Der vollständige Leitfaden für Batteriespeichersysteme (BESS) für Hausbesitzer

Wenn Sie es eilig haben, finden Sie hier eine kurze Übersicht über ein Batteriespeichersystem für den Hausgebrauch.

• Definition: Ein Batteriespeichersystem (BESS) ist mehr als nur eine Batterie; es ist ein komplexes System aus Batteriemodulen, einem Batteriemanagementsystem (BMS) und oft einem Wechselrichter/Ladegerät, das den Stromfluss zwischen dem Stromnetz, Ihren Solarmodulen und Ihren Verbrauchern im Haus steuert.

• Chemie ist entscheidend: Für stationäre Speichersysteme im Wohnbereich gilt Lithium-Eisenphosphat (LiFePO4 oder LFP) aufgrund seines Sicherheitsprofils und seiner langen Lebensdauer im Vergleich zu NMC (Nickel-Mangan-Kobalt) oder Blei-Säure-Batterien derzeit als Goldstandard.

• Ausfallsicherheit: Ein Solar-plus-Speicher-System ermöglicht es Ihnen, Ihre Solaranlage auch bei einem Stromausfall (Inselbetrieb) weiter zu betreiben, im Gegensatz zu herkömmlichen netzgekoppelten Wechselrichtern, die sich aus Sicherheitsgründen abschalten.

• Wirtschaftlichkeit: Neben der Notstromversorgung sparen diese Systeme Geld durch „Zeitabhängige Tarife“ – sie speichern billigen Netzstrom (oder kostenlosen Solarstrom) und nutzen ihn, wenn die Strompreise am höchsten sind.

Um zu verstehen, wie man ein solches System baut oder kauft, müssen wir genauer hinschauen. Ein Batteriespeichersystem ist ein komplexes System aus Komponenten, die perfekt aufeinander abgestimmt sind. Als Ingenieur betrachte ich drei entscheidende Ebenen:

1. Die Batteriemodule (Der Tank)

Hier wird die chemische Energie gespeichert. In modernen Systemen für Privathaushalte handelt es sich dabei üblicherweise um 48-V- (Niederspannung) oder 300-400-V- (Hochspannung) Lithium-Ionen-Zellen. Man kann sich das wie den Treibstofftank des Systems vorstellen. Die Kapazität wird in Kilowattstunden (kWh) gemessen.

2. Das Batteriemanagementsystem (Das Gehirn)

Das BMS ist unverzichtbar. Es überwacht Spannung und Temperatur der einzelnen Zellen. Seine Hauptaufgabe ist die Sicherheit: Es verhindert ein thermisches Durchgehen, indem es die Batterie vor Überladung und Tiefentladung schützt. Beim Selbstbau eines Heimspeichersystems ist ein hochwertiges BMS entscheidend für die Zuverlässigkeit des Systems und gegen Brandgefahr.

3. Das Stromwandlungssystem (Das Herzstück)

Batterien speichern Gleichstrom (DC), Ihr Haus wird jedoch mit Wechselstrom (AC) betrieben. Der Wechselrichter/das Ladegerät übernimmt diese Umwandlung. In einem Solar-plus-Speicher-System steuert diese Komponente den bidirektionalen Stromfluss – sie lädt die Batterie über Solarstrom/Netzstrom und gibt den Strom an Ihre Verbraucher ab.

Bei der Planung eines Systems zur Energieversorgungssicherheit von Wohnhäusern ist die Wahl der richtigen Batterietechnologie die wichtigste Entscheidung. Hier ein Überblick über die technischen Eigenschaften:

| Eigenschaften | Blei-Säure (AGM/Gel) | Lithium-NMC (Tesla Powerwall usw.) | Lithium-Eisenphosphat (LiFePO4/LFP) |

| :--- | :--- | :--- | :--- |

| Lebensdauer | 500–1.000 Zyklen | 2.000–3.000 Zyklen | 4.000–8.000+ Zyklen |

| Sicherheit | Hoch (Unbedenklicher Ausfall) | Mittel (Gefahr von thermischem Durchgehen) | Ausgezeichnet (Chemisch stabil) |

| Energiedichte | Niedrig (Schwer/Sperrig) | Hoch (Kompakt) | Mittel |

| Nutzbare Kapazität ~50 % Entladetiefe (DoD) | ~90 % DoD | ~80–100 % DoD |

| Kosten | Niedrige Anschaffungskosten / Hohe Lebensdauer | Mittel | Mittlere Anschaffungskosten / Niedrigste Lebensdauer |

