Wann ist es möglich, wirtschaftlich mit Speicher und Kollektoren einen Autarkiegrad von >80% zu erreichen?

Question

Hallo,

die technische Entwicklung sowohl in der Effizienz der Speicher- als auch der Kollektorentechnologie schreitet rasant voran. Irgendwann wird sich sicherlich jeder Haushalt autark mit Energie versorgen können.

Ist denn bereits jetzt absehbar, wann ein Haushalt wirtschaftlich einen Autarkiegrad >80% mit entsprechenden leistungsstarken Kollektoren und Speicher erreichen kann?

Answer 1

Ich sage mal: NEIN - nicht in absehbarer Zeit, denn die Randbedingungen sind nicht abschätzbar

1.) Je mehr sie verbrauchen ( Haushalt ) je mehr müssen sie als Speicher vorhalten, je teurer wird es. ( ganz wichtig ist hierbei der Standby der einzelnen Komponenten )

2.) Je weniger die Sonne scheint um so größer muss ihr Speicher werden, um diesen Zeitraum ( bis zum Wiederaufladen ) abzudecken.

3.) Je größer ihr Speicher wird um so größer muss die Leistung ihrer PV Anlage werden um in einer erträglichen Zeit den Speicher aufzuladen, um so teurer wird es.

Sie müssten VIEL Geld in die Hand nehmen und die Zeiträume sind lang und somit kommen sie auch in den Genuss Anlagenteile ersetzen zu müssen ( weil die Teile nicht so lange leben / oder leben sollten ). Und dann ist da noch die Politik und das EEG !!

ABER

wir brauchen die Speicher !!! Nur so können wir gemeinsam die Energiewende gestalten ( wie hier schon so oft ausgeführt ).

Intelligent vernetzte dezentral gesteuerte Speicher ( mit oder ohne PV, je nach Möglichkeit ). Raus aus der Kohleverbrennung.

Also - Wirtschaftlichkeit vergessen und ran ans Werk

Comments

Hallo Herr Walsch,
ich gehe davon aus, dass Sie die Frage falsch interpretiert haben. An Hand der Formulierung der Frage gehe ich davon aus, dass es bei der Anfrage um eine solarthermische Anlage handelt. Eigentlich wird nur dort wird von "Kollektoren" gesprochen. Vielleicht kann der Fragesteller die Frage nochmals konkretisieren.

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Hallo Herr Geckler,
Herr Walsch hat die Frage schon richtig verstanden - letztlich handelt es ich bei PV-Modulen auch um Kollektoren (trotzdem sorry für das Missverständnis).

Nun können wir ja den photovoltaischen Effekt mithilfe der Quantenmechanik sehr gut verstehen. Die technische Entwicklung in der Effizienzsteigerung der Modul- und Speichersysteme ist rasant. Es stellt sich nunmehr die Frage, ob (aus Sicht der Forschung) jetzt schon absehbar ist, wann ein durchschnittlicher Haushalt wirtschaftlich einen Autarkiegrad von mind. 80% erreichen kann, also mind. 80% seines jährlichen Bedarfs an elektrischer Energie wirtschaftlich vertretbar über Photonen (PV-Module und Speicher) abdecken kann.

Ich freue mich über eine rege Diskussion.

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Sehr geehrte Herren,

was verstehen Sie unter "wirtschaftlich"?
Über welchen Zeitraum denken Sie beim Autarkiegrad? Das gesamte Jahr? Ein Wintertag? Wintermonat?

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Hallo Herr König,

der Begriff "wirtschaftlich" kann sicherlich nicht auf den Euro genau heruntergebrochen werden. Es muss sich letztlich um einen vertretbaren Aufwand handeln.

Zum gegenwärtigen Zeitpunkt ist ein Autarkiegrad >80% zwar technisch machbar, aber aufgrund des immensen Aufwands wirtschaftlich nicht darstellbar - siehe auch den Kommentar von Herrn Walsch.

Zeitraum wäre natürlich das Kalenderjahr.

