Solarstrom als Wärme speichern

Die Solaranlage von Christian Müller rentiert, weil er 75 Prozent seines Solarstrom selbst verbraucht. Als Batterie nutzt er seine Warmwasserboiler. Eine «richtige» Batterie war beim Anlagenbau vor drei Jahren noch zu teuer.

Christian Müller nutzt einen grossen Teil des Solarstroms gleich auf dem Betrieb.

Solarmodule sind heute nur noch ein Viertel so teuer wie vor zehn Jahren. Eine produzierte Kilowattstunde Solarstrom von einer neu installierten Anlage kostet durchschnittlich noch 13 Rappen. Bei grösseren Modulflächen liegt der Preis deutlich tiefer. Der Sonnenstrom ist also günstiger als der vom örtlichen Stromanbieter eingekaufte Strom, der durchschnittlich inklusiv Netznutzungskosten 20 Rappen kostet, je nach Region aber sogar deutlich teurer ist. Daraus ergibt sich das Geschäftsmodell für sogenannte Eigenverbraucher-Solaranlagen: Mit jeder selbst erzeugten und an Ort und Stelle verbrauchten Kilowattstunde Solarstrom spart man das Geld für den sonst zugekauften Strom. Je höher der Eigenverbrauch-Anteil, desto besser. Es gibt heute schon landwirtschaftliche Betriebe, welche die Modulfläche gezielt so ausgelegt haben, dass sie 100 Prozent des eigenen Solarstroms zeitgleich vor Ort in Kühlräumen und Verarbeitungsanlagen nutzen können. Überflüssigen Strom zurück ins öffentliche Netz zu liefern ist nicht interessant, weil die Rückeinspeisungstarife durchschnittlich nur bei 8 bis 9 Rappen liegen, also unter den Produktionskosten. Doch nicht jeder Bauernhof verfügt über genügend mit Strom betriebene Geräte und Anlagen, die während dem Tag laufen und genug Solarstrom verarbeiten können. Sie müssen diesen vorübergehend speichern können, um den Eigenverbrauch zu optimieren. Das muss nicht zwingend in Batterien aus Lithium oder Blei sein. Es gibt einfachere, wirtschaftlichere und umweltfreundlichere Speicher-Lösungen, beispielsweise thermisch in Wärmeboilern.

Bereits vorhandene Speicher nutzen

Der Solarstrom wird als Wärme gespeichert.

Landwirt Christian Müller aus Hellikon AG setzte sich erst ernsthaft mit dem Bau einer Solaranlage auseinander, als der Verbrauch vom eigenen Solarstrom vor Ort vor ein paar Jahren gesetzlich erlaubt wurde. Alles andere machte für den Demeter-Bauern aus ideologischen Gründen keinen Sinn. Doch er hatte ein Problem: Wenn er frühmorgens und am Abend zu seinen 30 Milchkühen in den Stall geht, ist es draussen oft dunkel und die Solaranlage im Ruhemodus. Solarstrom aus einer Batterie aus Lithium oder Blei zu verwenden, kam für ihn aber nicht in Frage: «Die Entsorgung dieser Batterien ist noch nicht sauber gelöst.» Trotzdem wollte er auf seinem Betrieb auf die Sonnenenergie setzen. Er fragte deshalb Solarteur Fritz Graf um Rat, den er von der kantonalen Demeter-Vereinigung kannte. Dieser führte bis vor drei Jahren noch selbst einen Bauernhof, bevor er sich mit der Firma Sonnentanz Gmbh als Solaranlagenbauer selbständig machte. Als ehemaliger Bauer wusste er, dass es auf Milchviehbetrieben wie dem von Müller viel heisses Wasser braucht. «Bereits in den Gebäuden vorhandene Wärmespeicher sind oft eine sehr wirtschaftliche Lösung, um Solarstrom zu speichern», sagt Graf. In Hellikon gab es vier davon, mit einer totalen Speicherkapazität von 1700 Litern. Dazu kam ein Kühlraum, der in den warmen Sommermonaten viel Strom verbraucht – dann also, wenn die Sonne besonders oft scheint. Im August 2016 nahm die Solaranlage mit einer Leistung von 30 Kilowatt ihren Betrieb auf. Im letzten sehr sonnenreichen Jahr produzierte sie über 35’000 Kilowattstunden Strom. Auf dem Zähler des Wechselrichters sieht Müller, dass rund 75 Prozent davon vor Ort verwendet wurde. Mit dazu beigetragen hat die Installation einer einfachen aber smarten Steuerung. «Die Wärmespeicher werden nur angesteuert, wenn der Strom nicht anderswo im Gebäude verwendet wird», erklärt der Biobauer. So wird verhindert, dass unnötig Verbrauchsspitzen entstehen, wenn zu viele Geräte gleichzeitig Strom ziehen.

