Gebaeude Energie Berater Ausgabe: 7/8-2012

Plus-Energiehaus mit PV-Anlage, Wärmepumpe und Akku

Gut vernetzt


Die Speicherung von Strom aus erneuerbaren Energien ist der Schlüssel zur Energiewende. Dazu sind leistungsstarke Batterien notwendig, die in der Lage sind, das schwankende Angebot aus selbst ­erzeugtem Solarstrom auszugleichen und in den Abend- und Nachtstunden zur Verfügung zu stellen. Will man damit eine Wärmepumpe betreiben, muss man deutlich über 20000 Euro in einen Batteriespeicher ­investieren.

Der Bundesverband Wärmepumpe (BWP) hat ehrgeizige Ziele: Allein im Jahr 2012 sollen 80000 Anlagen installiert werden. Doch der Bau einer Wärmepumpenheizungsanlage ist mehr als nur den konventionellen Gas-/Öl-Heizkessel durch eine Wärmepumpe gleicher Leistung zu ersetzen. Deshalb ist es wichtig, nachahmungswürdige Projekte mit „so-haben-wir-das-gemacht-Charakter“ Planern, Installateuren und Bauherren im Detail vorzustellen. Ein typisches Beispiel dieser Art ist das Plus-Energiehaus in Krumbach, dessen Luft-Wasser-Wärmepumpe mit PV-Anlage und einem Stromspeicher kombiniert ist.

In Kooperation mit dem Energieversorger

Wie bekommt ein Energieversorger das Überangebot an PV-Strom um die Mittagszeit in den Griff? Werden wir unsere Wärmepumpen in Zukunft mit Strom vom Dach oder vom Akku betreiben? Welche baulichen und anlagentechnischen Voraussetzungen müssen erfüllt werden, damit ein Plus-Energiehaus funktioniert?

Im bayrisch-schwäbischen Krumbach wird schon mal die Energiewende geprobt, nicht nur auf dem Papier, sondern im Privathaushalt der Hautärztin Dr. ­Ildiko Sugar. Unterstützung erhält die technik­begeisterte Medizinerin durch die Lechwerke, die sich aus dem nahezu energieautarken Neubau wichtige Erfahrungen im Zusammenspiel von PV-Anlage, Stromspeicher, Wärmepumpe, Heizungspufferspeicher bei jeglicher Wetterlage und bei unterschiedlichen Tarif­angeboten (Smart-Grid-Funktionen) erhoffen.

Das Haus mit insgesamt 250 m2 Wohn­fläche entspricht dem KfW-30-Standard und kommt auf einen Heizenergiebedarf von etwa 15 kWh/m2 im Jahr. Mit zum hohen Effizienzstandard trägt eine Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung bei, sodass die Fußbodenheizung und damit die Wärmepumpe (3,5 kW elektrisch, Fabrikat Vaillant) meist nur kurz in Betrieb gehen.

Zur Verbesserung des hausinternen Lastverschiebepotenzials hat die Bauherrin anstatt eines 300-Liter-Warmwasserspeichers einen 2000 Liter fassenden Heizungspufferspeicher eingebaut. Dadurch kann die Wärme zu Zeiten erzeugt werden, in denen überschüssiger Solarstrom zur Verfügung steht, dieser im Netz des Stromversorgers wegen Höchstlasteinspeisung um die Mittagszeit aber eher unerwünscht ist.

Lithium-Ionen-Akku puffert Stromüberschuss

Um die Anlage noch stärker auf die Bedürfnisse des Stromversorgers abzustimmen, wird die Stromeinspeisung der Photovoltaik-Anlage – 250 m2 Modulfläche, 23 kWp, 25000 kWh pro Jahr – über einen Lithium-Ionen-Akku mit einer Kapazität von 20,5 kWh strategisch gepuffert, bevor der Überschuss ins Netz der Lechwerke eingespeist wird. Dabei geht es in erster Linie darum, die Einspeisung des PV-Stroms so zu steuern, dass das Netz des Versorgers möglichst gleichmäßig belastet wird.

Die Herausforderung liegt darin, die Wärmepumpe mit dem Heizungspufferspeicher steuerungstechnisch so in die PV-Anlage und den Stromspeicher (Akku) einzubinden, dass die Wärmepumpe bei hoher Netzbelastung des Versorgers auf den Akku-Strom zurückgreift. Damit soll vermieden werden, dass die Wärmepumpe wie gewohnt am frühen Morgen in Betrieb geht, dazu Strom aus dem Netz bezieht und auch den Heizungspufferspeicher auflädt, um die Mittagszeit, wenn PV-Strom im Überfluss vorhanden ist, sich aber abschaltet. Die komplette PV-Leistung wird zunächst in den Akku (Ladezeit rund ein bis zwei Stunden) und erst danach ins Netz eingespeist.

Perfektes Timing bei der Stromeinspeisung

Mit einem ausgeklügelten Energiemanagement und Smart Grid-Funktionen soll künftig Solarstrom nur dann in das Netz der Lechwerke eingespeist werden, wenn im Stromnetz freie Kapazitäten vorhanden sind. Wichtig ist, dass der Hausenergieverbrauch und die Batteriebeladung mit der Höchstleistung der PV-Anlage in Einklang gebracht werden. Außerdem muss das System gewährleisten, dass der Heizungspufferspeicher möglichst um die Mittagszeit beladen wird und erst anschließend beziehungsweise parallel dazu der Stromspeicher.

Derzeit kosten Lithium-Ionen-Batteriesysteme mit einer Kapazität von 20 kWh noch deutlich über 20000 Euro und sind damit weit von einer Marktakzeptanz entfernt. Bei den Lechwerken favorisiert man deshalb zunächst die bewährten Blei-Gel-Batterien mit einer Speicherkapazität von 5 kWh für das Einfamilienhaus. Ein System, bestehend aus 50 m2 PV-Modulen, fertig montiert, mit Wechselrichtern, Blei-Gel-Batterien und Steuerung könnte jetzt schon zum Festpreis von 15000 Euro angeboten werden, so die Berechnungen der Lechwerke.

Fazit: Pilotprojekte dieser Art sind wichtig, aber die massenhafte Vernetzung von Plus-Energiehäusern mit der urbanen Infrastruktur birgt auch hohe Ausfallrisiken. In der Forschung macht bereits der Begriff „Verletzlichkeitsparadoxon“ die Runde. Tenor: Je besser etwas funktioniert, desto gravierender sind die Folgen, wenn etwas ausfällt. Wolfgang Schmid

  • Stolz zeigt die Hausbesitzerin, Dr. Ildiko Sugar, ihre „App“ zum Steuern der komplexen Anlage.
  • Die Stromerlöse aus der 23 kWp-PV-Anlage werden über einen Lithium-Ionen-Akku im Haus strategisch gepuffert, bevor der Überschuss ins Netz der Lechwerke eingespeist wird.
  • Intelligente Kombination: Eine 3,5 kW-Luft-Wasser-Wärmepumpe mit PV-Anlage und internem Stromspeicher
Foto: Wolfgang Schmid
Foto: BWP
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Literatur

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