Answer 2

Hallo Photon,
danke für die Erläuterung der Frage. Allerdings ist diese Frage für die Autarkie bezüglich der Stromversorgung mindestens genau so schwierig zu beantworten wie bei der Solarthermie.
Der erreichbare Autarkiegrad ist zu einem großen Anteil abhängig vom Lastprofil und der Möglichkiet zum gezielten Betrieb von Verbrauchern mit hohem Stromverbrauch. Ich habe bereits seit ca. 3 Jahren Kunden, die sich über das gesamte Jahr zu etwa 80% autark versorgen. Wenn nur typische Verbraucher in einem Haushalt vorhanden sind ( und möglichst ein Verbrauch von maximal 3.000 kWh/Jahr ) ist dies in der Zwischenzeit auch mit überschaubarem finanziellen Einsatz möglich.

Ich habe aber auch Kunden, die mit Ihrem System aus PV mit Speichersystem nicht nur den Allgemeinstrom abdecken sondern auch noch den Verbrauch der Heizungswärmepumpe ( inkl. WW-Bereitung ). Selbst bei diesem Kunden erreichen wir mit einer PV-Anlage mit 7,5 kWp und Speichersystem mit 5 kWh Nutzkapazität eine Autarkiequote von etwa 55%. Wobei bei dieser Anlagengröße der PV-Anlage über das gesamte Jahr mehr Überschuss-Strom ins Netz eingespeist wird wie in den Zeiten mit Netzbezug bezogen werden muss. Gesamterzeugung war im vergangenen Betriebsjahr ca. 7300 kWh, Gesamtverbrauch von 6550 kWh. Die Einspeisung betrug ca. 3600 kWh, der Netzbezug ca. 3270 kWh.

Besonders überraschend, fast schon überwältigend ist dabei die Tatsache, dass mit einem solchen System ohne Berücksichtigung von MwSt auf Eigenverbrauch die gesamten Energiekosten ( Allgemeinstrom + Heizung + WW-Bereitung ) für dieses Gebäude mit ca. 125m² Wohnfläche bei nur noch etwa 30,- € pro Monat gelegen haben.

Comments

Ich kann die Aussagen von Herrn Geckler 1:1 bestätigen. Bei Haushaltsstrom schaffen wir mit PV + Batteriespeicher sehr häufig 80% und mehr Autarkiegrad. Und es ist bezahlbare Energie, d.h. wir reden hier von Amortisationszeiten zwischen 10 und 15 Jahren.

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Hallo Herr Geckler,

vielen Dank für Ihre Nachricht - das hört sich doch schon recht vielversprechend an!

Nur, die Einschränkung auf typische Verbraucher (welche sind das?) und einen Jahresstromverbrauch von max. 3000 kWh gefällt mir nicht. Letztlich wird der Stromverbrauch auch weiter steigen - nicht zuletzt durch die kommende E-Mobilität und die fortschreitende Digitalisierung unserer Lebensbereiche.

Setzen wir also einen Jahresstromverbrauch von 6000 kWh an, ist Stand heute ein Autarkiegrad >80% nur mit unverhältnismäßigen Aufwand möglich.

Aber die Steigerung der Effizienz von Stromspeichern und Solarmodulen schreitet rasant voran. Siehe auch nachfolgenden Link. Die Entwicklung der nächsten Generation an Batterien ist eines der Top Technologiethemen.

https://www.weforum.org/reports/top-10-emerging-technologies-of-2016/

Kann jemand aus dem Forum hierzu etwas sagen? Gerade auch zum Zeithorizont?

Answer 3

Die Frage enthält so viele ungeklärte Randbedingungen, dass die möglichen Antworten je nach Definition der einzelnen Faktoren unterschiedlich ausfallen müssen.

Was soll mit "ein Haushalt" gemeint sein? Ein Einfamilienhaus oder ein Haushalt in einem Mehrfamilienhaus? Ein Haushalt mit sparsamem Stromverbrauch (< 1000 kWh el pro Person und Jahr)? Einschließlich Energieverbrauch für Warmwasser und Heizung?

