Bei Battery Energy Storage Systemen (BESS) sind Round-Trip-Efficiency (RTE) und State of Health (SoH) entscheidende Kennzahlen für die Wirtschaftlichkeit und Langlebigkeit. Während RTE den Gesamtwirkungsgrad eines Lade-Entlade-Zyklus misst (typisch 94–98% bei modernen Li-Ion-Systemen), gibt SoH an, wie viel der ursprünglichen Kapazität nach Jahren im Betrieb verbleibt. Diese KPIs bestimmen direkt die Rentabilität in Arbitrage, Frequenzregelung oder PV-Speicherung – neben weiteren wie State of Charge (SoC), Depth of Discharge (DoD) und Self-Discharge Rate.
Was ist Round-Trip-Efficiency (RTE)?
Die Round-Trip-Efficiency (RTE) beschreibt den Gesamtwirkungsgrad eines Energiespeichers über einen vollständigen Lade- und Entladezyklus. Konkret ist RTE das Verhältnis von abgegebener Energie (beim Entladen) zur zugeführten Energie (beim Laden), angegeben in Prozent.
Formel: RTE = Energieausgabe ÷ Energieeingabe X 100
Praxisbeispiel: Bei einem MWh Ladeenergie gibt ein System mit 95% RTE nach Abzug von Verlusten (z. B. Umwandlung, Wärme) 950 kWh zurück – die restlichen 50 kWh gehen als Verluste verloren. Moderne Systeme mit LFP-Zellen und SiC-Wechselrichtern erreichen oft über 97%.
Der RTE-Wert wird von Faktoren wie Batteriemodell, Temperatur, Lade-/Entladerate (C-Rate) und Zyklenzahl beeinflusst. Interne Widerstände, voltammetrische Effekte, elektrochemische Reaktionen sowie Materialverluste an Elektroden führen zu Energieverlusten, die mit der Nutzung zunehmen. Die wichtigsten Einflussfaktoren für die Round-Trip-Efficiency sind:
- Batteriechemie: Bei der Auswahl der Zellchemie ist auf Effizienz zu achten
- C‑Rate: Verschiedene Zellarten haben unterschiedliche Lade- und Entladeraten
- Temperatur: Extreme Hitze oder Kälte verschlechtern Chemie‑Effizienz um 5–10%
- Klimatisierung: Kühlung und Heizung des BESS können den RTE um 2-19% verschlechtern
- Wechselrichter: Bei der Umwandlung DC/AC können Verluste von 4-7% auftreten
- Alterung/SoH & DoD: Degradation um 2%/Jahr, tiefe Entladung (>80% DoD) steigert Verluste
- Systemdesign: Schlechte Balance oder hohe Verbräuche der IT reduzieren RTE um 5–15%
Was ist State of Health (SoH)?
Der State of Health (SoH) beschreibt den Gesundheitszustand einer Batterie im Vergleich zu ihrem Neuzustand und wird meist in Prozent angegeben. Konkret bezieht er sich auf die Fähigkeiten des BESS, ihre ursprünglich festgelegten Funktionen und Leistungen zu erbringen. Das bedeutet, der SoH gibt an, wie viel der ursprünglich nutzbaren Kapazität, Leistung oder Energiedichte nach einer bestimmten Betriebsdauer noch vorliegen.
Typischerweise wird SoH über Kriterien wie verbleibende Kapazität (z. B. 90% statt ursprünglich 100%), Anstieg des Innenwiderstands und Veränderungen im Spannungsverlauf beziehungsweise der RTE abgeleitet. Ein SoH von 80% bedeutet in der Praxis: Das System liefert nur noch 80% der ursprünglichen Speicherkapazität, obwohl die gleiche Ladeenergie aufgewendet werden muss – das wirkt sich direkt auf Erlöse und Betriebsstrategien aus.
Im Betrieb sinkt der SoH kontinuierlich durch Alterungsmechanismen wie elektrochemische Degradation, SEI-Schichtwachstum (Ablagerungen an der Anode), Verlust aktiven Elektrodenmaterials, mechanische Spannungen und Temperaturstress. Einflussgrößen sind unter anderem Zyklenzahl, Depth of Discharge (DoD), C-Rate, mittlerer State of Charge (SoC) und Temperaturfenster.
Weitere wichtige Kennzahlen für BESS
Neben Round-Trip-Efficiency (RTE) und State of Health (SoH) sind folgende KPIs essenziell, um Battery Energy Storage Systems (BESS) effizient zu betreiben, zu überwachen und wirtschaftlich zu optimieren.
State of Charge (SoC)
Der State of Charge (SoC) gibt den aktuellen Ladegrad einer Batterie als Prozentsatz (0–100 %) der nutzbaren Kapazität an – quasi den “Tankfüllstand”. Er wird durch Algorithmen (z. B. Coulomb-Zählung, Spannungsmessung oder Kalman-Filter) im Battery Management System (BMS) ermittelt. Optimaler Betrieb liegt bei 20–80 % SoC, um Degradation zu minimieren; Extreme (0 % oder 100 %) verkürzen die Lebensdauer.
