Im Rahmen dieser Seminararbeit soll die Frage erläutert werden, inwiefern private Batteriespeicher wirtschaftlich erfolgreich sind und nachhaltig einen Beitrag zur Energiewende leisten können.
Die Energiewende ist eines der wichtigsten Ziele Deutschlands und mittlerweile auch Europas. Ein Teil dessen ist die Umstrukturierung des deutschen Stromsystems. Durch den Zubau von EE-Anlagen wurde die installierte Leistung der Erneuerbaren stetig gesteigert. Damit einher gehen große Mengen an Strom aus erneuerbarer Energie. Im Jahr 2018 lag der Anteil der Erneuerbaren am Bruttostromverbrauch bereits bei 37,8 %. Doch leider steht diese Energie nur schwankend zur Verfügung. Durch diese volatile Stromerzeugung werden in Zukunft Speicher- und Flexibilitätslösungen benötigt, um dieser Volatilität entgegenzuwirken. Eine dieser Technologien sind private Batteriespeicher.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung 1
2 Marktübersicht – Verbreitung und Marktteilnehmer 1
3 Wirtschaftlichkeit aus der Sicht eines Haushaltes 3
4 Bedeutung der Eigenbedarfsquote und des Autarkiegrades 6
5 Systemdienlichkeit privater Batteriespeicher 8
6 Nachhaltigkeit von privaten Batteriespeichern 12
7 Fazit 13
Anhang 14
Literaturverzeichnis 16
Abbildungsverzeichnis
Abb. 1: Einfluss der PV-Leistung und Speicherkapazität auf den jahresmittleren Eigen-verbrauchsanteil (links) und Autarkiegrad (rechts) (Jahresstrombedarf 4000 kWh)
Abb. 2: Schematische Darstellung und Charakteristik verschiedener Betriebsstrategien für PV- Speichersysteme
Abb. 3: Anzahl der Heimspeicherinstallationen in Deutschland/jährliche Neuinstallationen (2017-2019)
Abb. 4: Marktanteile für Heimspeicher in Deutschland (2019)
Abb. 5: Kosten PV & Speicher vs. Haushaltsstrompreis
Abb. 6: Preisentwicklung Lithium
Abb. 7: Entwicklung der Bergwerksförderung von Lithium
1 Einleitung
Die Energiewende ist eines der wichtigsten Ziele Deutschlands und mittlerweile auch Europas. Ein Teil dessen ist die Umstrukturierung des deutschen Stromsystems. Durch den Zubau von EE-Anlagen wurde die installierte Leistung der Erneuerbaren stetig gesteigert. Damit einher gehen große Mengen an Strom aus erneuerbarer Energie. Im Jahr 2018 lag der Anteil der Erneuerbaren am Bruttostromverbrauch bereits bei 37,8%.1 Doch leider steht diese Energie nur schwankend zur Verfügung. Durch diese volatile Stromerzeugung werden in Zukunft Speicher- und Flexibilitätslösungen benötigt, um dieser Volatilität entgegen zu wirken. Eine dieser Technologien sind private Batteriespeicher.
Im Folgenden soll nun die Frage erläutert werden, inwiefern private Batteriespeicher wirtschaftlich erfolgreich sind und nachhaltig einen Beitrag zur Energiewende leisten können.
2 Marktübersicht – Verbreitung und Marktteilnehmer
Private Batteriespeicher erfreuen sich immer größerer Beliebtheit. Deren wichtigster Anwendungsfall sind netzgekoppelte PV-Batteriesysteme. Dabei versucht ein Haushalt mithilfe der Batterie seine Eigenbedarfsquote und damit den Autarkiegrad zu optimieren.2 (Kap. 4) Eine große Rolle spielt dabei der aktuelle Haushalts-Strompreis in Verbindung mit der jeweiligen EEG-Vergütung. Das Marktwachstum wird aber auch durch die sinkenden Anschaffungskosten und durch die staatliche Förderung privater Batteriespeicher gestärkt.