Vor allem die Verteilung des Stromverbrauchs über die Monate ist entscheidend dafür, wie groß der Speicher dimensioniert werden müsste. Als typisches Beispiel ließe sich ein Einfamilienhaus mit 3.600 kWh/a Verbrauch von "Haushaltsstrom" definieren, mit 3.600 kWh/a Wärmebedarf für Warmwasser und 8.000 kWh/a Wärme für Heizzwecke, wobei diese Wärmeverbraucher über eine elektrische Wärmepumpe mit Arbeitszahl 3 (1 kWh el ergibt 3 kWh Wärme) versorgt werden. Auf dem Dach ist eine 4 kWh peak PV-Anlage angenommen (nicht jedes Haus hat rund um Gauben, Kamin etc. viel Platz für größere PV-Flächen). Wenn man vom Haushaltsstromverbrauch und dem Stromverbrauch der Wärmepumpe die PV-Strom-Erzeugung abzieht, bliebt in den Wintermonaten November bis Ende Februar eine Versorgungslücke von rund 2.200 kWh. Der PV-Strom-Überschuss aus dem Hochsommer liegt immerhin bei rund 3.400 kWh, was auch nach Abzug von 20% Speicherverlusten den Verbrauch deckt.

Wenn jetzt ein so großer PV-Speicher beauftragt würde, könnte man sicher schon einen Preis von unter 1.000 € pro kWh Speicherkapazität erreichen. Mit rund 1,5 Mio € Investition in einen Batteriespeicher ließe sich also jetzt schon eine 80%ige Autarkie auch im Winter erreichen.

Der Platzbedarf eines heute üblichen Lithium-Ionen Speichers hochgerechnet auf 1.000 kWh ist rund 7 Kubikmeter. Insgesamt kommt man also sicher über 10 Kubikmeter. Das muss man sich wohl vorstellen, wie einen Tankraum der alten Zeit, als Häuser noch viele 1.000 Liter Heizöl im Jahr verbrauchten.

Woran ich in dem Zusammenhang denken muss: Ein entladener thermischer Speicher (Heizwasserpufferspeicher) hat keine Verluste, ein Batteriespeicher muss dagegen regelmäßig etwas Ladestrom abbekommen, damit die Zellen nicht kaputtgehen. Wie hoch wäre nun der Standby-Stromverbrauch einer solchen Batterieanlage für die Erhaltungsladung?

Answer 4

Hallo Photon,

heute möchte ich noch einen neuen Aspekt in diese Diskussion werfen und die gestellte Frage mit einem Ja beantworten.

Es kommt immer auf die Definition des großen Wortes "Wirtschaftlichkeit" an. Beispielsweise ist für viele Firmen eine Amortisationszeit >3 Jahren sofort außerhalb der Wirtschaftlichkeit.

Wenn man den Energieverbrauch als Ganzes betrachtet und nicht nur stur den Stromverbrauch abkoppelt, so ergeben sich mit den richtigen Technologie-Kopplungen interessante Möglichkeiten, wirtschaftlich auf Autarkiegrade über 80% zu kommen. Und das ohne Einspeisevergütung oder sonstige Subventionen.

Mit einer intelligent nachgeführten PV-Anlage (Tracking-System), holen Sie zum Einen übers Jahr betrachtet ein deutliches Plus aus Ihren PV-Modulen (im Schnitt 45% Mehrertrag im Vergleich zu starrer 30°-Südausrichtung), zum Anderen verteilt sich die Stromproduktion gleichmäßiger über den Tag. Dies hat zur Folge, dass viele Verbräuche Tagsüber direkt aus der Leistung des PV-Systems gedeckt werden können - ohne Umweg über den Speicher. Bei entsprechendem Lastprofil kann so die benötigte Größe des Speichers unter rein wirtschaftlichen Aspekten reduziert werden. Ein weiterer Vorteil von Nachführanlagen führender Hersteller ist der automatische Schneeabwurf im Winter. Die Anlagen befreien sich selbstständig von Schnee und schalten anschließend wieder in den Automatikmodus. So ernten Sie auch im Winter Strom aus Ihrer PV-Anlage, wenn Dachanlagen unter der Schneeschicht ihren Winterschlaf halten. Wir haben einige Anlagen im Bestand, die deutlich höhere Autarkiegrade als 80% aufweisen. Auch jenseits der 3000KWh/a Stromverbrauch

Wenn jetzt die Fläche des Nachführsystems noch in doppelter Hinsicht genutzt wird und beispielsweise mit PV-Thermie-Kombimodulen bestückt ist,  steigert dies durch die Wärmeableitung auf der einen Seite nochmals die Effizienz der PV-Anlage - und zusätzlich produzieren Sie noch Wärme, die Sie für WW oder Heizungsunterstützung nutzen können.

