Sonnenenergie geschickt nutzen

Die Sonne beliefert uns mit schier grenzenloser Energie. Doch Verbrauch und Erzeugung stehen ungünstig gegenüber. Im Winter, in dem die wenigsten Sonnenstunden herrschen, ist der Energieverbrauch am höchsten. Genau entgegengesetzt zeichnet sich die Lage in den Sommermonaten ab. Allerdings lassen sich PV-Anlagen und Stromverbraucher in einem Gebäude auch so koppeln, dass der Verbrauch der Erzeugung folgt. Die komplette Strommenge lässt sich so zwar nicht abdecken, der Bedarf an E-Speichern aber verringern. Voraussetzung ist jedoch eine „intelligente“ Steuerung.

Der Eigenverbrauch von selbst erzeugtem Strom wird schon in den nächsten 4 Jahren an Notwendigkeit gewinnen. 2021 laufen die ersten 6000 Förderungen für Wind- und Solarkraft via EEG aus. Davon sind auch große Anlagen betroffen, die deutlich über der gesetzlich geregelten und EEG-Umlagen befreiten 10-kWp-Grenze liegen. Wie soll man dann mit dem weiterhin erzeugten Strom umgehen? Eine Teilnahme an Ausschreibungen wäre sicher möglich. Die Vergütung würde jedoch bei kaum mehr als 8 Eurocent je produzierter kWh liegen – für viele Altanlagen, die noch nicht so effizient arbeiten wie die neuere Generation, wäre das nicht mehr als ein Zuschussgeschäft. Dann lieber den Strom selbst verbrauchen. Bei Marktpreisen für die Industrie und das Gewerbe von rund 20 Eurocent je kWh und höher sowie bei Eigenheimen von 30 Eurocent ist das lohnend. Doch davor muss investiert werden. Insgesamt sind drei Komponenten – unabhängig von der Anlagengröße – vonnöten.

Nr. 1: Die separate Messung des Eigenverbrauchs
Technisch gesehen ist die Messung des Eigenverbrauchs nicht besonders kompliziert. Dafür bedarf es eines Einspeisezählers, der näher am Netzzugang positioniert ist als der bisher vorhandene Bezugszähler, der wiederum näher an den Verbrauchern und an der Einspeisequelle positioniert sein muss. Die PV-Anlage verfügt sowieso über einen eigenen Ertragszähler. So wird Energieerzeugung als auch Netzbezug und Netzeinspeisung ermittelt. Der Eigenverbrauch resultiert aus der Differenz der gemessenen Mengen in Einspeisezähler und Ertragszähler. Der Netzbezug wiederum wird direkt gemessen.
Inzwischen Standard sind jedoch Zweirichtungszähler. Sie verfügen über zwei Zählwerke, eine Differenz zwischen Erzeugung und Einspeisung muss also nicht gebildet werden. Einen Nachteil hat die Methode jedoch: Es werden nicht automatisch alle drei Phasen von Netzbezug, Einspeisung und Ertrag gemessen. Dazu muss der Zähler in dem sogenannten „Ferraris-Modus“ eingestellt sein.
Ein Wechsel des Stromanbieters ist ebenfalls schwieriger, da der Zähler dem jeweiligen Anbieter gehört und gewechselt werden müsste. Hinzu kommen höhere monatliche Mietkosten als bei einem Einzelzähler, die in der Regel in der Grundgebühr enthalten sind. Vorteile hingegen liegen im geringen Platzbedarf und, da sie immer digitalisiert sind, in der Möglichkeit einer Fernabfrage.

Nr. 2: Der eigene E-Speicher
Für eine Optimierung, sprich Ausweitung , des Eigenverbrauchs ist ein E-Speicher nötig. Der muss von Anfang an so dimensioniert sein, dass er Spitzenproduktionen zwar einfangen kann, aber letztlich darauf ausgelegt ist, kontinuierlich den Strom der PV-Anlage so einzuspeichern, dass er auch regelmäßig wieder von den Verbrauchern im Haus abgerufen werden kann. Generell sind E-Speicher für den Immobilienbereich nur für kurze Fristen ausgelegt, in der Regel für etwa 48 Std., maximal eine Woche. Längerfristige Schwankungen auszugleichen geht technisch nicht. Allerdings bieten einige Speicherhersteller dafür Tarife an, die etwa jahreszeitlich im Sommer eine höhere Einspeisung des PV-Stroms ins Netz vorsehen, dafür im Winter eine günstigere Lieferung mit Netzstrom garantieren, wenn der Bedarf bei Verbrauchern wie einer Wärmepumpe recht groß, die PV-Produktion aber zu klein ist.

