Zusatzheizung
Das Nachheizen des Solarboilers in sonnenarmen Zeiten erfolgt mit einem Holzherd mit 4.5 kW Leistung, Jahresverbrauch etwa 0.7 – 1 Ster Holz.
Wärmespeicher
Die Solaranlage und die Erdwärmesonde gewinnen Wärme, welche zwischengelagert wird. Die Boiler haben 850 und 1’700 Liter Fassungsvermögen.
Erdspeicher
Das Gestein um die Erdwärmesonde herum nimmt im Sommer die überschüssige Solarwärme auf und gibt sie im Vorwinter an die Heizung ab.
Stromspeicher
Um möglichst viel Strom der Photovoltaikanlage und des Wasserrads selber nutzen zu können, gibt es einen
Akku zur Zwischenspeicherung.
| Technische Daten: | |
|---|---|
| Batterie | |
| Marke | Sonnen |
| Kapazität verbaut | 11 kWh |
| Kapazität nachrüstbar | max 110 kWh |
| Inselnetzfähigkeit | nachrüstbar |
| Wärmespeicher | |
| Fassungsvermögen | 850 & 1700 Liter |
A: Weitere Informationen
In diesem Haus werden drei verschiedene Speicherarten genutzt:
- a) Stromspeicher
- b) Warmwasserspeicher
- c) Erdspeicher
a) Stromspeicher
Akku 11 kWh, Hersteller: «Sonnen»
Batterien und Akkus sind Gleichspannungsspeicher. Das passt gut zu Solaranlagen, die von der Solarzelle bis zum Wechselrichter mit Gleichspannung arbeiten. Das Stromnetz basiert auf Wechselspannung. Darum benötigen Solaranlagen Wechselrichter, die den Solarstrom in netzkonformen Wechselstrom umformen. Wechselstrom wird im Haus gebraucht (Selbstversorgung) oder er wird bei Überschuss ins Stromnetz eingespeist.
Die Besonderheit des bei uns verbauten Speichers ist, dass er zwei Eingänge für Wechselspannung aufweist. Die Photovoltaikanlage mit den Einzelwechselrichtern liefert Wechselpannung, der Generator des Wasserrades ebenfalls. Wasserrad und Photovoltaikanlage sind mit dem Batteriespeicher verbunden. Der Speicher wirkt wie ein Puffer zwischen dem Wasserrad und den Verbrauchern im Haus.
Zur Erklärung ein Beispiel:
Nachts benötigen Kühlschrank, Tiefkühltruhe und die Steuergeräte 0,2 kW. Das Wasserrad bringt 1,2 kW. In den Speicher fliesst 1 kW, bis er voll ist. Dann wird der Strom (1 kW) ans Netz abgegeben.
Die Wärmepumpe schaltet ein. Sie benötigt 2,3 kW. Kühlschrank & Co benötigen 0,2 kW. Der Verbrauch beträgt 2,5 kW. Das Wasserrad liefert 1,2 kW. Die fehlenden 1,3 kW fliessen aus der Batterie. Vom Netz ist kein Bezug nötig. Sobald die Wärmepumpe abstellt, wird die Batterie wieder geladen.
Sobald der Speicher voll ist, geht der überschüssige Strom ins öffentliche Netz. Die Batterie gleicht bei knappem Energieangebot oder hohem Energieverbrauch die Schwankungen aus. Wenn das Wasserrad längere Zeit stillsteht, kann auch die Batterie ganz leer werden. Dann wird der Strom aus dem Netz bezogen. Das kommt nur an wenigen Tagen im Jahr vor. Gründe dafür sind dickes Eis auf dem Wasserrad bei tiefen Minustemperaturen, zu wenig Wasser in langen Trockenperioden oder das Verstopfen des Gitters beim Schacht mit Laub und Geschiebe.
b) Warmwasserspeicher
Für die Sonnenkollektoren stehen 2500 Liter Heizungswasser in zwei Boilern zur Verfügung. Zuerst wird der kleine Speicher (850 Liter) direkt unter dem Dach geladen.
