Strom selbst erzeugen und intelligent nutzen

Solarstrom und Smart Home? Vor nicht einmal drei Jahren gab es da kaum einen Zusammenhang. Denn da bestand eine moderne Photovoltaik-Anlage im Prinzip aus Solarmodulen und Wechselrichter. Viele Anlagenbetreiber freuten sich über die reichliche Ernte aus ihrem „Sonnengarten“ – um ihn „selbstlos“ direkt ins öffentliche Netz einzuspeisen.

Aufgrund der stetig gesunkenen und immer weiter sinkenden Einspeisevergütung hat sich das grundlegend geändert. Wir zeigen Ihnen, welche Möglichkeiten es heutzutage und in Zukunft beim Thema Solarstrom im Smart Home gibt.

So viel erzeugen, wie man braucht – und gerne umgekehrt

Mit der immer größer werdenden Gewinnspanne zwischen Stromerzeugungspreis und Strompreis ist für einen profitablen Betrieb einer Sonnenstromanlage heute eine andere Sichtweise notwendig: Im Blickpunkt stehen die stärkere eigene Nutzung der vielen selbst produzierten Kilowattstunden, die Bereitstellung des eigenen Stroms für eine spätere Verwendung sowie das Zusammenwirken verschiedener Energieformen und Anwendungen. Kurzum: Was wir brauchen, ist die Etablierung eines intelligenten Energiemanagements. Das Schöne daran: Solche Systeme für heimische Anlagen sind bereits heute verfügbar.

Das Prinzip des intelligenten Energiemanagements

Intelligentes Energiemanagement hat generell zum Ziel, Energieverbrauch und -erzeugung in Einklang zu bringen – im Idealfall sogar, den Energieverbrauch zu reduzieren. Essentieller Baustein dafür: ein möglichst hoher, sinnvoller Verbrauch des selbst erzeugten Solarstroms. Oder andersherum ausgedrückt: Ein Anlagenbetreiber sollte idealerweise seinen gesamten Energiebedarf mit dem eigenen PV-Strom decken können.

In Kombination mit einer Batterie funktioniert Energiemanagement so, dass Solarstrom entweder erstens direkt verbraucht wird oder zweitens bei Überschuss die Batterieladung beginnt oder aber drittens der eigene Strom bei voller Batterie und niedrigem Bedarf ins Netz eingespeist wird.

Unter ständiger Messung aller relevanten Energieflüsse wird versucht, den Stromsaldo so lange wie möglich bei „Null“ zu halten, also eine ausgeglichene Strombilanz mit minimalen Stromkosten zu erreichen.

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Abb. 1: Mehrere Funktionen unter einem Dach: modulare Elemente im solaren Smart Home (Quelle: SMA Solar Technology AG)

Bewussterer Umgang mit Energie

Es geht prinzipiell um die Unabhängigkeit und die Freiheit, selbst zu entscheiden, wie viel saubere Energie man dezentral zu Hause erzeugt und wie man sie einsetzt. Ein solches Energiemanagement bietet vielfältigen Nutzen: Neben finanziellen Vorteilen, höherer Effizienz und größerer Autarkie genießen Anlagenbetreiber mehr Komfort und erhalten vollständige Transparenz über ihren Energiehaushalt. Diese ermöglicht auch einen bewussteren Umgang mit Energie und hilft dabei, den Energieverbrauch insgesamt zu senken.

Damit die Energiewende gelingt, wird auch das öffentliche Stromnetz künftig Verbraucher, regenerative Stromerzeuger und Speicher intelligent miteinander kombinieren. Im Detail vereint intelligentes Energiemanagement folgende Elemente unter einem Dach: Neben der Energieerzeugung, intelligenter Planung und Steuerung sowie der Zwischenspeicherung sind dies der elektrische und thermische Verbrauch, die Transparenz, die Elektromobilität und der clevere Netzanschluss/Smart Grid – und das alles intelligent miteinander verbunden. Nachfolgend die einzelnen Funktionen im Überblick.

