aghfblahjsrgbolaghblhgbrlhj
Enekie im Haus Holzer

Dieses Dokument beschreibt die Installation von Enekie im Haus Holzer. Dipl.-Ing. Anton Holzer ist Geschäftsführer und Eigentümer von HolzerBau. Vor wenigen Jahren wurde das Einfamilienhaus (EFH) von DI Holzer in Hochstraß Bgld. neu errichtet.

Es wurde als Sonnenhaus konzipiert und ausgeführt. Dadurch wird der Wärmeenergiebedarf fast ausschließlich durch Sonnenstrahlung vor Ort gedeckt. Diese alternative Energiequelle bewirkt eine weitgehende Unabhängigkeit von Wärmeenergieversorgern (z.B. Pellets- oder Gaslieferant) und somit eine Subsidiarität für den Betrieb des Gebäudes.

Die Autarkie des Gebäudes sollte nun durch eine lokale Stromerzeugung weiter gesteigert werden, um auch bei der elektrischen Energie Unabhängigkeit zu erreichen.

Abbildung 1: Haus Holzer

Das Ziel Die Anforderungen

Für die lokale Stromerzeugung im Umfeld eines EFH gibt es verschiedene Arten. Zum Beispiel: Diesel-Generator, Windrad, Photovoltaik, Blockkraftwerk. Die Errichtung eines Windrades und die Nutzung eines Blockkraftwerks wurden vorerst nicht in Betracht gezogen. Es wurde eine Kombinationslösung mit Diesel-Generator und Photovoltaik, ergänzt mit einem Stromspeicher, gewählt.

Im Zuge der Vorbereitung auf dieses Installation wurden die Anforderungen mit dem Hausbewohnern entwickelt. Die ökologische Idee, möglichst sparsam mit Energie aus fossilen Stoffen umzugehen, war dabei nicht an erster Stelle. Vielmehr sollte ein Ausfall, auch ein länger andauernder Ausfall, der elektrischen Energieversorgung durch das Energieversorgungsunternehmen (EVU) keine gravierende Beeinträchtigung der Bewohnbarkeit des Hauses nach sich ziehen. Die wesentlichen Aspekte dabei sind:

1. Aufrechterhaltung der Grundversorgung, z.B.: Heizungssteuerung und -pumpe, Licht, Alarmanlage, Radio oder TV
2. Bestmögliche Nutzung der PV-Energie durch Eigenverbrauch
3. Überschüssige PV-Energie in das Stromnetz einspeißen
4. Zusätzlich sollte es möglich sein, die anfallenden Kosten durch Förderungen so gut wie möglich abzudecken.

Als erster Schritt wurde eine Verbrauchsanalyse durchgeführt. Das Mess- und Aufzeichnungssystem C3 von Citem lieferte dem Hausherrn detailierte Daten über den durchschnittlichen Stromverbrauch aber auch über den Spitzenverbrauch der elektrischen Phasen L1, L2 und L3 (siehe Abb. 2).

Abbildung 2: Relative Häufigkeit der benötigten Leistung aller elektrischen Phasen summiert

Die Analyse der Daten von mehreren Monaten im Interval von 15 Sekunden ergab, dass die benötigte elektrische Leistung zu 98% geringer als 1,8kW beträgt. Weiters zeigte sich, dass in den Abend- und Nachtstunden (Dunkelzeiten) der Hauptteil der Energie, etwa 7kWh, verbraucht wird.

Diese Informationen sind relevant für die effiziente Dimensionierung der gesamten Anlage. Unnötige Überdimensionierungen mit damit verbundenen Kosten werden so vermieden. Dem Speichersystem müssen mindestens 7kWh entnommen werden können und der Wechselrichter für den Inselbetrieb muss ein etwas mehr als 1,8kW Leistung abgeben können.

Als Vorgabe durch den Nutzer wurde festgelegt, dass folgendes schlimmstes Szenarium abgedeckt sein muss: Wenn die Stromversorgung durch den EVU abends ausfällt und dauerhaft ausbleibt, so soll durch das Speichersystem so viel Energie zur Verfügung stehen, dass die Grundversorgung des EFH bis zum Sonneaufgang erhalten bleibt. Ab Sonnenaufgang wird durch die Bewohner ein Diesel-Generator eingeschaltet, der die weitere Versorgung als auch das Wiederaufladen des Speichers übernimmt. Dadurch sind am Abend bzw. in der Nacht keine zusätzlichen Maßnahmen der Bewohner erforderlich - eine ruhige Nacht kann zur Erholung genutzt werden.

