Wirkungsgrad und Verluste bei Hausspeichern verstehen

In Beschreibungen von Hausspeichern taucht immer wieder der Begriff Wirkungsgrad auf, oft verbunden mit dem Versprechen besonders geringer Verluste. Für Kaufinteressenten ist es hilfreich zu verstehen, woher diese Verluste grundsätzlich kommen und warum sie bei jedem Speichersystem in irgendeiner Form auftreten, unabhängig vom Hersteller oder Preissegment. Dieser Beitrag erklärt die physikalischen und technischen Hintergründe, ohne konkrete Prozentwerte zu nennen, denn verlässliche Zahlen zum Wirkungsgrad eines bestimmten Systems liefern ausschließlich die technischen Datenblätter der jeweiligen Hersteller.

Warum Energieumwandlung nie verlustfrei ist

Physikalisch betrachtet lässt sich Energie bei jeder Umwandlung von einer Form in eine andere nie zu hundert Prozent verlustfrei übertragen. Ein Teil der Energie geht dabei stets in Form von Wärme verloren. Das gilt für Verbrennungsmotoren ebenso wie für elektrische Bauteile, auch wenn die Verlustmechanismen jeweils unterschiedlich sind. Bei einem Hausspeichersystem finden gleich mehrere solcher Umwandlungsschritte statt: Der von der Photovoltaikanlage erzeugte Gleichstrom muss unter Umständen umgewandelt werden, um in die Batterie zu gelangen, beim Laden und Entladen der Batteriezellen selbst treten chemische und elektrische Verluste auf, und spätestens beim Verbrauch im Haushalt wird aus dem gespeicherten Gleichstrom in aller Regel wieder Wechselstrom, da haushaltsübliche Geräte auf Wechselspannung ausgelegt sind.

Der Wechselrichter als zentrale Komponente

Eine der wichtigsten Komponenten in diesem Zusammenhang ist der Wechselrichter, der zwischen Gleichstrom und Wechselstrom umwandelt. Diese Umwandlung ist mit elektronischem Aufwand verbunden, bei dem zwangsläufig ein Teil der Energie als Wärme abgegeben wird. Je nach Bauweise, Auslastung und Betriebspunkt kann dieser Verlustanteil unterschiedlich ausfallen, weshalb Hersteller in ihren technischen Unterlagen häufig Wirkungsgradkurven angeben, die den Wirkungsgrad in Abhängigkeit von der Auslastung darstellen. Einen Überblick über verschiedene Geräte in diesem Bereich bietet die Übersicht der Hybrid-Wechselrichter, wobei sich konkrete Wirkungsgradangaben stets im jeweiligen Datenblatt des Herstellers finden.

Verluste beim Lade- und Entladevorgang der Batterie

Auch innerhalb der Batteriezellen selbst entstehen beim Laden und Entladen Verluste. Chemische Prozesse in der Zelle sowie der elektrische Innenwiderstand sorgen dafür, dass nicht die gesamte hineingeladene Energie später auch wieder entnommen werden kann. Bei modernen LiFePO4-Zellen, wie sie in vielen aktuellen Hausspeichern zum Einsatz kommen, sind diese Verluste vergleichsweise gering ausgeprägt, was einer der Gründe für die Beliebtheit dieser Zellchemie ist. Wer sich näher mit den Eigenschaften dieser Zelltechnologie beschäftigen möchte, findet im Beitrag LiFePO4-Zellchemie erklärt weiterführende Informationen. Auch das im Speicher verbaute Batteriemanagementsystem, das im Beitrag BMS erklärt beschrieben wird, hat indirekt Einfluss auf die Effizienz, da es Lade- und Entladevorgänge steuert und überwacht.

Leitungswiderstand und Verkabelung

Auch auf dem Weg durch die Verkabelung zwischen den Komponenten entstehen Verluste, da jedes Kabel einen gewissen elektrischen Widerstand besitzt, der einen kleinen Teil der übertragenen Energie in Wärme umwandelt. Wie stark dieser Effekt ins Gewicht fällt, hängt unter anderem von der Länge der Leitungswege und von der fachgerechten Dimensionierung der verwendeten Kabel ab. Details zur passenden Dimensionierung sind allerdings kein Thema für Laien, sondern gehören in die Hände eines Elektrofachbetriebs, wie auch der Beitrag Kabelquerschnitt und Absicherung ausführt.