Künftig auch Heubelüftung

Künftig soll das Heu mit der Abwärme der Solaranlage getrocknet werden.

Weil es vor drei Jahren nur für Anlagen bis 30 Kilowatt Leistung eine Förderung in Form der Einmalvergütung gab, ist das nach Süden ausgerichtete Scheunendach nur knapp zur Hälfte mit Solarmodulen bedeckt. Müller hatte zudem noch eine andere Idee, um mehr aus den Solarmodulen herauszuholen. Diese sind auf einer Aluminium-Unterkonstruktion mit einem Dachabstand von deshalb rund 25 cm montiert worden, in der Mitte klafft unter den Pannels ein 16 Quadratmeter grosses Loch. «Im Sommer soll dort künftig von unten die warme Luft für die Heubelüftung abgesaugt werden», erklärt Müller. So kann er noch mehr Strom einsparen und den Wirkungsgrad der Solaranlage erhöhen. Noch ist das Ganze erst vorbereitet und nicht definitiv eingerichtet. Trotzdem verspricht er sich bereits jetzt einen positiven Effekt auf die Modulerträge. Gerade in heissen Sommermonaten wie im letzten Jahr fallen diese nämlich tiefer aus. Bei Müller zieht die heisse Luft zwischen Dach und Modul besser ab, was zu weniger starken Erhitzung der Module und dadurch zu weniger Leistungsverlusten führt.

Lastgangspitzen brechen

Auf dem Mobiltelefon kann Müller die aktuellen Zahlen der Solaranlage beobachten.

Christian Müller betrachtet seine Solaranlage auf dem Scheunendach als Altersvorsorge. «In zehn Jahren ist die fremdfinanzierte Anlage mit allen Zinsen abzüglich Einmalvergütung amortisiert», sagt er. Es ist aber noch Platz für mehr auf dem Dach. «Ich möchte die Anlage in den nächsten Jahren noch erweitern». Doch wohin mit dem zusätzlichen Solarstrom? Solarteur Graf hat vor allem die Silofräse im Visier, die früh am Morgen für eine hohe Stromverbrauchsspitze sorgt. Deren Höhe bestimmt den Strompreis schon heute: Denn die Stärke der Stromleitung richtet sich nach der Lastgangspitze. In der Branche geht man davon aus, dass künftig für die Abnehmer der Tarif für die Leistung mehr ansteigt als der Strompreis. Es ist deshalb im Interesse des Strombezügers, die Lastgangspitzen möglichst tief zu halten. Die Silofräse-Spitzenlast könnte bei Müller theoretisch schon bei der bestehenden Anlage mit einer Batterie gekappt werden. Bei den aktuellen Batterie-Preisen und seiner Anlagengrösse ist diese aber noch nicht wirtschaftlich. «So ab einer Leistungsstärke von 50 Kilowatt rentiert das aber bei Solaranlagen oft schon heute», sagt Graf. Batterien werden zudem jedes Jahr günstiger, deshalb dürfte sich das bald auch bei mittelgrossen Anlagen wie bei Müller lohnen. Dieser denkt zurzeit aber eher daran, den zusätzlichen Strom der erweiterten Anlage im Wärmespeicher für die Heizung zu verwenden. Diese betreibt er bisher mit dem Holz aus dem eigenen Wald. «Doch die Holzerei ist aufwändig und teuer», sagt er. Ob der Solarstrom hier wirklich eine Entlastung bringen würde, ist aber fraglich. Denn die Heizung braucht es im Winter, wenn es wenig Sonne hat. Graf sieht als lohnendere Variante – wenn es keine Batterie sein soll – eher eine Wärmepumpe.

In Zukunft Wasserstoff-Speicher?

Solarexperte Fritz Graf.

Solarexperte Graf hat aber sowieso eine andere Vision zur künftigen Verwendung von Solarstrom. Er betrachtet Batterien als Übergangstechnologie: «Die Zukunft gehört dem Wasserstoff.» Dieser könne viel einfacher gespeichert werden und sei vielseitig für die saisonal unabhängige Strom- und Wärmeproduktion verwendbar. «Es gibt bereits funktionierende Systeme, die Solarstrom in Wasserstoff umwandeln können», sagt er. Das Problem sei der noch hohe Preis der Anlagen und der tiefe Wirkungsgrad bei der Umwandlung zu Wasserstoff. Doch die Technologie werde sich weiterentwickeln und irgendeinmal Serienreife erlangen. Wer weiss, ob in ein paar Jahren nicht ein Wasserstofftank in Hellikon stehen wird?

Mobile Salzbatterie für den Einsatz auf der Alp.