Depth of Discharge (DoD)
Die Depth of Discharge (DoD) beschreibt die relative Entladetiefe eines Zyklus, z. B. 80 % DoD bedeutet Entladung von 100 % auf 20 % SoC. Höhere DoD steigern die nutzbare Energie pro Zyklen, erhöhen aber den SoH-Rückgang (z. B. 90 % DoD halbiert meist die Zyklenzahl). Empfehlung für LFP-BESS: 80–90 % DoD für Balance aus Kapazität und Langlebigkeit.
Self Discharge Rate (SDR)
Die Self Discharge Rate misst den passiven Kapazitätsverlust im Ruhezustand (z. B. 1–3 % pro Monat bei Li-Ion, höher bei Blei-Säure). Sie entsteht durch interne chemische Reaktionen und Leitungswiderstände. Minimierung durch niedrigen Speicher-SoC (ca. 30–50%), Temperaturkontrolle (<25 °C) und periodische Balance.
Wichtige BESS-Kennzahlen im Überblick:
| Kennzahl | Abkürzung | Messgröße | Typ. Werte BESS | Einfluss auf System |
| Round-Trip-Efficiency | RTE | Energieverhältnis | 94 – 98 % | Wirtschaftlichkeit |
| State of Health | SoH | Kapazitätsrest | > 80 % nach 10 J. | Langlebigkeit |
| State of Charge | SoC | Akt. Ladezustand | 20 – 80 % optimal | Betriebssicherheit |
| Depth of Discharge | DoD | Entladetiefe | 80 – 90 % | Zyklenlebensdauer |
| Self Discharge Rate | SDR | Ruhe-Verluste | 1 – 2 % / Monat | Standby-Verlust |
Technologische Fortschritte bei RTE & SoH
Die vergangenen zehn Jahre zeigen einen deutlichen Technologiesprung bei Performance und Alterungsstabilität von Batteriespeichersystemen. Während Anlagen um 2016 systemweit häufig nur etwa 75 % bis 82 % RTE erreichten, liegen heutige Großspeicher typischerweise im Bereich von 88 % bis 94 %. Aktuelle Premiumsysteme überschreiten sogar 92 % AC-Wirkungsgrad und können in optimierten Konfigurationen RTE-Werte bis nahe 98 % erreichen. Haupttreiber sind Fortschritte in der Leistungselektronik – insbesondere SiC- und GaN-Halbleiter – sowie effizientere thermische Konzepte wie Flüssigkühlung, die den Eigenverbrauch deutlich reduzieren.
Parallel dazu hat sich die Alterungsstabilität bzw. der State of Health (SoH) erheblich verbessert. Während stationäre Speicher früher meist auf etwa 3.000 bis 5.000 Zyklen ausgelegt waren, erreichen moderne Zellgenerationen, insbesondere LFP-basierte Systeme, heute typischerweise 10.000 bis 15.000 Zyklen. Gleichzeitig ist die jährliche Degradation von früher rund 2 % bis 3 % auf häufig unter 1,5 % gesunken. Fortschritte in datenbasierter Betriebsführung und KI-gestützter Analyse ermöglichen zudem eine präzisere Zustandsprognose und schonendere Fahrweisen, wodurch sich die nutzbare Lebensdauer zusätzlich verlängert.
Vergleich: 2016 vs. 2026
| Merkmal | Stand 2016 | Stand 2026 | Trend |
| Typische RTE | ~80 % | 90 – 94 % | Deutlich geringere Verluste |
| Lebensdauer | 3.000 – 5.000 Zyklen | > 12.000 Zyklen | Mehr als verdoppelt |
| Degradation p. a. | ~2 – 3 % | < 1,5 % | Stabilere Performance |
| Kühlsystem | meist Luftkühlung | Flüssigkeitskühlung | Effizienterer Betrieb |
RTE-Trend der letzten Jahre
| Jahr | Typischer Bereich | Bemerkung |
| 2022 | 87 – 94 % | Basis Li-Ion-Systeme mit Umwandlungsverlusten |
| 2024 | 90 – 95 % | Verbesserung durch LFP und GaN‑Inverter |
| 2025/2026 | 94–98 % + | High-End-Systeme mit SiC |
In Summe zeigt sich ein klarer Trend: Wirkungsgradsteigerungen und langsamere Alterung entwickeln sich parallel und verstärken sich wirtschaftlich gegenseitig. Moderne Batteriegroßspeicher liefern damit nicht nur mehr nutzbare Energie pro Zyklus, sondern halten dieses Leistungsniveau auch deutlich länger stabil.
