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Energieumwandlungspfade der einzelnen Systemtopologien (Quelle: stromspeicher-inspektion.de/ep)
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Aus dem Facharchiv: Elektropraxis

Der System Performance Index für Stromspeicher

15.04.2021

Ein unabhängiger Vergleich von PV-Speichersystemen der Berliner Forschungsgruppe Solarspeichersysteme von der Hochschule für Technik und Wirtschaft (HTW) Berlin unter der Leitung von Prof. Dr. Volker Quaschning bringt mehr Transparenz in den Markt.

Die Ergebnisse wurden der Öffentlichkeit vorgestellt und diskutiert [1] – sie stellen weit verbreitete Pauschalaussagen zur Wahl der Speichergröße und Relevanz der Speicherverluste infrage.
Für die Auswahl eines passenden Speichersystems spielt die Systemeffizienz der unterschiedlichen Geräte heute oft noch eine untergeordnete Rolle. Der Grund hierfür: Die Relevanz der Speicherverluste wurde bislang häufig unterschätzt. Die Studie „Stromspeicher-Inspektion 2018“ konnte jedoch eindrucksvoll zeigen, dass hohe Umwandlungs- und Standby-Verluste den finanziellen Nutzen der Stromspeicher halbieren können.
Es ist also nur noch eine Frage der Zeit, bis sich auch im Speichermarkt ein Bewusstsein für hocheffiziente Produkte etabliert.

Datenblattangaben 
und Wirkungsgrade

Bei der Suche nach einem effizienten Stromspeicher sind Verbraucher, Installateure und Planer auf Angaben der Hersteller in Datenblättern angewiesen.
Wie belastbar die Datenblattangaben der am Markt erhältlichen Speichersysteme für Wohngebäude sind, wurde im Rahmen der „Stromspeicher-Inspektion 2018“ von der Forschungsgruppe Solarspeichersysteme der Hochschule für Technik und Wirtschaft HTW Berlin näher analysiert. Dabei stand unter anderem der Vergleich der auf den Datenblättern aufgeführten Begrifflichkeiten zur Angabe der Umwandlungsverluste der Speichersysteme im Vordergrund.
Insgesamt wurden 60 Anbieter und Hersteller von PV-Speichersystemen, Batteriewechselrichtern und Batteriespeichern für Wohngebäude in Deutschland identifiziert. Da sich die Bezeichnungen der technischen Daten in den Datenblättern eines Herstellers selten unterscheiden, wurde lediglich ein Datenblatt pro Hersteller in der Studie berücksichtigt.
Der „maximale Wirkungsgrad“ ist mit Abstand am häufigsten in den Datenblättern zu finden. Auch die Angabe des Wirkungsgradmaximums für die einzelnen Systemkomponenten „Batterie“ oder „Wechselrichter“ ist weitverbreitet. In der Regel werden jedoch die Betriebsbedingungen nicht genannt, unter denen die auf den Datenblättern angegebenen Spitzenwirkungsgrade erzielt werden.

Zusammenhang von Leistung 
und Umwandlungseffizienz

Außer Acht bleibt dabei, dass die Umwandlungswirkungsgrade der Leistungselektronik unter anderem stark von der Leistung abhängig sind. Nur vereinzelt sind Wirkungsgradkennlinien der Batteriewechselrichter dargestellt. Wie hoch die Umwandlungseffizienz der Speichersysteme bei geringer Auslastung der Wechselrichter ist, lässt sich nur in Einzelfällen anhand der Datenblätter herausfinden. Das Bild veranschaulicht die wichtigsten Systemkomponenten und Energieumwandlungspfade von AC- und DC-gekoppelten Speichersystemen. Des Weiteren sind die Kurzbezeichnungen der Messstellen abgebildet, die zur Beschreibung der Energieumwandlungspfade dienen.
Der PV2AC-Pfad beschreibt die Umwandlung der DC-Leistungsabgabe des PV-Generators in netzkonforme AC-Leistung. Die damit verbundenen Verluste fallen bei AC-gekoppelten Systemen im separaten PV-Wechselrichter an. Darüber hinaus treten im Batteriewechselrichter eines AC-gekoppelten Systems Umwandlungsverluste im Ladebetrieb (AC2BAT) und Entladebetrieb (BAT2AC) auf. Bei der DC-Kopplung sind hingegen alle leistungselektronischen Komponenten in einem Gerät vereint.
Im PV-Batteriewechselrichter fallen somit die Verluste der Umwandlungspfade PV2AC, PV2BAT und BAT2AC an. Kann der Batteriespeicher in einem DC-gekoppelten System AC-seitig geladen werden, kommt noch der Umwandlungspfad AC2BAT hinzu.

Einheitliches Messverfahren

Mit dem „Effizienzleitfaden für PV-Speichersysteme“ wurde unter Beteiligung zahlreicher Hersteller, Hochschulen und Forschungsinstitute ein einheitliches Messverfahren zur Be-stimmung der technischen Daten der Speichersysteme definiert. Aus Labormessungen nach Effizienzleitfaden gehen nicht nur Wirkungsgradkennlinien der zuvor beschriebenen Energieumwandlungspfade, sondern auch Angaben zur Leistungsaufnahme im Standby, Einschwingzeit der Systemregelung sowie nutzbaren Batteriekapazität hervor. Bislang sind diese Messergebnisse jedoch nur in Ausnahmefällen öffentlich verfügbar. Autor: J. Weniger Literatur: [1] Stromspeicher-Inspektion 2018. HTW nimmt erstmals 20 Solarstromspeicher unter die Lupe. Elektropraktiker, Berlin 73 (2019) 1, S. 67. Der vollständige Artikel ist in unserem Facharchiv nachzulesen.