Meine professionelle Empfehlung: Für nahezu alle Anwendungen im Wohnbereich empfehle ich LiFePO4 (LFP). Obwohl sie etwas größer als NMC-Batterien sind, ist die Sicherheit für ein Gerät in Garage oder Keller von größter Bedeutung. Darüber hinaus ermöglicht die hohe Zyklenfestigkeit eine Lebensdauer von 15–20 Jahren, was perfekt mit der Lebensdauer einer Photovoltaikanlage übereinstimmt.

Die Integration eines Heimspeichers erfordert die Wahl einer geeigneten Architektur. Diese bestimmt, wie die Batterie mit Ihrer Solaranlage und dem Stromnetz verbunden wird.

Gleichstromgekoppelte Systeme

Bei dieser Konfiguration sind die Solarmodule direkt mit einem Hybrid-Wechselrichter verbunden, der sowohl die Batterie als auch die Verbraucher im Haus steuert. Der von den Modulen erzeugte Gleichstrom lädt die Batterie direkt, bevor er in Wechselstrom umgewandelt wird.

• Vorteile: Hohe Effizienz (geringere Umwandlungsverluste). Ideal für Neuinstallationen, bei denen Solaranlage und Batteriespeicher gleichzeitig installiert werden.

• Nachteile: Die Nachrüstung bestehender Solaranlagen kann komplex sein.

Wechselstromgekoppelte Systeme

Hier verfügt die Batterie über einen eigenen Wechselrichter. Der Solarwechselrichter wandelt die PV-Energie in Wechselstrom um, der das Haus mit Strom versorgt. Überschüssiger Wechselstrom wird vom Batteriewechselrichter wieder in Gleichstrom umgewandelt und gespeichert.

• Vorteile: Die einfachste Möglichkeit, einen Speicher in ein bestehendes Solarsystem nachzurüsten. Unabhängig vom vorhandenen Solarwechselrichter.

• Nachteile: Geringfügig geringerer Wirkungsgrad aufgrund mehrerer AC-DC-AC-Wandlungen.

Für Hausbesitzer, die mit einer Neuinstallation Netzunabhängigkeit anstreben, empfehle ich die DC-Kopplung aufgrund des zusätzlichen Wirkungsgradgewinns von 3–5 %. Für die Nachrüstung eines bestehenden Systems mit einer Notstromversorgung ist die AC-Kopplung jedoch oft die kostengünstigste Lösung.

Hier liegt oft die Schwierigkeit für Heimwerker und Hausbesitzer. Um eine funktionierende USV für das ganze Haus zu planen, muss man zwischen Leistung und Energie unterscheiden.

• Energie (kWh): Wie lange Sie Ihre Geräte betreiben können. (Die Größe des Energietanks).

• Leistung (kW): Wie viele Geräte Sie gleichzeitig betreiben können. (Die Leistung des Motors).

Berechnungsstrategie

1. Kritische Verbraucher identifizieren: Listen Sie die unbedingt notwendigen Geräte auf (Kühlschrank, Wasserpumpe, Internet, Heizungsgebläse). Addieren Sie deren Wattzahl.

2. Anlaufstrombedarf ermitteln: Induktive Verbraucher wie Wasserpumpen und Klimaanlagenkompressoren benötigen einen Anlaufstrom von 3- bis 5-mal ihrer Nennleistung. Ihr Batteriespeichersystem muss diesen Anlaufstrom bewältigen können, sonst schaltet sich das System bei einem Stromausfall sofort ab.

3. Autonomie berechnen: Multiplizieren Sie Ihren durchschnittlichen Stundenverbrauch mit der Anzahl der Stunden, die Sie ohne Solarstrom oder Netzstrom auskommen möchten.

