Die PV-Anlage versorgt das KIT zwar mit Energie, vorrangiges Ziel ist es aber die Eigenbedarfsstromversorgung zu erforschen. Welche Fragen sind heute noch ungeklärt?

Es gibt noch eine Menge offener Fragen. Zunächst zu den Modulen: Wir arbeiten in dem Projekt mit dem Modulhersteller Solarwatt zusammen, der auf die Glas/Glas-Technik setzt, um die Lebensdauer auf 30 Jahre zu verlängern. Denn weil die Rückseite im Gegensatz zu den heute üblichen Modulen nicht aus Kunststoff, sondern aus Glas besteht, diffundieren weniger Sauerstoffmoleküle durch die Modulrückseite. Inwieweit sich die Lebensdauer dadurch tatsächlich verlängert, das wollen wir testen. Außerdem wollen wir auch Module von Anbietern aus anderen Weltregionen testen und prüfen, ob sich eine höhere Investition in qualitativ höherwertigere Module tatsächlich lohnt.

Das KIT will im Rahmen des Projekts auch untersuchen, wie sich allein über die Ausrichtung der Module die Netzstabilität verbessern lässt. Wie ist das zu verstehen?

In vielen Fällen sind die Module heute direkt nach Süden ausgerichtet. Also erreichen sie zur Mittagszeit ihre Spitzenleistung, die dann ungeregelt ins Netz geht. Nach Ost-West ausgerichtete Anlagen könnten den Spitzeneffekt am Mittag deutlich abflachen und damit einen großen Beitrag zur Netzstabilität leisten. Das wollen wir näher untersuchen.

Die Wechselrichter weisen heute schon eine deutlich geringere Lebenserwartung als die Module auf. Wenn die Lebenserwartung der Module auf 30 Jahre hochgehen sollte, verstärkt sich die Diskrepanz noch. Woran lieg das und gibt es Aussicht auf Abhilfe?

Auch das wollen wir eingehend untersuchen. Über die Modullebensdauer von 20 Jahre rechnen heute vorsichtige Investoren damit, den Wechselrichter zweimal austauschen zu müssen, die Mutigeren hoffen auf nur einen Austausch. Schwachpunkte, die das Leben eines Wechselrichters begrenzen, sind die Kondensatoren und vor allem die IGBTs.

Gibt es Ansätze, wie sich die Lebensdauer der IGBTs verlängern ließe?

Wir haben einige Ideen, können dazu aber im Moment noch nichts sagen.

Die Zyklenzahl der Batterien muss steigen

Einer der kritischsten Komponenten in einem PV-System zur Eigenstromversorgung ist die Batterie. Auf welche Typen setzt das KIT?

Wir werden zunächst Standard-Li-Ionen-Batterien einsetzen, ab kommendem Jahr auch neue Typen aus unserer eigenen Forschungsfabrik für die Kleinserien-Produktion, die kürzlich angelaufen ist.

Unterscheidet sich die Chemie dieser neuen Li-Ionen-Typen aus der Forschungsfabrik von den heute üblichen Batterien?

Die Chemie ist weitgehend identisch mit den Li-Ionen-Zellen, die heute in die Autos wandern, allerdings ist sie an einigen Stellen etwas modifiziert.

Arbeitet das KIT auch an einer ganz neuen Chemie?

Ja, aber hier sind wir noch im frühen Laborstadium. Uns stehen im Moment die Materiealien nur im Bereich von Gramm zur Verfügung, um einen Prototypen zu bauen, bräuchten wir Mengen im Kilogramm-Bereich. Es wird also noch ein wenig dauern, bis wir so weit sind.  

Was ist das kurzfristige Ziel für die Li-Ionen-Batterien mit modifizierter Chemie?

Die Zyklenzahl der Batterien muss sich erhöhen, damit ihre Lebensdauer in den Bereich der Lebensdauer der Module vorstößt.

Bieten Bleibatterien nicht eine wirtschaftliche Alternative?

Grundsätzlich sind wir technologieoffen. Der große Nachteil der Bleibatterien besteht darin, dass sie nur eine sehr niedrige Zyklenlebensdauer erreichen. Bezieht man den Aufwand für den Austausch alter Bleibatterien in die Rechnung mit ein, so ergibt sich nach unseren Untersuchungen, dass die Li-Ionen-Batterien wirtschaftlicher sind.