Nr. 3: Die intelligente TGA-Steuerung
Ein Speichereinsatz ohne „intelligente“ Steuerung ist demnach sinnlos. Denn die Differenz zwischen Produktion und Verbrauch muss nicht nur zeitlich, sondern auch mengenmäßig gehandelt werden. Dabei gilt es die verschiedenen Haushaltgeräte, aber vor allem eben die Großabnehmer zu berücksichtigen, die mit eigenerzeugtem und zwischengespeichertem Strom versorgt werden sollen. Das können im Gewerbe ein Backofen sein oder aber eine Wärmepumpe in einer Wohnimmobilie¹). „Wechselrichter- und Anlagenhersteller setzen sich genau damit auseinander“, erklärt Norbert Malek, Geschäftsführer von Messgerätehersteller EMH Metering. „Die Speicher werden in die Systeme so integriert, dass so viel wie möglich eigenerzeugter Strom auch in den eigenen vier Wänden bleibt.“ So könne man auch den Stromverbrauch mitsteuern. Man müsse zudem weiterdenken: Sei einmal ein Speicher integriert, könne er via intelligenter Steuerung auch für Netzdienstleistungen zur Verfügung stehen.

Typ der Wärmepumpe wichtig
„Man muss bei der Steuerung den Typ der Wärmepumpe berücksichtigen. Bei einer reinen Heizungs-Wärmepumpe macht es keinen Sinn. Der größte Heizbedarf besteht im Winter, wenn die Photovoltaikanlage wenig Strom abwirft; während im Sommer die PV-Anlage viel erzeugt, aber kaum Heizung benötigt wird“, erklärt Carsten Welge vom Steuerungsspezialisten innogy, einer Ausgründung der RWE. Kombiniere man eine Heizung mit einer Kühlung, ließe sich die Wärmepumpe im Sommer mit Sonnenstrom für die (Wasser-)Kühlung betreiben. Sinnvoll sei auch, die Brauchwassererzeugung durch die Wärmepumpe an die PV-Anlage zu koppeln, in Kombination mit einem Boiler als Speicher. Grundsätzlich besteht bei Warmwasser Ganzjahresbedarf, allerdings mit Zeitversatz bei Erzeugung und Verbrauch. „Der PV-Strom fällt mittags an, Warmwasser wird abends und morgens früh benötigt“, so Welge.

Smart im System
„Für ein Lastmanagement sind immer Sensorik und Aktorik notwendig“, erklärt Heinz Lux von der KNX Association, die den gleichnamigen Standard verwaltet und entwickelt. Mit der Sensorik würden Verbräuche oder Zustände ermittelt und Aktionen ausgelöst, wie das Ein- und Aus-Schalten von Stromkreisen oder auch das Ein- und Aus-Schalten von Geräten wie Wärmepumpe und Haushaltsgeräte.
Die Steuerung, die übrigens inzwischen von allen großen Heizungsherstellern, aber auch von den Speicherherstellern angeboten wird, kann dabei einerseits im Verbrauch die individuellen Gerätedaten hinsichtlich Verbrauch und Laufzeiten nutzen. Auf der anderen Seite die Produktion für etwa 3 Tage entsprechend der Wetterprognose im Voraus errechnen. Das wiederum unterstützt etwa die Nutzung von Sondertarifen für die Wärmepumpe, die in den Nachtzeiten liegen und deren Nutzung gerade im Winter unverzichtbar ist. So kann man also den Bezug von normalem und etwas teurerem Netzstrom reduzieren.

Viele Möglichkeiten für Haushaltsgeräte
Noch zu den Haushaltsgeräten: Eine intelligente Waschmaschine, die in ein solches System eingekoppelt werden kann, kostet locker das doppelte ihres weniger intelligenten Pendants. Doch diese Anschaffung ist meist nicht nötig, da alle Geräte auch via Funksteckdose angesteuert werden können. Simpel geleitet werden kann das über KNX-Touchpanels. „Sie ermöglichen auch die Anbindung von Haushaltsgeräten, sodass diese über die Geräteelektronik eingeschaltet werden können. Dies ist ein wesentlicher Vorteil zu anderen Systemen, da ein Haushaltsgerät natürlich nicht durch ausschließliches Zu- oder Abschalten des Stromes starten oder stoppen kann“, so Lux.
Ein weiterer Aspekt: Die intelligente Steuerung kann Standy-by-Strom reduzieren. „Es lassen sich Geräte gruppieren, die aus Bequemlichkeit oft im Bereitschaftsmodus betrieben werden. So können sie zentral ein- und abgeschaltet werden. Dann genügt beim Verlassen des Hauses oder zur Schlafenszeit ein einziger Tastendruck, und alle in dieses Szenario eingebundenen Geräte sind sicher aus“, beschreibt Carsten Welge. Und: Durch ein Energiemanagement ließen sich beispielsweise die Spül- oder die Waschmaschine, der Trockner und die Teichpumpe automatisch einschalten, wenn die Sonne scheint.