Leistungstests, Kalibrierungen & Optimierungstipps
Um Round-Trip-Efficiency (RTE) und State of Health (SoH) sowie weitere KPIs wie SoC, DoD und SDR präzise zu bestimmen und langfristig zu optimieren, sind regelmäßige Leistungstests und Kalibrierungen unerlässlich. Diese Maßnahmen gewährleisten zuverlässige Messdaten, minimieren Abweichungen und maximieren die Wirtschaftlichkeit von BESS.
Leistungstests für BESS
Leistungstests umfassen standardisierte Zyklenmessungen (z. B. nach IEC 62619 oder NREL ATB-Protokollen), bei denen ein BESS unter definierten Bedingungen (konstante C-Rate, SoC-Fenster, Temperatur) geladen und entladen wird. Ziel ist die Ermittlung des RTE in AC- und DC-Ebene und die Validierung des SoH über einen Kapazitätsvergleich. In der Praxis sollten die Grid-Anwendungen mindestens monatlich und für Arbitrage quartalsweise durchgeführt werden. Bei Abweichungen größer zwei Prozent sollte das BESS gewartet werden.
Kalibrierung des BESS
Die Kalibrierung erfolgt durch verschiedene gezielte Verfahren. Für den State of Charge (SoC) empfiehlt sich eine regelmäßige Full-Charge-Full-Discharge-Zyklen alle 3–6 Monate, um den sog. Coulomb-Zähler im BMS zurückzusetzen sowie die Algorithmen und Filter zu optimieren. Der State of Health (SoH) wird über Innenwiderstandsmessungen, Kapazitätstests und elektrochemische Impedanzspektroskopie kalibriert, immer im Vergleich zum Neuwert. Bei der RTE setzen bidirektionale Energiezähler saisonale Baseline-Tests um.
Optimierungsmaßnahmen für bessere RTE- und SoH-Werte
Die Round-Trip-Effizienz (RTE) in BESS-Systemen lässt sich durch gezielte Maßnahmen in Hardware, Software und Betrieb optimieren – typische Zuwächse liegen bei 2–5 Prozentpunkten. Gleichzeitig verbessern diese Ansätze den State of Health (SoH) und verlängern die Lebensdauer, was die Wirtschaftlichkeit steigert.
Hardwareseitig lohnt es sich, hochwertige Batteriechemie wie LFP-Zellen zu priorisieren (95 % + DC-RTE), da ihr niedriger Innenwiderstand chemische Verluste reduziert und den SoH stabilisiert. Fortschrittliche Wechselrichter mit SiC/GaN-Halbleitern und mehrstufigen Topologien können die Umwandlungseffizienz auf 98 –99 % steigern, während effizientes Thermal Management durch Flüssigkeitskühlung den AUX-Verbrauch auf unter 0,1 % Leerlaufverluste senkt und die Batteriechemie schont.
Software- und betriebsseitig sorgt ein fortschrittliches KI-gesteuertes EMS/BMS für dynamische Anpassung von C-Rate, SoC-Fenster (z. B. 20 – 80 % statt 0 – 100%) und DoD (<90 %), wodurch Spitzenverluste vermieden und Degradation reduziert werden. Vorbeugende Optimierungen mit Lastprognosen ermöglichen Zyklen bei optimaler Temperatursteuerung (20–25 °C) und C-Rate (<0,5 C). Diese Konfiguration eignet sich ideal für Arbitrage und Peak-Shaving.
Ergänzend gewährleisten wöchentliche Zellbalancings (Spannungsdifferenz <5 mV), Firmware-Updates und thermische Audits eine frühzeitige Degradation. Praktisch können optimierte BESS so einen RTE-Wert von über 97% und einen SoH-Wert von über 90 % SoH selbst nach fünf Jahren Betrieb erreichen. Durch das Monitoring der Kennzahlen und durch Einhaltung der Wartungsfenster sinkt dabei der Levelized Cost of Storage (LCOS) um 10–15 %.
Fazit: Schlüsselkennzahlen für Performance & Wirtschaftlichkeit
RTE und SoH sind zentrale Leistungsindikatoren moderner BESS und bestimmen maßgeblich Effizienz, Lebensdauer und Erlösfähigkeit. Technologische Fortschritte bei Zellchemie, Leistungselektronik und Betriebsführung haben dazu geführt, dass heutige Systeme deutlich höhere Wirkungsgrade erreichen und langsamer degradieren als frühere Generationen.
Entscheidend für den wirtschaftlichen Betrieb ist das Zusammenspiel aus hochwertiger Hardware, optimierter Systemauslegung und intelligenter Steuerung. Werden diese Faktoren konsequent berücksichtigt, lassen sich dauerhaft sehr hohe Effizienzwerte und stabile Batteriezustände erzielen – mit direktem Einfluss auf Kostenstruktur, Anlagenperformance und langfristige Investitionsrendite.