Die Realisierung

Die Architektur der Hauses bot die Installation von 12 PV-Modulen mit einer Gesamtleistung von 3,8kWp an. Die Module sind vertikal an der Hauswand montiert - dadurch ist keine Optimierung des Jahresertrags gegeben, jedoch ist der Ertrag im Winter höher als bei einer ansonst üblichen Modulneigung von 10 bis 30 Grad. Für die Autarkieforderung ist die sonnenarme Winterzeit relevant (siehe Abb. 1, links im Bild).

Als Stromspeicher sind Batterien von Aquion in Verwendung. Diese haben den Vorteil, dass Sie unbrennbar sind und als Elektrolyt Salzwasser enthalten. Dadurch kommt keine Schwefelsäure (Bleibatterien) und auch kein Lithium (mit den bekannten Ladebesonderheiten) ins Wohnhaus. Ebenso sind diese Batterien unempfindlich gegen erhöhte Temperaturen und besonders Zyklenfest. Es ist mit einer Lebensdauer von 15 Jahren zu rechnen.

Der Wechselrichter von Studer ist für eine Dauerleistung von 2kW, 2,6kW für 30 Minuten und kurzfristig 6,5kW (z.B. für Anlaufströme) ausgelegt. Im Boostbetrieb (Zusammenspiel zwischen Grid und Wechselrichter) können Lasten bis zu 11kW dauerhaft versorgt werden.

Es ist vorab nicht bestimmbar, auf welchem Phasenleiter die Verbraucher im Haus in Betrieb genommen werden. Über eine Umschaltung (Enekie-Box) ist es möglich, mit einem 1-phasigen Wechselrichter alle drei Phasenleiter im Haus zu versorgen (siehe Enekie-Funktion). Dadurch ist eine Dreifachauslegung des Speichers und des Wechselrichters nicht erforderlich.

Abbildung 3: Blockbild der gewählten Lösung

Ein Abstellraum im Keller bietet genügend Platz, um alle benötigten Komponenten in einem Schrank unterzubringen.

Abbildung 4: Schrank mit Wechselrichter, Laderegler, Batterien und Enekie-Box

Wesentlich bei diesem Projekt war die abgestimmte Dimensionierung der Komponenten. Nur dadurch ist das Erreichen der Ziele effizient möglich.

Eine falsch oder schlecht geplante PV-Speicheranlage kann zwar gundsätzlich positive Effekte erreichen, jedoch wird oftmals der Nutzen für den Anwender nur eingeschränkt wirksam. Zum Beispiel: Eine vorherige Analyse des tatsächlichen Stromverbrauchs im Durchschnitt und auch in der Spitze ist für die Auswahl des Wechselrichters nötig. Nur die richtige Dimensionierung der nutzbaren Speicherenergie führt zur gewünschten Überbrückungsdauer. Die Enekie-Box ermöglicht einen Inselbetrieb für alle Verbraucher in einem 3-phasig versorgtem Haus; nicht nur auf einer ausgezeichneten Notphase, ohne alles dreifach auslegen zu müssen. Insbesonders sind bei dreiphasigen Wechselrichter die Batteriekapazitäten groß zu dimensionieren.

Die Zukunft Die Welt von Morgen

Am Aufstellungsort wurde der Platz für eine Erweiterung der Batterien vorgesehen. So kann die Autonomiezeit auf das Doppelte erhöht werden.

Ebenso ist eine Installation von Ladestellen für Elektroautos in Planung. Bei einer entsprechenden Erweiterung der Anlage (zusätzliche PV-Module in den Grünanlagen, zusätzliche Speicher) ist eine Eigenproduktion der Energie für Mobilität angedacht. Die Dimensionierung ist abhängig von der benötigten km-Leistung und der Fahrzeugtype.

Das Team Die Mitwirkenden im Projekt

Dipl.-Ing. Holzer und seine Familie sind Auftraggeber und Nutzer der Anlage. Die PV-Module und die Anpassung des bestehenden E-Verteilers wurden durch EPB Gmbh, ein Unternehmen der Fuchs Holding in Lockenhaus, ausgeführt. Der Schrank wurde von der Fa. AKA Aluminium Konstruktionen hergestellt. Die Konzeption und Planung, der Entwurf des Schranks sowie die Lieferung und Installation des Wechselrichters, des PV-Ladereglers, der Salzwasserbatterien sowie der Enekie-Box erfolgte durch Elektrotechnik - Dr. Siegl.

Eine Installation aus dem Jahr 2016
 
Copyright © 2009 - 2017 by Dr. Manfred Siegl