Was bringt es
Bringt die smart gesteuerte TGA auch einen finanziellen Nutzen? Lux nennt folgende mögliche Einsparungen im jeweiligen Energieverbrauchsektor und bezogen auf den KNX-Standard: 40 % mit Beschattungssteuerung, 50 % mit KNX-Einzelraumregelung, 60 % mit Beleuchtungssteuerung und 60 % mit Lüftungssteuerung.

Kommunikation von Wärmepumpe und PV
Doch wie koppelt man einen Großverbraucher wie eine Wärmepumpe, E-Speicher, Erzeugung und den nach wie vor nötigen Netzbezug? Die gängigste und gut standardisierte Möglichkeit ist ein „SG-Ready“-Eingang (SG für Smart Grid). Normale Hausgeräte verfügen darüber nicht, Großverbraucher wie Wärmepumpen mitunter schon.
Tipp: Alle Wärmepumpen, die „SG-Ready“ sind, werden auf der Website www.waermepumpe.de des Bundesverbandes Wärmepumpe (BWP) geführt.
Diese Schnittstelle kann auf verschiedene Arten eingebunden werden. Die einfachste ist, ein Relais des Wechselrichters direkt mit der Wärmepumpe zu verbinden. Das Relais muss danach eingestellt werden, ab wann es bei einer bestimmten PV-Leistung schaltet. Bei der einzustellenden Stromleistung sollte man sich nach der Aufnahmeleistung der Großverbraucher richten. Werden noch andere Haushaltsgeräte via Solarstrom versorgt, sollte dies mit einem gewissen Spielraum nach oben versehen werden. Der richtet sich nach der Menge und den einzelnen Leistungen der Geräte. 500 W sollten jedoch ausreichend sein.
Eine weitere und aktuell viel diskutierte Möglichkeit wäre ein Smart Meter. Der große Vorteil: Es wird nur der Strom gemessen, der nach Verbrauch quasi übrig ist.
Eine dritte, auf der ISH 2017 präsente Variante ist ein Energiemanagementsys­tem (EMS, siehe auch Interview mit Andreas Habermehl). Angeboten werden solche Systeme etwa von Speicher-, inzwischen aber auch von Heizungsherstellern. Der große Vorteil: Wetterdaten können mit eingebunden werden. Diese prognostizieren sowohl PV-Produktion als auch Verbrauch etwa einer Wärmepumpe. Das ist heute schon möglich und sorgt für einen optimierten Betrieb. Zudem erleichtert es die Einbindung normaler und nicht smarter Haushaltsgeräte. Diese können, mit einer Funksteckdose ausgestattet, via EMS angesteuert werden.

Smart kühlen
Mit der Wärmepumpe ist, wie schon beschrieben, ein weiterer Vorteil verbunden. Denn sie kann im Sommer den reichlich produzierten Solarstrom nutzen und – wenn das System dafür ausgelegt ist – das Gebäude quasi zum Nulltarif kühlen. Jedoch sollte das Wasser in  den Heizkreisen nach Möglichkeit nicht unter 16 °C abkühlen, denn dann kann sich an den Heizkörpern und Rohrsys­teme Kondenswasser bilden. Dieser Taupunkt kann jedoch je nach Luftdtruck, Luftfeuchte und Raumtemepratur etwas differieren.
Und: die Rohrleitungen müssen dampfdiffusionsdicht isoliert sein. Denn der Taupunkt kann auch, bei ungünstiger Installation, unterschritten werden. Allerdings – Heizkörper sind zum Kühlen kaum geeignet, Flächen­heizungen können das deutlich besser. Abhilfe könnten Gebläsekonvektoren schaffen, die zudem die Luft entfeuchten würden – bei jeder Art von Kühlung immer eine empfehlenswerte Lösung.

Autor: Frank Urbansky

Bilder, sofern nicht anders angegeben: innogy SE

¹) Ein Artikel mit Namen „Wärmepumpe und PV-Anlage effizient kombiniert“ passend zum Thema findet sich im IKZ-FACHPLANER April 2017 ab Seite 24 oder unter www.IKZ.de.