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Alternative Stromerzeugung für das eigene Zuhause

Feb 28, 2020 Nils Haus & Hof Kommentare deaktiviert für Alternative Stromerzeugung für das eigene Zuhause

Autarke Energieversorgung ist eine Möglichkeit, Geld zu sparen und Gutes für die Umwelt zu tun. Zwei Energieversorgungssysteme für das Eigenheim werden in diesem Artikel vorgestellt: die Photovoltaikanlage und die Kleinwindkraftanlage. Für eine effiziente Energieversorgung kann es sinnvoll sein, ein Hauskraftwerk zu installieren, um auch an windstillen oder an bewölkten Tagen nicht auf das öffentliche Netz zugreifen zu müssen.

Photovoltaik

Bei Photovoltaik handelt es sich um die bekannteste Form der autarken Stromerzeugung. Eine PV-Anlage verwandelt Sonnenlicht in Strom. Das Sonnenlicht strömt auf die Solarzellen der Anlage und verursacht in der einzelnen Zelle eine elektrische Spannung. Der in den Solarzellen entstandene Gleichstrom wird danach im Wechselrichter zu Wechselstrom umgewandelt. Dieser kann direkt ins private oder öffentliche Stromnetz eingespeist werden. Die Solarzellen werden in Module verpackt und vorne durch Glas und hinten durch eine Folie geschützt. Um einen optimalen Sonneneinstrahlungswinkel zu gewährleisten, braucht es einen Installationswinkel von mindestens 15 °.

Gestehungskosten einer PV-Anlage

PV-Anlagen kosten im Durchschnitt in Deutschland zwischen 1.300 und 1.700 € pro Kilowattpeak. Ein Kilowattpeak (auch Watt Peak oder kWp) ist ein in der Photovoltaikbranche üblicher Wert. Der Wert beschreibt die Leistung eines Solarmoduls bei einer Strahlungsstärke von 1.000 Watt pro Quadratmeter.

Dabei werden gewisse ideale Bedingungen angenommen (senkrechter Strahlungseinfall, Wärme der Module, etc.), die in der Realität kaum erreichbar sind. Dennoch ist Kilowattpeak ein guter Vergleichswert zwischen verschiedenen Solarmodulen. Realistische Werte sind: Ein Kilowattpeak liefert zwischen 950 und 1260 Kilowattstunden (kWh) im Jahr.

Förderungen im Bereich Photovoltaik

PV-Anlagen waren vor einigen Jahren der Renner im Bereich privater Rendite aufgrund der hohen Förderungen und guten Einspeiskosten. In den Jahren zwischen 2009 und 2013 boomte das Geschäft. Der kostbare Strom wurde nicht verwendet, sondern gewinnbringend ins Netz zurückgespeist. Die Bundesregierung hat daraufhin die Fördermaßnahmen verändert, um die Eigennutzung des Stroms voranzutreiben. Deshalb wird die Installation von PV-Anlagen noch immer gut gefördert, die Einspeiskosten verringern sich jedoch seit Jahren kontinuierlich.

Eine Förderung im Bereich Photovoltaik hängt von vielen Faktoren ab:

• In welchem Teil Deutschlands wird der Förderantrag gestellt?
• Wird eine bestehende Anlage erweitert oder eine neue installiert?
• Handelt es sich um eine rein private Nutzung?
• Welcher PV-Anlagentyp wird installiert?
• Um welchen Haustyp handelt es sich?

Unabhängig von den oben genannten Kriterien muss ein Förderantrag immer vor dem Kauf eingebracht werden. Eine gute Beratung ist in diesem Fall nicht nur förderlich, sondern unverzichtbar.

Die Einspeisevergütung ist eine weitere Förderung im Bereich Photovoltaik. Dabei handelt es sich um eine Vergütung, die ein PV-Anlagenbetreiber für seinen Strom erhält, den er in das öffentliche Netz einspeist. Die Einspeisevergütung ist abhängig vom Zeitpunkt der Inbetriebnahme. Von diesem Zeitpunkt an wird auf 20 Jahre hinaus ein Preis pro Kilowattstunde bezahlt. PV-Anlagenbetreiber erhielten im Jahr 2018 für zwanzig Jahre eine Vergütung von 12.2 Cent/kWh. 2019 war die Einspeisevergütung bereits geringer (nur noch rund 11 Cent/kWh).

Kleinwindkraftanlagen

Kleinwindkraftanlagen (auch Windgeneratoren, Mikrowindkraftwerke oder KWEA) sind kleine Windturbinen für den Eigenheimgebrauch. Wo genau „klein“ beginnt, ist jedoch nicht näher definiert. Eine Leistungsgrenze von 100 kW ist üblich. In Deutschland werden nur Kleinwindkraftanlagen gefördert, deren Gesamthöhe geringer als 50 Meter sind sowie deren Maximalleistung 50 kW nicht übersteigt.

Wie funktioniert eine Kleinwindkraftanlage?

Bei einem Windgenerator wird die Energie der Luftströmung in elektrische Energie umgewandelt. An sich ist eine Kleinwindkraftanlage eine optimale Stromquelle: Wind ist schließlich kostenlos, und zumindest in einigen Gebieten Deutschlands ist es häufiger windig als sonnig. Doch es gibt bei Windgeneratoren einiges zu beachten.

Ein Windgenerator, unabhängig von seiner Größe, braucht genügend Windpotenzial. Das bedeutet eine durchschnittliche Windstärke von mindestens 4 m/s. Die Nenngeschwindigkeit liegt bei 14 m/s. Störfaktoren wie Bäume, Gebäude oder Strommasten hemmen die Luftströmung, da sie Luftturbulenzen erzeugen.

