Stromerzeugung am und im Gebäude
Photovoltaik (PV) und Kraft-Wärme-Kopplung (KWK)
Elektrische Energie wird im Allgemeinen in Kraftwerken
unterschiedlicher Art erzeugt (z.B. Kohle- und Kernkraftwerke,
Wasser- und Windkraftanlagen u.v.m.) und über mehrere
Zwischenstationen (Umspannwerke) von den Energieversorgern bzw.
Stadtwerken meist über Erdkabel, gelegentlich noch über
Freileitungen, frei Haus geliefert. Das ist die klassische Methode
der Elektroenergieversorgung.
Gallerie
Doch es gibt noch andere Möglichkeiten, und seit der ersten
großen Ölkrise in den 1970er-Jahren setzte eine lebhafte Suche nach
alternativen, regenerativen Energiequellen ein. Man erinnerte sich
lange bekannter physikalischer Prinzipien zur Nutzung regenerativer
Energien (Sonne, Wind, Erdwärme etc.), die wieder aufgegriffen und
zu ausgereiften technischen Lösungen weiterentwickelt wurden. Für
die direkte Stromerzeugung unmittelbar am oder im Gebäude haben
sich im Wesentlichen zwei Technologien durchgesetzt, die derzeit
weit verbreitet sind:
- Photovoltaik (PV) und
- Kraft-Wärme-Kopplung (KWK)
Gallerie
Photovoltaik (PV)
Unter Photovoltaik versteht man die direkte Umwandlung von Sonnenlicht in elektrischen Strom mithilfe von Solarzellen. Physikalische Grundlage ist der sogenannte photoelektrische Effekt. Durch Lichteinstrahlung in einem Halbleitermaterial (Solarzelle) werden positive und negative Ladungsträger freigesetzt, sodass in einem geschlossenen Stromkreis ein Stromfluss generiert wird (Gleichstrom). Mehrere Solarzellen werden zu Solarmodulen oder Solarpaneelen zusammengeschaltet, die meist auf nach Süden ausgerichteten Dächern montiert oder in die Fassade von Gebäuden integriert werden (ggf. auch auf einem Freigelände). Alle Solarmodule werden wiederum miteinander verbunden und bilden den Solargenerator. Da der entstehende Gleichstrom im Haushalt nicht unmittelbar verwendet werden kann, muss er durch einen Wechselrichter zuerst in Wechselstrom – üblicherweise 230 V / 50 Hz – umgewandelt werden.
Gallerie
Der erzeugte Wechselstrom kann direkt im Haus verbraucht werden.
Solche autarken, netzunabhängigen Systeme sind üblich bei entfernt
gelegenen Gebäuden, z.B. Ferienhäusern, wo sich der Aufwand bzw.
die Kosten für eine Netzkopplung nicht lohnen. Der direkte
Eigenverbrauch stößt rasch an Grenzen, weil die Sonnenenergie nicht
kontinuierlich in gleichbleibender Menge zur Verfügung steht,
sondern tageszeitlichen und wetterbedingten (Bewölkung etc.)
Schwankungen unterliegt. Deshalb muss die gewonnene Energie
zunächst gespeichert werden. Dazu dienen in der Regel nicht
Batterien o. ä., sondern üblicherweise das öffentliche Stromnetz.
Das heißt, der Strom wird über einen Einspeisezähler vom
netzgeführten Wechselrichter ins Netz eingespeist. Man spricht hier
von netzgekoppelten Systemen. Die eingespeiste Energie wird
vergütet. Die Höhe der Vergütung ist gesetzlich festgelegt und
richtet sich u. a. nach den Festlegungen der aktuellen, sich
jährlich ändernden Fördersätzen. Wie alle anderen Stromverbraucher
auch bezieht der Hausbesitzer den benötigten Strom aus dem Netz
über einen Bezugszähler. Die verbrauchte Menge kann mit dem
eingespeisten Strom verrechnet werden. Ergänzt werden PV-Anlagen
durch Abschalt- und Schutzvorrichtungen z.B. gegen Blitzschlag
etc.
Zusätzlich zu den netzgekoppelten Systemen, bei denen der Strom ins öffentliche Netz eingespeist wird, gibt es außerdem die Möglichkeit, die erzeugte Energie zu speichern und für spätere Anwendungen abzurufen. Zu den gängigsten Speichertechnologien gehören unter anderem Lithium-Ionen-Batteriespeicher sowie sogenannte thermische Energiespeicher.
Gallerie
Kraft-Wärme-Kopplung (KWK)
Als Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) oder auch als Blockheizkraftwerk (BHKW) wird die gleichzeitige Produktion von Strom und Wärme in einem Gerät bezeichnet, das mit Gas betrieben wird. Das Prinzip: Ein spezieller Gas-Verbrennungsmotor treibt einen Generator an, der elektrischen Strom liefert – vergleichbar mit einem Dynamo beim Fahrrad. Die bei diesem Prozess zwangsläufig entstehende Wärme geht nicht etwa verloren, sondern wird ganz konsequent für die Heizung und die Warmwasseraufbereitung verwendet. Größter Vorteil dieser dezentralen Technologie ist die hocheffiziente, weitgehend verlustfreie Nutzung des Energieträgers Gas, denn die eingesetzte Energie wird quasi doppelt genutzt. Die bei der Stromerzeugung entstehende Prozesswärme wird in räumlicher Nähe unmittelbar für die Wärmeversorgung verwendet. Übertragungsverluste entfallen daher, sodass KWK-Anlagen unübertroffen hohe Wirkungsgrade von bis zu 92% erreichen – ganz wesentlich höher als in den modernsten Großkraftwerken.
Gallerie
Umweltschonende Blockheizkraftwerke haben sich in den
vergangenen Jahren etabliert, allerdings aufgrund der Größe bisher
hauptsächlich für Mehrfamilienhäuser und Gewerbebetriebe.
Sogenannte Mini-BHKW gibt es schon etwa seit dem Jahr 2000. Mit
elektrischen Leistungen zwischen 3 kW und 5 kW sowie 4 kW bis etwa
12 kW thermischer Leistung waren diese für einen wirtschaftlichen
Betrieb in Ein- und Zweifamilienhäusern jedoch zu groß. Inzwischen
sind sogenannte Mikro-BHKW auf dem Markt erhältlich; diese
schließen mit 1 kW bis zu 15 kW elektrischer Leistung und rund 5 kW
bis 30 kW thermischer Leistung eine Technologielücke, sodass diese
stromproduzierenden Heizungen auch im Eigenheim einzusetzen
sind.
Das Gesamtsystem einer Mikro-KWK-Anlage für ein Einfamilienhaus
besteht aus den Komponenten Mikro-BHKW, Wärmeauskopplungsmodul,
Systemregler, Multifunktionsspeicher mit Trinkwasserstation und
Zusatzheizgerät.
Außerdem werden nicht nur bekannte Technologien kombiniert wie
beispielsweise von Solarthermie und Photovoltaik, sondern es wird
auch an weiteren Technologien für die dezentrale Energieerzeugung
geforscht – ganz im Sinne der Energiewende – z. B. an der
Brennstoffzelle, die neben der Nutzung für den Antrieb von
Kraftfahrzeugen auch in der Gebäudetechnik als Mini-Kraftwerk im
Keller nutzbar gemacht werden soll.
Fachwissen zum Thema
Baunetz Wissen Elektro sponsored by:
Jung | Kontakt 02355 / 806-0 | mail.info@jung.de