Diese Liste mit Technologieverknüpfungen ließe sich natürlich jetzt noch so weiterführen mit Wärmepumpen-Einbindung, Eisspeicher zur aktiven Kühlung im Sommer und Wärmegewinnung im Winter, Feststoff-Latentspeicher oder BHKW oder oder oder...

Letztlich gibt es aber nicht für jeden Kunden DIE eine perfekte Lösung, sondern es Bedarf einer individuellen Planung, mit enger Abstimmung mit dem Kunden. Nur so kann ein Konzept entwickelt werden, das alle Beteiligten glücklich macht. 

Sicherlich gibt es bei der Konzepterstellung einen wirtschaftlichen Dead-Point. Bei Bestandsbauten und nachträglichem Ausbau ist er i.d.R. schneller erreicht, als bei Neubauten. Aber generell lässt sich bei intelligenter Planung eines auf die individuellen Bedürfnisse des Kunden angepassten Gesamtsystems meist eine wirtschaftliche Lösung finden.

Fazit: 80% Autarkie und mehr sind möglich - auch wirtschaftlich, solange man keine Amortisationszeiten von unter 10 Jahren anvisiert UND die richtigen/passenden Technologien wählt.

Viele Grüße

Steffen Bahlinger

Comments

Mein Vorschlag für die Technologieverknüpfung: eine Solarthermieanlage mit Heizwasserpufferspeicher und Holzkessel, die den Wärmebedarf des Hauses deckt. Wenn der Stromverbrauch in den Wintermonaten nur unwesentlich über dem der Sommermonate liegt (etwas mehr Beleuchtung, vielleicht auch kontrollierte Lüftung mit WRG), dann sind über 80% Deckung des Stromverbrauchs aus PV mit Stromspeicher mit vertretbaren Kosten zu schaffen.

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Ist grundsätzlich auch ein guter Ansatz, allerdings geht diese Lösung doch an der eigentlichen Fragestellung vorbei. Wie oben erläutert, geht es um PV und den PV-Speicher. Zusätzlich ist dies ein Standardansatz, der aber nicht für jeden Nutzer passen kann. Dies wollte ich mit meinem Beitrag zum Ausdruck bringen. Es geht um die individuelle Betrachtung der jeweiligen individuellen Kundenbedürfnisse.
Und natürlich: Bezugnehmend auf mein obiges Beispiel: Auch ein Nachführsystem ist grundsätzlich nicht für jeden passend.
Wir alle: Hersteller, Verkäufer, Installateure, Planer, Energieberater UND Endkunden müssen lernen über den eigenen Tellerrand zu blicken. Wir haben in den unterschiedlichen Sektoren Kraft/Wärme mittlerweile eine riesen Bandbreite an verfügbaren Technologien. Dieses Potential gilt es zu nutzen und jedem Kunden das passende zu empfehlen.
Mir als Vertriebler fällt doch kein Zacken aus der Krone, einem stark interessierten Kunden auch mal zu sagen, dass unsere Lösung für seine Wünsche oder Möglichkeiten nicht das Richtige ist. Der Effekt ist dann nämlich nicht nur: Ich verkaufe dann hier keine Anlage, sondern der Effekt ist in den meisten Fällen: Wenn der Endkunde auf einen anderen Endkunden trifft, der sich Gedanken um eine dezentrale Versorgung mit Wärme und Strom macht, werde ich vom damals gut beratenen Endkunden weiterempfohlen....
Das ist mir lieber, als mit Biegen und Brechen meine Produkte als grundsätzliches Allheilmittel an den Mann zu bringen...
Im übrigen verstehe ich Ihre Ausführungen oben zur Speicherauslegung mit 1000KWh Kapazität nicht ganz. Dies soll doch ganz klar die PV und Speichertechnologie diffamieren und als zu teuer darstellen. Hier brauchen Sie nicht mal anfangen zu rechnen, um festzustellen, dass diese Speichergröße unwirtschaftlich ist...Das geht aber an den realen Auslegungen zum PV-Speicher meilenweit vorbei.
Nur um keinen falschen Eindruck zu erwecken - ich finde Solarthermie, wann immer es passt, als Teil einer Rundumberatung super! Sie als DIE Lösung darzustellen, nicht...