Vor- und Nachteile einer Kleinwindkraftanlage

In der Realität erzeugen Mikrowindkraftwerke gerade einmal genügend Strom, um eine Batterie zu laden. Bei Mikrowindkraftwerken handelt es sich um sehr kleine Windgeneratoren, die auf einem Dach installiert werden. Sie haben eine durchschnittliche Höhe von 1,5 Metern.

Befürworter einer Kleinkraftanlage deuten darauf hin, dass PV-Anlagen 90 % ihrer gesamten Stromerzeugung im Sommer erzielen. Für den Rest des Jahres muss der Anlagenbetreiber auf einen Speicher oder eine Versorgung über das öffentliche Netz zurückgreifen. Die Einspeisevergütung ist in den letzten Jahren rückgängig geworden und die Kosten für einen eigenen Speicher oft noch zu teuer (siehe weiter unten). Deshalb ist ein Windgenerator die optimale Zwischenlösung.

Bei einem Windgenerator ist eine fachmännische Beratung zwingend erforderlich. Es gibt Förderungen im Bereich der Windenergie. Diese sind jedoch stark abhängig vom Ort, der Größe und der Anlage. Die wohl größte Hürde bei der Errichtung einer Kleinwindkraftanlage ist die behördliche Bewilligung. Windräder verändern das Ortsbild und lösen immer wieder Beschwerden bei Anrainern aus.

Hauskraftwerk

Bei einem Hauskraftwerk handelt es sich um einen Stromspeicher, der autark erzeugten Strom speichert. Es gibt folgende Möglichkeiten:

• Blei-Säure-Akkus oder Lithium-Ionen-Batterien
• Drehstrom- oder Gleichstromgeneratoren

Alle anderen Speichermöglichkeiten wie Druckluft- oder Salzwasserspeicher sind für den Eigenheimgebrauch ungeeignet. Drehstrom- und Gleichstromgeneratoren werden nur im Bereich der Kleinwindkraftanlagen eingesetzt. Der Vorteil der Drehstromgeneratoren ist ihre einfache Wartung, außerdem ist eine Eigensteuerung der Windanlage über diesen Speicher möglich. Dahingegen müssen bei Gleichstromgeneratoren die Kohlebürsten regelmäßig getauscht werden. Sie sind also eine Spur intensiver in der Wartung. Für Solarspeicherung haben sich Blei-Säure-Akkus oder Lithium-Ionen-Batterien für den Eigenheimgebrauch durchgesetzt.

Blei-Säure-Akkus sind eine bewährte Technologie. Sie haben eine durchschnittliche Lebensdauer von zehn Jahren und sind günstig in der Anschaffung. Ihr Nachteil: Sie sind sehr groß und ihre Nutzkapazität ist gegenüber Lithium-Ionen-Batterien viel geringer.

Lithium-Ionen-Batterien sind eine neuere Technologie. Sie haben gegenüber Blei-Säure-Akkus eine höhere Speicherdichte, eine höhere Lebensdauer (20 Jahre) und eine bessere Nutzkapazität. Ihr größter Nachteil: die hohen Beschaffungskosten.

Wann immer die Überlegung im Raum steht, Strom aus Photovoltaikanlagen zu speichern, müssen zuerst die Speicherkosten miteinbezogen werden. Solarspeicher rentiert sich nur, wenn die Kosten für eine gespeicherte Kilowattstunde geringer sind als die Kosten des Stroms aus dem öffentlichen Stromnetz. Um diese Kosten genau zu verstehen, müssen folgende Punkte beachtet werden.

Der Nennwert gibt an, wie viel Strom eine Batterie speichern kann. Für Hauskraftwerke ist ein Nennwert von 4 bis 16 kWh üblich.

In der Realität wird eine Batterie nie vollständig entladen, ihre Kapazität ist immer geringer als 100 %. Die Entladetiefe von Blei-Säure-Akkus liegt in der Regel bei 50 % und von Lithium-Ionen-Batterien bei 95 %.

Die Nutzkapazität setzt sich aus dem maximalen Nennwert und der Entladetiefe zusammen.

Die Lebensdauer (auch Nutzungsdauer) einer Batterie wird in Ladezyklen gemessen. Da Batterien selten vollständig geladen und entladen werden, handelt es sich also um Teilzyklen. Diese werden zu Vollzyklen zusammengerechnet. Die Herstellerangaben beziehen sich immer auf Vollzyklen. Diese liegen in der Regel zwischen 5.000 und 10.000 Zyklen.

Die Kosten für Solarspeicher belaufen sich (bei einem Einfamilienhaus) zwischen 5.000 € und 20.000 €. Um herauszufinden, ob sich ein Solarspeicher auszahlt, muss der durchschnittliche Strompreis mit den Kosten für den Speicher verglichen werden. Darüber hinaus muss in Betracht gezogen werden, wann welche Geräte verwendet werden. Können die wichtigsten Haushaltsgeräte während der Sonnenstunden laufen?

Der Strompreis liegt in Deutschland bei etwa 31 Cent/kWh (Stand 2020). Zu den Kosten der Speicherung müssen auch noch die Kosten für die Stromgewinnung hinzugerechnet werden. Diese Berechnungen sind sehr komplex und sollten deshalb von einem Fachmann durchgeführt werden. Die Anschaffung eines Speichers führt nicht immer zu einer Einsparung der Stromkosten! Die Berechnungen in Deutschland ergeben (Stand 2020) oft ein Nullsummenspiel. Die Kosten für den Speicher belaufen sich auf durchschnittlich auf 20 Cent/kWh, die Kosten für die Stromgewinnung auf durchschnittlich 10 Cent/kWh.