Beispiel: Ein typischer Haushalt verbraucht im Leerlauf etwa 500 W, erreicht aber Spitzenwerte von 5 kW, wenn Mikrowelle und Wasserpumpe laufen. Für eine 12-stündige Notstromversorgung bei einer durchschnittlichen Last von 1 kW benötigen Sie eine 12-kWh-Batterie (Energie), die eine Dauerleistung von 5 kW und eine Spitzenleistung von 8 kW (Leistung) abgeben kann.

Ein modernes Batteriespeichersystem (BESS) ist intelligente Software in Hardware. Es lässt sich programmieren, um verschiedene Ziele zu erreichen:

1. Eigenverbrauch (Solar-Eigenverbrauch)

Die Batterie speichert tagsüber überschüssigen Solarstrom und gibt ihn nachts wieder ab. Dies ist ideal für Märkte mit ungünstigen Netzeinspeisungsregelungen, wo die Einspeisung von Strom ins Netz kaum vergütet wird.

2. Nutzung von Zeitzonen-Arbitrage (TOU)

Wenn Ihr Energieversorger zwischen 16 und 21 Uhr höhere Strompreise verlangt, entlädt sich die Batterie in diesem Zeitraum, um höhere Tarife zu vermeiden. Sie lädt sich dann um 2 Uhr nachts wieder auf, wenn der Strom günstig (oder durch Solarstrom kostenlos) ist. Dies ist rein wirtschaftlich bedingt.

3. Notstromversorgung (USV für das gesamte Haus)

Die Batterie bleibt voll geladen und wartet auf einen Netzausfall. Bei einem Netzausfall trennt der automatische Umschalter Ihr Haus vom Stromnetz, und die Batterie übernimmt sofort die Stromversorgung. Zur Energieresilienz im Wohnbereich wird oft eine Reservegrenze festgelegt – z. B.: „Batterie für Arbitragegeschäfte bis zu 20 % nutzen, die unteren 20 % jedoch ausschließlich für Notfälle reservieren.“

Viele Hausbesitzer verwechseln den Besitz eines Batteriespeichers mit netzunabhängigem Betrieb. Echte Netzunabhängigkeit erfordert eine deutliche Überdimensionierung.

Im Winter kann die Solarstromproduktion um 70–80 % sinken. Ein Solar-plus-Speicher-System, das für 100 % Ihres Bedarfs im Juli ausgelegt ist, deckt im Dezember möglicherweise nur noch 30 % ab. Um wirklich netzunabhängig zu sein, benötigen Sie in der Regel einen Batteriespeicher, der 3- bis 4-mal größer ist als ein netzgekoppeltes Notstromsystem, und wahrscheinlich einen zusätzlichen Generator für längere Perioden mit geringer Sonneneinstrahlung.

Ein netzgekoppeltes Batteriespeichersystem bietet jedoch die Vorteile beider Systeme: die Zuverlässigkeit des Stromnetzes, wenn Sie es benötigen, und die Ausfallsicherheit eines Mikronetzes bei einem Netzausfall.

Als Fachmann muss ich die Sicherheit betonen. Hochspannungsgleichstrom ist gefährlich, und Lithiumbatterien speichern immense Energiemengen.

• Thermisches Durchgehen: Obwohl LFP-Batterien sicherer sind, kann jede Batterie, die überlastet wird, ausfallen. Installieren Sie Batterien in temperierten Umgebungen (Garagen oder Kellern) und schützen Sie sie vor direkter Sonneneinstrahlung und extremer Kälte.

• NEC 855 und UL 9540: In den USA regelt der National Electrical Code (NEC) die Aufstellungsorte von Batterien. Im Allgemeinen gibt es Grenzwerte für die in einer Wohneinheit ohne Brandschutzmaßnahmen speicherbare kWh-Menge. Stellen Sie sicher, dass Ihre Geräte UL 9540-zertifiziert sind; andernfalls wird die Baugenehmigung nicht erteilt.

• Belüftung: Auch geschlossene Batterien benötigen ausreichend Platz für die Kühlung. Überhitzte Wechselrichter drosseln ihre Leistung zum Selbstschutz und unterbrechen so die Stromversorgung genau dann, wenn Sie sie am dringendsten benötigen.