Wäre es möglich, die Zyklenlebensdauer der Bleibatterien zu verbessern?

Diese Batterien sind ziemlich ausgereizt, wir gehen nicht davon aus, dass sie sich entscheidend verbessern lassen. Das Zyklenverhalten lässt sich zwar verbessern, wenn man weit überdimensionierte Batterien einsetzt, das erfordert dann aber wieder so hohe Investitionen, dass dies für die Wirtschaftlichkeit nichts bringt. Und der Platz im Keller ist ja auch beschränkt.

Die Einzelkomponenten zu optimieren ist sicherlich wichtig, schlussendlich kommt es aber darauf an, dass Gesamtsystem optimal zu steuern….

…womit wir bei der Königsdisziplin angelangt wären. Die Herausforderung besteht darin, dass es saisonale Wetterschwankungen gibt, es gibt die typischen Schwankungen über die Tageszeit und kurzfristige Schwankungen durch die Wolkenbildung. Wir haben es also mit Fluktuationen auf unterschiedlichen Zeitskalen zu tun, die ausgeglichen werden müssen. Das ist eine hochkomplexe Regelaufgabe, in die die Wetterprognosen auf der Zeitskala von Tagen und die Fluktuationen durch Wolken innerhalb von Minuten eingehen.

Dezentrale Intelligenz statt virtuelle-Riesenbatterie

Um die Voraussetzung der Förderung zu erfüllen, müssen Speicher für PV-Anlagen über eine Schnittstelle verfügen, die es den Versorgern erlaubt, sie zur Stabilisierung des Netzes heran zu ziehen…

Ja, das sieht auf den ersten Blick ähnlich wie bei den Wechselrichtern aus, die sie regeln können. Das ist bei den Speichern allerdings eine heikle Sache, denn wenn die Versorger die Energieflüsse anpassen dürfen, bestimmen sie auch das Alterungsverhalten der Batterien. Außerdem gehen wir davon aus, dass es sehr komplex, aufwendig und schlussendlich wenig effektiv ist, eine große »virtuelle« Batterie zu realisieren.

Was wäre der Ausweg?

Wir verfolgen den Weg, die Einzelsysteme so intelligent zu machen, dass sie von sich aus – also ohne Eingriffe von außen – einen Beitrag zur Stabilisierung des Netzes leisten können.

Wäre es nicht aus sinnvoll, die Netze über größere Batterien auf Ebene der Ortsnetzstationen oder Umspannwerke zu stabilisieren?

Je nach Größe des Ortsnetzes könnte dies auch sinnvoll sein. Aber ich halte es grundsätzlich für sinnvoller, wenn sich die Technologie von der untersten Ebene entwickelt und nicht auf der oberen Ebenen startet, weil dann nicht so hohe Anfangsinvestitionen erforderlich sind.

Grundsätzlich geht es darum, über die Speicher das Netz zu stabilisieren und den teuren Netzausbau zu vermeiden. Gibt es Abschätzungen, aus denen hervorgeht, ob das tatsächlich wirtschaftlich sinnvoll ist?  

Die Kosten für die Speicher und den Netzausbau gegen zu rechnen ist sehr schwierig, weil davon jeweils ganz unterschiedliche Gruppen betroffen sind. Es gibt aber bereits Gemeinden, die am Horizont ein Geschäftsmodell sehen, in dem sie mit sinkenden Batteriepreisen– für die das KIT ja kräftig mitarbeitet – und mit steigenden Strompreisen rechnen.

Wann wird sich die Investition in eine Batterie für einen Privathaushalt wirtschaftlich lohnen?

Wenn die Entwicklungen des KIT zu neuen Materialien und Produktionsverfahren erfolgreich verlaufen, könnten damit im Jahr 2018 Batterien zu Herstellkosten von 250 €/kWh produziert werden. Das wäre dann beim heutigen Energiemarktdesign und Strompreissteigerungen wie in den letzten Jahren auch für den Privathaushalt interessant.