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Die Nutzung erneuerbarer Energien findet zunehmende Akzeptanz, während in Bezug auf die damit verbundenen Kosten noch Skepsis herrscht. Ein wichtiger Baustein für eine effiziente Verwendung der neuen Technologien zur Energiegewinnung sind Stromspeicher. Welche Arten von Speichern es gibt und wie sie funktionieren, erfahren Sie in unserem Ratgeber.

Wissenswertes zu Stromspeichern

Was sind Stromspeicher?

Industrie, Kommunen und Privathaushalte setzen zunehmend auf selbst erzeugten Strom. Mithilfe von Wasser- und Windenergie sowie eigenem Solarstrom mittels Photovoltaikanlagen sollen die Energiekosten in Zeiten steigender Strompreise gesenkt und zugleich die Abhängigkeit von fossilen Energiequellen wie Gas, Kohle oder Öl verringert werden. Das deutsche Gesetz für den Ausbau erneuerbarer Energien – kurz Erneuerbare-Energien-Gesetz oder EEG 2017 genannt – regelt die Einspeisung von Strom aus erneuerbaren Quellen ins Stromnetz und spricht deren Erzeugern feste Vergütungen zu. Das hat in den vergangenen Jahren zu einem starken Anstieg der Verwendung erneuerbarer Energien auch in privaten Haushalten geführt.

Photovoltaikanlage zur Gewinnung von Sonnenenergie an einem Balkon

Einige naturgegebene Probleme gehen damit allerdings einher und erfordern intelligente Lösungen: Wohin mit einem Energieüberschuss und woher Strom in sonnenlicht-, wasser- oder windarmen Zeiten nehmen? Eine Antwort auf diese Fragen stellen Stromspeicher dar. Sie können größere Energiemengen speichern und die gespeicherten Energien später bei Bedarf bereitstellen. Beispielsweise stehen solche Stromspeicher mit geeigneter Hardware im Falle eines Stromausfalls bereit. Für den Speichervorgang selbst kommen moderne Speicher-Lösungen mit Blei-Säure-Batterien oder Lithium-Ionen-Technologie zum Einsatz. Die Speichersysteme verfügen über integrierte Sicherheitskonzepte, sind meist modular erweiterbar und benötigen aufgrund fortschrittlicher Akkutechnologien wenig Platz.

Hinzu kommt, dass die Nutzung der Batteriespeicher von der Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) gefördert wird. Dazu wurde das KfW-Programm 275 mit der Bezeichnung "Erneuerbare Energien - Speicher” aufgelegt. Ob ein Batteriespeicher förderfähig ist, geht im Allgemeinen aus den Herstellerunterlagen hervor. Stromspeicher können auf allen Ebenen des Stromversorgungsnetzes eingesetzt werden: bei der Erzeugung (besser: Umwandlung), der Energieübertragung und -verteilung sowie beim Verbraucher.

Der Aufbau von Stromspeichern

Schrank mit Fächern für mehrere Stromspeicher in synchroner Verwendung

Die Energiespeicher befinden sich in einem Gehäuse, ähnlich einem Schalt- oder Installationsschrank. Darin sind Fächer für die Aufnahme der eigentlichen Speicher-Batterien vorgesehen. Die Batteriespeicher (Akkumulatoren) sind in den Aufnahmen befestigt und elektrisch miteinander verbunden. Die modulare Konstruktion erlaubt meist eine Verwendung mehrerer gleichartiger Speicher, je nachdem, wieviel Energie „untergebracht“ werden soll oder muss. Die Speicherung vollzieht sich geräuschfrei und erfüllt zudem noch Designansprüche.

Als Speicherelemente kommen zwei Arten von Batteriespeichern zum Einsatz:
 

Blei-Säure-Batterien

Blei-Säure-Akkus sind der Klassiker unter den Stromspeichermedien und punkten mit hoher Zuverlässigkeit. In den letzten Jahren sind diese Speicher weiter perfektioniert worden, vor allem hinsichtlich der Leistungsdichte, der Betriebssicherheit und der Wartungsanforderungen. Zudem bieten sie viel Leistung zu einem moderaten Preis.

In vielen Speicheranlagen kommt die Blei-Gel-Technologie zum Einsatz. Das sind geschlossen aufgebaute Akkus, deren Elektrolyt in Gel festgelegt ist. Speicher dieser Bauart sind extrem gasungsarm über ein Sicherheitsventil, robust und können bis zu 4.000 Ladezyklen erreichen, wenn bestimmte Bedingungen zur Entladetiefe eingehalten werden, wofür meist Steuerelektronik eingesetzt wird. Moderne Blei-Säure-Akkus sind bis zu zwei Jahre ohne Nachladung lagerfähig und nach verschiedenen Standards zertifiziert.