Salzbatterie für die Alp
Der einachsige Anhänger mit der Salzbatterie steht jetzt im Winter auf dem Talbetrieb in Schwarzenegg BE. Er speichert dort den im Winter raren Strom von der vorübergehend vor dem Haus aufgestellten mobilen Solaranlage. Zur Alpzeit zügelt Landwirt Bernhard Aeschlimann die Batterie und die 40 Quadratmeter Solarpannel 12 km weiter rauf auf seine Alp Honegg im Eriz. Der Auf- oder Abbau dauert zwei Stunden. Der in der Batterie mit einer Ladekapazität von 28 Kilowattstunden gespeicherte Solarstrom ersetzt auf der Alp während vier Monaten den dreckigen Strom aus dem Benzingenerator. Das Besondere an der Batterie: Sie besteht vor allem aus Kochsalz, Eisen und Nickel. «Alle Rohstoffe sind zu hundert Prozent rezyklierbar und kommen in ausreichender Menge auf der Welt vor», sagt Aeschlimann. Zudem werde sie im Tessin hergestellt. Doch nicht nur ökologische und regionale Gründe sprechen für die Salzbatterie. Sie ist im Betrieb weniger heikel wie beispielsweise Lithium-Batterien, weil sie Minustemperaturen problemlos erträgt und sogar eine vollständige Entladung schadlos übersteht. Zudem besteht keine Brandgefahr, wie bei anderen Batterietechnologien. Die Speicherdichte und das Gewicht sind vergleichbar mit Lithium-Batterien. Damit die chemischen Prozesse in der Salzbatterie zum Laufen kommen, ist allerdings eine relativ hohe Betriebstemperatur von über 250 Grad nötig. Die Entladeverluste sind deshalb höher als bei anderen Batterietechnologien. Doch sonst sieht Aeschlimann eigentlich keine Nachteile. Auch preislich könne sie mit den anderen Batterietypen mithalten. Seit kurzem hat er sogar eine Salzbatterie stationär im Gebäude seiner Bewirtschaftergemeinschaft mit drei Wohnungen und dem Stall installiert und speichert nun den Strom der dort bereits vorhandenen Solaranlage. Er hofft, dass er den Eigenverbrauchsanteil von Solarstrom so auf 80 Prozent steigern kann. Aeschlimann sieht vor allem in der als «IndieWatt» vermarkteten mobilen Lösung viel Potential: «Ich konnte den Benzinverbrauch auf der Alp um 85 Prozent senken.» Und ernsthafte Probleme mit der Technik oder mit der Leistungsfähigkeit gebe es nicht; Melkmaschine, Milchkühlung, Pumpen und Licht laufen alle gleichzeitig. Zudem sei der erste Prototyp aufgrund der auf der Alp Eriz gemachten Erfahrungen vom Schweizer Hersteller InnovEnergy verbessert worden und man sei heute mit einem serienreifen mobilen Batterieanhänger auf dem Markt. Die Salzbatterie-Technologie wird bereits auf drei anderen Alpbetrieben erfolgreich eingesetzt, darunter sogar einer mit Melkroboter.
www.innovenergy.ch/indiewattB

Blei oder Lithium?
In der Schweiz stehen für die Speicherung von Solarstrom vor allem Blei-Säure- oder Lithium-Ionen-Batterien im Einsatz. Erstere gelten als technisch veraltet, sind aber in der Anschaffung günstiger, haben tiefere Wirkungsgrade, weniger Energiedichte (das braucht mehr Platz) und kürzere Laufzeiten als Lithium-Batterien. Die Speicherkosten pro kWh sind bei Lithium deshalb deutlich tiefer. Die Verkaufspreise für Lithium-Batterien sinken schneller als die der bleihaltigen Batterien. Dabei haben sich bei Lithium zwei Zelltechnologien durchgesetzt: Lithium-Eisen-Phosphat (LiFePo) und vor allem Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt (NMC) mit besonders hohen Energiedichten. Zu diskutieren gibt hier allenfalls die Verfügbarkeit der Rohstoffe: die von Lithium dürfte weniger knapp sein, wie beispielsweise bei Kobalt, das beispielsweise auch in jedem Smartphone vorhanden ist. Die aufkommende Elektromobilität wird die Nachfrage bei beiden Rohstoffen in die Höhe treiben. Zu diskutieren geben zudem die Abbaugebiete, die sich oft in politisch heiklen oder unstabilen Ländern befinden. Entscheidend für die Lebensdauer bei beiden Batterie-Typen sind die Einhaltung der vom Hersteller zulässigen Raumtemperaturen und dass die Steuerung richtig funktioniert (keine vollständigen Entladungen!). Gerade bei Lithium-haltigen Batterien besteht Brandgefahr, wenn sie für längere Zeit Hitze und Kälte ausgesetzt sind. Bei Bleibatterien kann es bei Vollladung zu Gasbildung kommen, deshalb muss der Raum gut durchlüftet sein.
Merkblatt von Swisssolar

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