Das Marktwachstum spiegelt sich in den Zahlen der Neuinstallationen und in der kumulierten Anzahl an Batteriespeichern wider. Die Zahl der installierten Batteriespeichern lag Anfang 2017 bei 61.300. Dies entsprach einer nutzbaren Speicherkapazität von 400 MWh.3
Das Bonner Marktforschungsunternehmen „EUPD Research“ stellte für den Zeitraum 2017-2019 folgende Entwicklung auf dem Heimspeicher-Markt fest: Im Jahr 2017 konnte man die kumulierte Anzahl auf 96.210 erhöhen. Im Folgejahr 2018 erhöhte sich diese Zahl auf 141.210. Auch im Jahr 2019 konnte man bei Batteriespeichern einen Zuwachs auf nun insgesamt 206.210 feststellen. 2017 lag das Wachstum bei 64% zum Vorjahr. Dieses pendelte sich für die Jahre 2018 und 2019 bei 46% ein. Im Betrachtungszeitraum 2017-2019 hat sich damit die Anzahl an Batteriespeichern mehr als verdoppelt.4
Um die Anbieterstruktur für private Batteriespeicher (Stand: 2019) auf dem deutschen Markt zu ermitteln hat das „EUPD Research“ eine Marktanalyse durchgeführt. Mit 20% hat der bayrische Anbieter „Sonnen“ den größten Marktanteil. Darauf folgt der chinesische Anbieter „BYD“ mit 19%. Es folgen schließlich zwei weitere deutsche Anbieter mit „E3/DC“ (14%) und „SENEC“ (14%) sowie der südkoreanische Anbieter „LG Chem“ (12%). Laut dieser Marktanalyse decken somit die fünf größten Anbieter 79% des deutschen Bedarfs. Dabei spiegelt sich die asiatische Stärke bei der Batterieherstellung wider. „BYD“ und „LG Chem“ nehmen zusammen immerhin einen Marktanteil von 31% ein.5
Es ist zu beachten, dass ein Großteil der abgesetzten Batteriesysteme mittlerweile auf Lithium basiert. Rein technisch gesehen hat die Lithium-Ionen-Batterie zur Blei-Säure-Batterie einige Vorteile. Das sind z.B. ein höherer Wirkungsgrad, längere Lebensdauer, größere Entladungstiefe, bessere Lagerbarkeit (höhere Energiedichte) und geringere Wartungsintensität.6 Auch die für Lithium-Ionen-Batterien sinkenden Anschaffungskosten (Kap 3.1.) sind hier natürlich ein Faktor.
Im Jahr 2013 teilten sich die beiden Technologien noch den Markt. Die Blei-Säure-Batterie war damals mit über 60% noch häufiger vorzufinden. Aber bereits 2017 lag der Marktanteil der Lithium-Ionen-Batterie bei fast 100%. Das war auch im Folgejahr der Fall.7 Aus diesem Grund wird an den entsprechenden Stellen dieser Seminararbeit lediglich auf die Lithium-Ionen-Batterie eingegangen.
3 Wirtschaftlichkeit aus der Sicht eines Haushaltes
Betrachteter Anwendungsfall: PV-Speichersystem zur Eigenversorgungsoptimierung
Für einen Haushalt ergibt sich die Wirtschaftlichkeit, indem er seine Stromgestehungskosten in Vergleich zum Haushalts-Strompreis setzt. Der Moment, indem beide Kostensätze gleich hoch sind, wird Netzparität genannt.8 Unterschreiten die Stromgestehungskosten den Haushalts-Strompreis, so wird der betrachtete Anwendungsfall vorteilhaft. Warum die Stromgestehungskosten eines PV-Batteriesystems mittlerweile unterhalb der Strombezugskosten liegen, wird in den folgenden Kapiteln erläutert.9
3.1. Anschaffungskosten
Maßgeblich geprägt wird die Wirtschaftlichkeit von privaten Batteriespeichern vom Preis der Batterie selbst. In Bezug auf die Wirtschaftlichkeit sollte man bei dieser auf eine möglichst lange Lebensdauer achten. Diese kommt durch eine möglichst hohe Zyklenzahl zustande, ein Vorteil der Lithium-Ionen-Batterie.10 Betrachtet man schließlich ein gesamtes Batteriesystem, so kommen mehrere Komponenten-Kosten hinzu. Das sind Kosten für einen Batterie-Wechselrichter, einen Energiemanager und für die Installation.
Etwa 40% der Kosten einer Lithium-Ionen-Batterie wird durch den Materialaufwand gedeckt. Die restlichen 60% werden durch die Zellkomponenten bestimmt. Die Batteriekosten werden daher auch zu einem nicht unerheblichen Teil vom Preis für Lithium beeinflusst.11 Von 2017-2018 wurde die Förderkapazität von Lithium auf circa 60.000 t/Jahr verdoppelt.12 Ab 2017 begann der Kurs daher von 18.000 US$/t auf fast 10.000 US$/t im Jahr 2019 zu fallen.13 Wegen der weltweit steigenden Produktionskapazitäten fällt nun der Handelspreis für Lithium.
Eine hohe Nachfrage nach Lithium durch beispielsweise E-Autos kann sich preissteigernd auswirken. Die zunehmende Verbreitung von E-Autos erhöht nun aber den Forschungs- und Entwicklungsbedarf für Batterien zusätzlich. Der Heimspeicher-Markt kann hier von Skalen-Effekten profitieren, womit die Anschaffungskosten für Batteriespeicher wieder sinken.
Das zeigt sich im “Speichermonitoring Jahresbericht 2016“ für den Zeitraum 2013-2015. Die Kosten pro Kapazität (kWh) für ein Lithium-Speichersystem sanken in dieser Zeit von circa 3.100 €/kWh auf circa 1.900 €/kWh. Immerhin eine Kostendegression von 38,9% in nur 3 Jahren.14
Diese Kostendegression setzte sich über die Jahre fort. Im „Speichermonitoring Jahresbericht 2019“ lagen die Kosten für ein Lithium-Speichersystem im Jahr 2018 bei circa 1.400 €/kWh.15 Für beide Monitoring-Programme wurden Daten von Speichersystemen herangezogen, die innerhalb der KfW-Förderung für Batteriespeicher lagen.