Lithium-Ionen-Batterien

Lithium-Ionen-Speicher sind teurer in der Anschaffung, haben aber Vorzüge, die den Preis doch wieder ausgleichen. Dazu gehören unter anderem, dass keine Raumlüftung, keine Wartungsladungen und kein Temperaturmanagement erforderlich sind. Sie punkten mit einer Lebensdauer von bis zu 20 Jahren und vertragen dabei maximal 5.000 volle Ladezyklen. Sie sind zudem tiefentladesicher, schnellladefähig und haben eine geringe Selbstentladung.

Die Funktionsweise von Stromspeichern

Energiespeicher mit moderner Elektronik für das Lademanagement

Eingebunden sind die Speicher mit einer Steuer- und Regelelektronik in die Stromversorgung des Haushalts, wo sie beispielsweise von einer Photovoltaikanlage mit Solarstrom so lange geladen werden, bis der maximale Ladezustand erreicht ist.

Die interne Elektronik sorgt für das richtige Lade-Management der gesamten Anlage und der einzelnen Akkuzellen (passives Balancing). Inzwischen sind einige Speicher auch „Smart Home“-fähig. Mit integrierten Kommunikationsschnittstellen und Anbindung an PCs ist ein Auslesen der Nutzungsdaten möglich.

Das ist so automatisierbar, dass man sich diese Daten beispielsweise an seine E-Mail-Adresse schicken lassen kann, wenn die Photovoltaik-Anlage an einem schlecht erreichbaren Ort platziert ist.

Wie effizient sind Stromspeicher?

Ein wesentlicher Faktor, der den Gesamtwirkungsgrad eines Photovoltaik Speichers in einer PV-Anlage beeinflusst, ist die Art der Einbindung des Stromspeichers in das Hausstromnetz. Grundsätzlich unterscheidet man:

  • den Anschluss hinter dem Wechselrichter einer PV-Anlage, also im Wechselstromkreis (AC-Kopplung). Der Wechselrichter-Betrieb vermindert den Gesamtwirkungsgrad bei der Verwendung von Blei-Akkus auf etwa 70 Prozent.

  • den Anschluss im Gleichstromkreis (DC-Kopplung), hier also vor dem Wechselrichter. Dadurch bleibt der Gesamtwirkungsgrad hoch, bei Verwendung von Lithium-Ionen Speichern beträgt er bis zu 90 Prozent.

Blei-Säure-Akkus erzielen 80 bis 85 Prozent Wirkungsgrad, mit Lithium-Ionen-Technologie werden 90 bis 95 Prozent erreicht.

Einsatzgebiete von Stromspeichern

Es gibt zahlreiche mögliche Einsatzgebiete für Stromspeicher: zum Beispiel in Wohnhäuser, Firmengebäuden, der autarken Hütte hoch oben in den Bergen, Inseln, Wüstengegenden und so weiter – grundsätzlich überall dort, wo eine Stromversorgung per Photovoltaikanlage möglich und sinnvoll ist. Weitere Bereiche sind die Telekommunikation, Fluchtwegbeleuchtung, zentrale Notlichtanlagen, die unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV), Sicherheitsanlagen oder Zugbeleuchtung.

Nützliche Informationen zum Umgang mit Stromspeichern

Für ortsfeste Bleibatterien gilt DIN EN 50272-2 „Sicherheitsanforderungen an Batterien und Batterieanlagen, Teil 2: Stationäre Batterien“, die unter anderem folgende Dinge vorschreibt:

  • Der Aufstellort muss sauber und trocken ist. Dabei sind insbesondere die Bodenbelastbarkeit und -beschaffenheit für den Transport und des Aufstellorts zu beachten.

  • Es sind Belüftungsbedingungen einzuhalten. Die stündlich zu erneuernde Luftmenge ergibt sich aus dem Datenblatt der Speicher.

  • Die eigentliche Batterie ist sauber und trocken zu halten, um Kriechströme zu vermeiden.

  • Die Reinigung der Batterie ist gemäß ZVEI-Merkblatt „Reinigung von Batterien“ durchzuführen.

  • Es ist ein Wartungsprotokoll zu führen.

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