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Abb. 2: Schematische Übersicht von Haus mit Smart Home-Technologie zur Erzeugung, Speicherung und intelligenten Nutzen von Solarstrom (Quelle: SMA Solar Technology AG)

Viele Quellen, einmalige Effizienz: Energieerzeugung

Energieerzeugung aus Photovoltaik ist beileibe nicht der alleinige Energielieferant für das Smart Home. Längst sind innovative Technologien und neue Kooperationen auf den Weg gebracht, um die PV mit anderen Energien zu kombinieren.

Beispielsweise kann die Strom- und Wärmeerzeugung zu Hause auch sehr effizient mit einem Mikro-Blockheizkraftwerk erfolgen – gerade zu Zeiten mit geringerer oder fehlender Sonneneinstrahlung.

Darüber hinaus lässt sich überschüssiger PV-Strom ideal nutzen, um thermische Energie zu gewinnen, die sich z.B. als warmes Wasser hervorragend für eine kurzzeitige Speicherung eignet. So können Anlagenbetreiber sehr effizient eine mit Sonnenstrom betriebene Wärmepumpe einsetzen, da sie aus 1 kWh Strom etwa das Dreifache an Wärmeenergie erzeugt.

Denken und lenken:
Intelligente Planung und Steuerung

Die Basisfunktion von intelligentem Energiemanagement stellt die umfassende Analyse aller relevanten Energieflüsse sowie die Planung des Verbrauchs sicher. Das Ziel: die perfekte Abstimmung des Verbrauchs auf seine Erzeugung.

Wichtigstes Merkmal dieser elementaren Funktionalität ist der kontinuierliche Austausch von Informationen zwischen den einzelnen Komponenten und einem zentralen Energiemanager. Das Entscheidende ist hier: Der Energiemanager eines guten Smart-Home-Systems „weiß“ aufgrund der lokalen Einstrahlungs-Erzeugungsprognose, wann und wie lange die Sonne auf die Module auf dem Haus scheinen wird.

Auf Basis dieser verlässlichen Daten sowie des erlernten Haushaltslastprofils berechnet das Energiemanagementsystem nicht nur den sinnvollsten Verbrauch des Sonnenstroms, sondern erstellt auch einen „Fahrplan“ für die zeitlich flexiblen Stromverbraucher. Selbstverständlich ganz nach den individuellen Wünschen des Anlagenbetreibers, die er mit einer anwenderfreundlichen Portalvisualisierung eingibt.

So kann man zum Beispiel die Wäsche genau dann waschen (lassen), wenn die Sonne scheint. Die automatische Aktivierung zum optimalen Zeitpunkt erfolgt dann über zwischengeschaltete Funksteckdosen oder die direkte Kommunikation mit dem Endgerät.

Zur Seite legen und bereitstellen:
Zwischenspeicherung

Mit einem elektrischen Speichersystem lässt sich Solarstrom „zur Seite legen“ und steht so für den späteren Verbrauch bereit. Das erhöht den Eigenverbrauchsanteil und die Autarkie zusätzlich. Während die Kosten für fossile Energieträger steigen, weist der Preistrend bei Batterien klar nach unten.

Zudem können bereits relativ kleine Speicher zur Netzentlastung beitragen, indem sie die maximale Einspeiseleistung begrenzen und Abregelungsverluste vermeiden. Größere Speichersysteme machen das Haus noch autarker und können es zusätzlich gegen Netzausfälle absichern. Mit der Einbindung von Elektrofahrzeugen in das häusliche Energiekonzept steht darüber hinaus noch ein weiterer Stromspeicher zur Verfügung.

Gut verkabelt und alles im Fluss:
Verbrauch

Neben der direkten elektrischen Nutzung und Speicherung sollte intelligentes Energiemanagement idealerweise auch die thermische Nutzung des überschüssigen Solarstroms beinhalten. Beispielsweise kann „überschüssiger“ Solarstrom für die Warmwasseraufbereitung genutzt und so thermisch zwischengespeichert werden. Dazu muss nur ein passender Heizstab im Warmwasserspeicher angebracht sein, der mit der Energie der Sonne beispielsweise das Duschwasser beheizt. So geht bei der Nutzung des selbst produzierten Stroms trotz Begrenzung der Wirkleistungseinspeisung gemäß EEG bzw. Speicherförderung des Bundes so gut wie nichts mehr verloren.