Warum AC- und DC-Kopplung unterschiedliche Wirkungsgrade haben können

Ein Aspekt, der beim Thema Wirkungsgrad häufig zu wenig Beachtung findet, ist die Art der Kopplung zwischen PV-Anlage, Speicher und Hausnetz. Bei einer AC-Kopplung wird der von der PV-Anlage erzeugte Gleichstrom zunächst in Wechselstrom umgewandelt, bevor er in den Speicher gelangt und dort erneut in Gleichstrom zurückgewandelt wird. Bei einer DC-Kopplung hingegen bleibt der Strom auf dem Weg von der PV-Anlage bis zum Speicher durchgehend als Gleichstrom erhalten, wodurch ein Umwandlungsschritt entfällt. Grundsätzlich bedeutet jeder zusätzliche Umwandlungsschritt eine zusätzliche Gelegenheit für Verluste, weshalb sich AC- und DC-gekoppelte Systeme in ihrem Umwandlungsaufwand unterscheiden können. Eine ausführliche Gegenüberstellung beider Konzepte liefert der Beitrag AC-gekoppelt versus DC-gekoppelt bei der Nachrüstung, der auch auf die jeweiligen Vor- und Nachteile bei einer nachträglichen Installation eingeht.

Warum sich pauschale Prozentangaben verbieten

In der Werbung für Speichersysteme finden sich mitunter beeindruckend klingende Wirkungsgradangaben. Solche Zahlen stammen aus standardisierten Testverfahren der Hersteller und beziehen sich meist auf einzelne Komponenten oder auf idealisierte Betriebsbedingungen. Der tatsächliche Gesamtwirkungsgrad eines installierten Systems im Alltag hängt von zahlreichen Faktoren ab, etwa von der Betriebstemperatur, der Auslastung, dem Alter der Komponenten und der Qualität der Installation. Aus diesem Grund verzichtet dieser Beitrag bewusst darauf, eigene Prozentwerte zu nennen, und verweist stattdessen auf die technischen Datenblätter der jeweiligen Hersteller, wenn es um belastbare Angaben zu einem konkreten Produkt geht.

Was Sie aus diesem Thema für die Systemwahl mitnehmen können

Für die praktische Kaufentscheidung bedeutet das Thema Wirkungsgrad vor allem eines: Es lohnt sich, bei der Auswahl von Batteriemodulen und Wechselrichtern die vom Hersteller angegebenen technischen Datenblätter zu vergleichen, anstatt sich allein auf werbliche Aussagen zu verlassen. Ebenso spielt die Frage der Kopplungsart eine Rolle, besonders wenn ein Speicher nachträglich an eine bestehende PV-Anlage angebunden werden soll. Auch eine fachgerechte Installation, die unnötige Umwandlungsschritte und lange Leitungswege vermeidet, trägt dazu bei, dass ein System im Alltag effizient arbeitet.

Wirkungsgrad ist nur ein Kriterium unter mehreren

So wichtig das Thema Verluste für ein grundsätzliches technisches Verständnis ist, sollte es bei der Kaufentscheidung nicht überbewertet werden. Ein Speichersystem, das in den Datenblättern geringfügig günstigere Wirkungsgradwerte ausweist, ist nicht automatisch die bessere Wahl, wenn andere Aspekte wie die Verarbeitungsqualität, die Kompatibilität mit der vorhandenen PV-Anlage oder der Funktionsumfang des Monitorings weniger überzeugen. Sinnvoller ist es, den Wirkungsgrad als einen von mehreren Bausteinen zu betrachten und ihn gemeinsam mit anderen Kriterien in die Gesamtabwägung einzubeziehen. Wer sich einen strukturierten Überblick über die wichtigsten Auswahlkriterien verschaffen möchte, findet dazu ergänzende Hinweise in der Hausspeicher-Übersicht, in der verschiedene Systeme gegenübergestellt werden.

Fazit

Verluste sind ein unvermeidlicher Bestandteil jedes Hausspeichersystems, weil physikalisch keine Energieumwandlung vollständig verlustfrei gelingt. Wechselrichter, der Lade- und Entladevorgang der Batterie sowie die Verkabelung tragen jeweils zu diesen Verlusten bei, und auch die Art der Kopplung zwischen PV-Anlage und Speicher beeinflusst den Umwandlungsaufwand. Statt sich auf pauschale Prozentangaben zu verlassen, lohnt sich der Blick in die technischen Unterlagen der Hersteller. Weiterführende Begriffe erklärt das Glossar, allgemeine Fragen beantwortet der Bereich FAQ.