für jeden dieser Fälle ist eine maximale nutzbare Speicherkapazität definiert, um unübliche Konfigurationen auszuschließen:
- Erster Referenzfall und SPI (5 kW): maximal 8,0 kWh
- Zweiter Referenzfall und SPI (10 kW): maximal 16,0 kWh
Diese Fälle ermöglichen einen fairen und vergleichbaren Bewertungsprozess für verschiedene Systemgrößen und -konfigurationen.
Testergebnis: Welche sind die Spitzenreiter der Stromspeicher-Inspektion 2023?
Die Stromspeicher-Inspektion 2023, die nun schon zum sechsten Mal stattfindet, hat erneut die Energieeffizienz von Solarstromspeichern namhafter Hersteller wie BYD, Fronius, Kostal, Varta und Viessmann bewertet. Dabei wurden die Systeme anhand des System Performance Index (SPI) in den Leistungsklassen 5 kW und 10 kW verglichen.
Welche Systeme haben in der 10 kW-Leistungsklasse am besten abgeschnitten?
In der 10 kW-Leistungsklasse konnte ein DC-gekoppeltes Speichersystem von RCT Power die Pole Position mit einem SPI von 96,4 % erobern. Eng auf den Fersen waren die Hybridwechselrichter von Kaco und Fronius, die in Kombination mit den Batteriespeichern von Energy Depot und BYD einen SPI von 95,4 % erreichten.
Hier entschieden kleinste Unterschiede auf der zweiten Dezimalstelle über die Platzierung.
Ergebnisse 10 kW-Klasse:
- RCT Power Power Storage DC 10.0 und Power Battery 11
- KACO blueplanet 10.0 TL3 und Energy Depot DOMUS 2.
- KACO blueplanet 10.0 TL3 und BYD Battery-Box Premium HVS 10.
- FRONIUS Symo GEN24 10.0 Plus und BYD Battery-Box Premium HVS 10.
- KOSTAL PLENTICORE plus 10 und BYD Battery-Box Premium HVS 12.
Wie sahen die Ergebnisse in der 5 kW-Leistungsklasse aus?
In der 5 kW-Kategorie triumphierten die Geräte von RCT Power, Fronius und Kostal. Mit einer ebenfalls hohen Effizienz rundeten die Speichersysteme von Viessmann und Varta die Top 5 ab. Bis auf das AC-gekoppelte System von Varta sind alle Siegermodelle Hybridwechselrichter, die mit Hochvolt-Batterien kombiniert wurden.
Ergebnisse 5 kW-Klasse:
- RCT Power Power Storage DC 6.0 und Power Battery 7.
- FRONIUS Primo GEN24 6.0 Plus und BYD Battery-Box Premium HVS 7.
- KOSTAL PLENTICORE plus 5.5 und BYD Battery-Box Premium HVS 7.
- VIESSMANN Vitocharge VX3 Typ 4.6A
- VARTA pulse neo
Was waren die herausragenden Leistungen der Testsieger?
Die Siegermodelle der Inspektion haben durch besondere Leistungen in unterschiedlichen Kategorien für Energieeffizienz gepunktet. Beispielsweise hat das Varta-System durch einen sehr hohen Batteriewirkungsgrad von 97,8 % und einen sehr niedrigen Energieverbrauch von nur 2 W im Stand-by-Modus beeindruckt.
Auf der anderen Seite hat RCT Power mit einem herausragenden Wirkungsgrad von 97,8 % beim Entladen des Wechselrichters auf sich aufmerksam gemacht. Zudem hat der Hybridwechselrichter von Kaco mit einer sehr schnellen Reaktionszeit von weniger als 200 Millisekunden einen neuen Rekord gesetzt. Das bedeutet, dass dieses Gerät Änderungen im Leistungsbedarf schneller anpassen konnte als die meisten anderen getesteten Systeme.
Fazit
Die Stromspeicher-Inspektion 2023 der HTW Berlin hat gezeigt, dass der Markt für PV-Anlagen und Stromspeichersysteme in Deutschland beachtlich wächst. Größere Anlagen und leistungsfähigere Batteriesysteme werden zunehmend populär, begünstigt durch Änderungen im Erneuerbare-Energien-Gesetz.
Trotz der Vielzahl verfügbarer Speichertechnologien dominiert die Lithium-Ionen-Technologie nach wie vor. Alternative Technologien wie Natrium-Ionen und Natrium-Nickelchlorid konnten nicht die gleiche Leistungsfähigkeit oder Effizienz wie Lithium-Ionen-Batterien vorweisen. Insbesondere zeigte sich, dass Lithium-Ionen-Batterien eine konstante Leistungsfähigkeit über fast den gesamten Entladevorgang aufrechterhalten können.
In der Bewertung der Speichersysteme hat das DC-gekoppelte Speichersystem von RCT Power in der 10 kW-Klasse den Spitzenplatz erreicht. In der 5 kW-Klasse konnte sich RCT Power Power Storage DC 6.0 den ersten Platz sichern.
Der Vergleich der Systeme basierte auf dem von der HTW Berlin entwickelten System Performance Index (SPI), der die Fähigkeit des Systems misst, den Netzverbrauch zu senken und gleichzeitig eine hohe Einspeisung in das Netz zu gewährleisten.
Zusammenfassend bietet die Studie wichtige Einblicke in die aktuellen Trends und Entwicklungen auf dem deutschen Stromspeichermarkt und zeigt, dass Deutschland auf dem richtigen Weg ist, um die Vorteile erneuerbarer Energien und der Energiespeicherung voll auszuschöpfen.