Abb. 3 Küche Waschmaschine

Abb. 3: Auf Komfort programmiert: die individuelle Steuerung von Haushaltsgeräten ist bereits heute möglich (Quelle: Miele/SMA)

Auto mit Speicher oder Batterie auf Rädern: E-Mobilität

Kaum ein anderes Thema steht in diesem Zusammenhang aktuell in Deutschland stärker im Fokus als die Elektromobilität: Trotz ehrgeiziger Ziele der Bundesregierung kommen Akzeptanz und Verkauf vom strombetriebenen Autos nicht recht auf Touren. Intelligentes Energiemanagement im Smart Home bezieht auch die E-Mobile und deren „Betankung“ perfekt mit ein und gibt ihnen eine neue Perspektive.

Denn das Stromauto gefällt nicht nur als umweltfreundlicher „fahrbarer Untersatz“, sondern dient technisch gesehen als Speicher mit einer Kapazität von oft mehr als 10 kWh. So wird es auch möglich sein, Strom aus dem beladenen Speicher wieder in den Haushaltsverbrauch einfließen zu lassen, wenn Bedarf besteht.

Alles auf dem Schirm: Transparenz

Auch wenn die Photovoltaik-Anlage selbstständig so viel Sonnenstrom wie möglich produziert, möchte ein Anlagenbetreiber sicherlich wissen, wie viel Strom verbraucht wird oder welche Menge Energie im Speicher ist. Das in das Smart Home integrierte Smart Meter macht’s möglich: Es leitet alle Daten sicher und schnell zum zentralen Energiemanager im Smart Home.

Von da aus geht es direkt auf das entsprechende Onlineportal, wo per Smartphone oder Rechner alle elektrischen Energieflüsse im Haus übersichtlich dargestellt werden. Darüber hinaus hat man die Gelegenheit, seine individuellen Wünsche einzugeben. Die immer aktuelle Energiebilanz hilft Anlagenbetreibern, Erzeugung, Verbrauch und Speicherung auszuwerten. Außerdem können sie auf diesem Weg unentdeckte Stromfresser aufspüren.

Mit cleverem Netzanschluss auf Draht:
Smart Grid

Die Fähigkeiten und Funktionen vieler Smart Home-Haushalte sind die Voraussetzung für die intelligente Vernetzung „im Großen“: Denn damit die Energiewende gelingt, wird auch das öffentliche Stromnetz Verbraucher, regenerative Stromerzeuger und Speicher künftig intelligent miteinander kombinieren. Dieses Smart Grid wird Synergien erschließen und gleichzeitig die gewohnte hohe Versorgungssicherheit gewährleisten.

Sicherlich wird in Zukunft so einiges möglich sein, was uns vielleicht jetzt seltsam vorkommen mag. Dem Nachbarn Strom verkaufen, wenn man Überschuss hat? Selbst Energie aus dem Netz beziehen, wenn es besonders günstig ist? Mit dem intelligenten Stromnetz von morgen ist das wahrscheinlich Alltag. Und aufgrund intelligentem Energiemanagement und entsprechenden Lösungen sind Anlagenbetreiber und ihre Häuser auf diesen Schritt schon jetzt vorbereitet.

Fazit

Ein intelligentes Smart Home-Konzept sorgt mit seinem modularen Aufbau dafür, dass jeder Anlagenbetreiber individuell bestimmen kann, in welchem Maß er Energiemanagement betreibt. Das gilt für bestehende und neue Anlagen, für kleine und große Leistungsstufen sowie für flexible und integrierte Speicherlösungen. Mit Blick auf eine nachhaltige Zukunft, die erfolgreiche Energiewende und den weiteren Erfolg von Photovoltaik-Anlagen ist im privaten Bereich das Thema Smart Home nicht mehr wegzudenken.

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