3.2. Förderung
Ein weiterer wichtiger Aspekt der Wirtschaftlichkeit ist die Förderung von privaten Batteriespeichern. Diese erfolgt auf Bundes- und Landesebene.
Die Bundesregierung betreibt die Förderung über die KfW mithilfe günstiger Kredite und Tilgungszuschüssen. Aktuell bietet die KfW eine Förderung von Batteriespeichern im Programm „Erneuerbare Energien Standard“ (Kredit 270). Dabei handelt es sich um einen günstigen Kredit, aber ohne Tilgungszuschüsse.16
Das Land Baden-Württemberg förderte Batteriespeicher im Programm „Netzdienliche PV-Batteriespeicher“. Das Programm startete Anfang 2018 und förderte private Batteriespeicher in Verbindung mit einer neuen PV-Anlage per Zuschuss. Ein prognosebasiertes System wurde extra bezuschusst. In diesem Programm musste im Sinne der Netzdienlichkeit die maximale Leistungsabgabe der PV-Anlage auf 50% heruntergefahren werden. Der Förderzuschuss wurde Anfang 2019 herabgesenkt.17 Das Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft BW gibt an, dass das Programm ab dem 1. März 2021 neu aufgelegt werden soll. Es soll bis zum 31. Dezember 2022 mit 10 Mio. Euro bezuschusst werden.18 Andere Bundesländer, Kommunen und Stadtwerke bieten auch aktuell Förderungen unterschiedlicher Höhe für private Batteriespeicher zum Zwecke der Eigenbedarfsoptimierung an.19
Eine Investition kann mittlerweile aber auch ohne eine Förderung wirtschaftlich sein. Das zeigen die sinkenden Anschaffungskosten (Kap.3.1.). Mit diesen einher gehen dann z.B. Senkungen von Förderzuschüssen innerhalb eines Förderprogramms. Damit kann die Höhe einer Förderung den aktuellen Anschaffungskosten von Batteriespeichern angepasst werden.
3.3. Wirtschaftlichkeit bei nachträglicher Installation
Aktuell ist es sehr sinnvoll, die eigene PV-Anlage mit einem Batteriespeicher auszustatten. Das liegt daran, dass die EEG-Vergütung unter das Preisniveau für Strombezug aus dem Netz gefallen ist. Eine Batterie wird nun wirtschaftlich, da man dadurch einen höheren Anteil des selbst erzeugten billigeren Stroms nutzen kann.20 (Kap. 4)
Doch was ist mit PV-Anlagen, die nach 20 Jahren aus der EEG-Vergütung herausfallen? Diese müssen ihren Strom zu einem sehr niedrigen Preis von circa 2-3 Cent/kWh an der Börse vermarkten oder vermarkten lassen.21
Dass eine PV-Anlage durchaus länger als 20 Jahre betrieben werden kann, haben Lebensdaueruntersuchungen an privaten PV-Modulen gezeigt. Mit Blick auf die höheren Stromkosten wird es dann wirtschaftlich sein, einen Batteriespeicher zu installieren. Ab 2021, wenn die ersten EEG-Vergütungen auslaufen, kann deshalb mit durchaus hohen Installationszahlen von Batteriespeichern gerechnet werden.22
[...]
1 Vgl. Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (2019), S. 10
2 Vgl. Thielmann, A. (2015), S. 7
3 Vgl. Figgener, J. (2017), S. 10
4 Abb. 3: Anzahl der Heimspeicherinstallationen in Deutschland/jährliche Neuinstallationen (2017-2019)
5 Abb. 4: Marktanteile für Heimspeicher in Deutschland (2019)
6 Vgl. Sinnecker, C. (2017), S.7 f.
7 Vgl. Figgener, J. (2020), S. 7 f.
8 Vgl. Brauner, G. (2019), S.155
9 Abb. 5: Kosten PV & Speicher vs. Haushaltsstrompreis
10 Vgl. Schmiegel, A. (2019), S. 178
11 Vgl. Kurzweil, P. (2018), S. 253
12 Abb. 6: Preisentwicklung Lithium
13 Abb. 7: Entwicklung der Bergwerksförderung von Lithium
14 Vgl. Kairies, K. (2016), S. 57
15 Vgl. Figgener, J. (2019), S. 15
16 Vgl. https://www.kfw.de/inlandsfoerderung/Privatpersonen/Bestandsimmobilie/F%C3%B6rderprodukte/ Eneuerbare-Energien-Standard-(270)/ (Zugriffsdatum: 06.12.2020)
17 Vgl. Figgener, J. (2019), S. 9
18 Vgl. https://um.baden-wuerttemberg.de/de/energie/informieren-beraten-foerdern/foerdermoeglichkeiten/pv-speicher/ (Zugriffsdatum: 17.12.2020)
19 Vgl. Bundesnetzagentur (2020), S.16
20 Vgl. Eckert, F. (2017), S. 717
21 Vgl. Graulich, K. (2018), S. 20
22 Vgl. Figgener, J. (2019), S. 31