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Danke für die ausführliche Rückmeldung zu meinem Kommentar. Ich will mit diesem nicht die PV und die Stromspeicher diffamieren, sondern nur die Illusion aufzeigen, man könne mit dieser Technik eine saisonale Speicherung von PV-Strom aus dem Sommer zur Nutzung in einer elektrischen Wärmepumpe im Winter leisten. Das ist mit dieser Technik genauso wenig zu machen, wie es eben auch mit der Solarthermie problematisch wäre. Die Aufgabe von PV und Stromspeicher ist es, den Stromverbrauch der Haushalte (Beleuchtung, Elektronik und Haushaltsgeräte) zu decken, die der Solarthermie, einen beträchtlichen Anteil des Wärmebedarfs zu liefern. Und für das, was jeweils übrig bleibt, müssen wir passende Lösungen finden.

Im Sommer 2015 erschien der Abschlussbericht zum Forschungsprojekt der Technischen Universität Braunschweig "future:solar / Systemanalyse zur solaren Energieversorgung". Darin wurde die Solarthermie mit Wärmespeicher gegen eine PV-Lösung (ohne Speicher!) gerechnet, unter dieser Maßgabe:  "Der insbesondere  im  Sommer anfallende überschüssige PV-Strom wird ins öffentliche Stromnetz eingespeist und in der Bilanz gut geschrieben." Und prompt war die Frage "Solarthermie oder Photovoltaik – eine Konzeptentscheidung?" zugunsten der Solarstromproduktion geklärt. So kommen wir aber in der Energiewende nicht voran.

Deshalb: "Solarthermie - wann immer es als Teil einer Rundumlösung passt - super!"

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Hallo Herr Horn,
vielen Dank für Ihre Antwort. Jetzt habe ich Ihre Einstellung dazu etwas besser verstanden. Für die Frage der Speicherung von Überschüssiger Energie in eine andere Jahreszeit gibt es leider noch keine schlüssige Antwort. Aber mit den Entwicklungen der letzten Monate und Jahre wie z.B. Eisspeicher, Feststoff-Latent-Speicher etc. glaube ich, dass wir hier in baldiger Zukunft ebenfalls eine Lösung bekommen.

Ich persönlich finde die Diskussion Thermie oder PV  auch sehr leidig, denn es gibt sowohl für das Eine wie das Andere Anwendungsfelder, für die sie sich perfekt eignen. Obwohl ich von Haus aus aus der PV komme, freue ich mich doch immer wieder über Projekte, die beide Komponenten miteinander vereinen kann. Hierzu braucht es natürlich Spezialisten aus der Thermie, die unserem Endkunden dann von dieser Seite aus beraten können. Die jeweiligen Technologieverteter müssen meiner Meinung nach endlich aufhören, sich als die "BESTE" Lösung darzustellen.
Wir haben einen sehr pfiffigen und intelligenten Partner, der PV-Thermie-Module anbietet, mit der gleichen Bauhöhe wie reine PV-Module. Neue Eigenstrom-Nachführanlagen-Projekte mit ihm gemeinsam zu entwickeln macht immer sehr viel Spaß und sind glaube ich für alle Seiten eine Bereicherung. Unsere Nachführanlagen bieten dabei beiden Technologien extrem viel Vorteile. Die PV- Seite profitiert von der Wärmeabfuhr und erreicht im Schnitt mindestens 40% Mehrertrag im vergleich zur Süd-Dachanlage (dies bedeutet im Schnitt 70% Mehrertrag zu Ost/West-Aufständerung!) Und die Thermieseite profitiert durch einen Aufstellwinkel von bis zu 80° im Winter ebenfalls deutlich. Natürlich kann es hier gar keine Standardangebote geben, sondern jedes Angebot für sich muss auf die jeweiligen Bedürfnisse angepasst werden.