Die oberen 400 Liter sind reserviert für das Warmwasser in Küche und Bad. Wenn die Kollektoren unter Schnee begraben sind, wird der obere Teil mit dem Holzherd nachgewärmt. Die untere Hälfte dient vorwiegend der Heizung. Im Keller steht der Heizungsspeicher mit 1700 Litern Inhalt. Was nicht als Brauchwarmwasser benötigt wird, geht immer in die Heizung. Im grossen Speicher wird die Solarwärme von sonnigen Tagen für solche mit bewölkten Tagen und Regenwetter gelagert. Im Winter dient er als Pufferspeicher für die Wärmepumpe. Die Wärmepumpe läuft bei einer Aussentemperatur von null Grad täglich nur etwa drei Stunden. Das reicht aus, damit die Heizung das Haus rund um die Uhr mit Wärme versorgen kann.
c) Erdspeicher:
Sobald der Heizungsspeicher voll ist, wird die überschüssige Wärme in die Erdwärmesonde und in den Boden geleitet. Im Winter entzieht die Erdwärmesonde Energie aus dem Erdreich. Im Sommer fliesst durch die gleichen Röhren Wärme in den Boden zurück. In einem sonnigen Sommer werden bis zu 4500 kWh in den Boden gepumpt. In einem strengen Winter werden etwa 9500 kWh Wärme aus dem Boden entzogen. Da immer Wärme aus dem tiefen Erdinneren nachströmt, kühlt diese Erdwärmesonde über all die Jahre nicht aus. Im Gegenteil: Im November ist das Wasser aus der Tiefe wärmer als es ohne Sonnenwärme wäre. Etwa nach einem Monat Heizbetrieb sinkt die Quellentemperatur auf den normalen Wert.
B: Hintergrund
Keine Energiewende ohne Energiespeicher
Energiespeicher sind sehr wichtig für die sichere Energieversorgung. In der Schweiz haben wir ideale Voraussetzungen für Stauseen und Pumpspeicherseen. Sie können kurzfristig Spitzenstrom bereitstellen. Mit dem intensiven Zubau von Solaranlagen wird die Speicherung noch wichtiger. Solarstrom fällt besonders an sonnigen Tagen an. Im Sommer liegt der Ertrag hoch, im Winter ist er jedoch klein. Das ist leider genau verkehrt. Im Winter benötigen wir viel Energie.
Kleine Batteriespeicher verschieben die Energie vom Tag in die Nacht. Damit können Besitzende von Solaranlagen mehr Eigenstrom selber nutzen.
Noch sind grosse Batteriespeicher kostspielig. Wenn sie günstiger werden, können sie in grösserem Stil eingesetzt werden, zum Beispiel um Schwankungen des Energiebedarfs im Quartier oder einer grösseren Siedlung auszugleichen.
Mit Pumpspeicherkraftwerken kann überschüssiger Solarstrom am Mittag zum Hochpumpen von Wasser in den oberen Stausee genutzt werden. Wenn Spitzenstrom benötigt wird, kann das Wasser wieder auf die Turbinen geleitet und in Strom umgewandelt werden.
Ausblick
Es wird sich zeigen, welche Speichertechnologien sich in den nächsten Jahren durchsetzen werden. Neue Batterietechnologien werden preiswerter. Sie könnten flächendeckend zum Einsatz kommen bei Privaten und in grossem Stil von den Stromversorgern.
Spannend wäre auch das bidirektionale Laden von Elektrofahrzeugen (parkierte Autos sind am Netz angeschlossen und Strom kann in beide Richtungen fliessen). Wenn eine Million Fahrzeuge an den Steckdosen hängen und 20 % ihres Speichers zum Ausgleich zur Verfügung stellen , könnte kurzfristig eine riesige Strommenge vom Stromnetz in die Autos und von den Autos ins Netz verschoben werden. Alle Elektroautos zusammen wären ein riesiger Stromspeicher.
Vielleicht gelingt bei der Speicherung von Wasserstoff ein Durchbruch. Wasserstoff könnte im Sommer kostengünstig in grossen Mengen mittels Photovoltaik und Elektrolyse erzeugt und (in Brennstoffzellen?) gelagert werden. Für den Winter kann dann die gespeicherte Energie in elektrische Energie umgewandelt werden.
C: Aufgabe
Die Anzeige beim Wasserrad zeigt eine Leistung von 2kW. Die Batterie ist leer und kann 10 kWh aufnehmen. Wie lange muss das Wasserrad Strom für die Batterie liefern, bis sie voll ist?
5 Stunden
D: Werkidee
Zu machen