Die Einbeziehung eines viel größeren Teils des Wärmesektors in die Energiewende und unsere Klimaschutzziele ist dringend notwendig. Wir beweisen bereits heute, dass es mit den vorhandenen Technologien möglich ist, diese Ziele DEZENTRAL zu lösen. Und wir benötigen dazu keine Subventionen...

Lassen Sie uns gemeinsam weiter kämpfen um die Energiewende weiter voran zu treiben.

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Hallo Herr Bahlinger und Herr Horn,
ich betrachte mit Interesse Ihre Diskussion. Auch ich bin seit vielen Jahren der Meinung, dass die Gewerke viel mehr zusammenwachsen müssen um für den Kunden wirtschaftliche Lösungen zu entwickeln. Meiner Meinung nach könnte z.B. die Kombination aus PV-Anlage mit Wärmepumpe und Langzeit-Pufferspeicher eine der möglichen Lösungen sein. Obwohl ich seit mehr als 3 Jahren Batterie-Speichersysteme installiere bin ich weiterhin der festen Überzeugung, dass die Energiespeicherung in Form von Wärme viel preiswerter zu realisieren ist. Vor allem wenn es um Langzeitspeicherung geht wird ein Stromspeicher niemals wirtschaftlich zu betreiben sein.
Mein Wunsch wäre irgend wann einmal die Kombination aus PV-Anlage, Elektrolyse und Brennstoffzelle. Dann könnte die Energie in Form von Wasserstoff oder Methangas gespeichert werden. Wenn ich sehe, wie häufig inzwischen Strom zu negativen Preisen an der Börse gehandelt wird finde ich eine solche Lösung immer interessanter. Ich würde dann mit einem solchen System sogar noch Erträge erwirtschaften indem ich Strom zu negativen Preisen in Wärme in einem Langzeitspeicher umwandle. Das würde ja bedeuten, mit dem Heizen Geld zu verdienen. Auch wenn das im Moment noch etwas visionär erscheint kann der Eine oder Andere sich vielleicht schon vorstellen in welche Richtung sich unsere Energiewirtschaft entwickeln könnte. Leider passiert in diese Richtung meiner Meinung nach derzeit noch zu wenig.

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Hallo Herr Geckler,
danke für Ihren Kommentar. Ich glaube, dass wir Ihrem Wunsch PV/Elektrolyse/Wasserstoff oder Methan näher sind, als geglaubt wird. Einige Entwicklungen der letzten Monate lassen mich hier vorsichtig optimistisch in die Zukunft blicken.
Und zum zusammenwachsen der Gewerke: Auch hier müssen wir meiner Meinung nach viel weiter denken, als nur die Gewerke PV und Thermie verknüpfen zu wollen: Ein Installationspartner von uns erzählte mir bei einem unserer letzten Treffen, dass er eine gebäudeintegrierte PV-Lösung realisierte im Altbau. Sein Argument für die Fassadenrenovierung mit integrierten PV-Modulen war: Diese Fassade zahlt sich über die Jahre selbst. Eine normale Putzlösung ist zwar auch hübsch - bringt aber nichts, außer die Dämmwerte zu erhöhen.
Fand ich auch einen interessanten Ansatz, ohne dies in Gänze beurteilen zu können, weil ich kein Fassadenspezialist bin ;-)
Wir sitzen hier im Mutterland der Energiewende, haben die besten Technologien und (noch) die schlausten Köpfe (Gehöre ich nicht dazu, ich bin nur Vertriebler ;-).
Diesen Vorsprung dürfen wir uns nicht nehmen lassen.

Answer 5

Hallo,

mit der Kombination PV-Anlage - die im Jahr soviel erntet wie der Haushalt Strom verbraucht, dem Speicher Caterva-Sonne und dem Caterva Energiemanagement bieten wir das bereits heute unseren Kunden an - mit 100 % Autarkie bilanziell. Das ist auch heute bereits wirtschaftlich. Bei einem Gesamtenergieverbrauch von bis zu 10.000 kWh können Wärmestrom und Haushaltsstrom kombiniert versorgt werden.

Wie geht das? Durch Mehrfachnutzung des vernetzten und intelligenten Speichers, der einerseits Eigenversorgung macht, zum anderen aber auch das Stromnetz stabilisiert und mit Strom handelt.

Mehr Information unter www.energie-wissen.de und www.caterva.de