Der Batteriespeicher im Keller

• 26. Oktober 2022
• Erneuerbare Energien nutzen
• Elektromobilität, Energiespeicherung, Erneuerbare Energie, Photovoltaik, Wasserstoff

«Zappelstrom» wird sie oft genannt, die elektrische Energie aus Wind- und Solaranlagen, deren Produktion stark schwankt – je nachdem, wie kräftig der Wind bläst oder wie intensiv die Sonne gerade scheint. Fallen zwischendurch beide Erzeugungsarten aus, sprechen Kritiker gern von «Dunkelflaute». Gerade deshalb ist zum Ausgleich der Bedarf an Energiespeichern so hoch – immer mehr auch im Privatbereich. Hier stellen wir einige Möglichkeiten vor, Energie zu speichern, um sie zu einem späteren Zeitpunkt zu nutzen.

Der Batteriespeicher im Keller

Rund ein Viertel der Dachflächen, die sich für PV-Anlagen eignen, gehört Besitzerinnen und Besitzern von Einfamilienhäusern. Richtig geplant lohnt sich eine Solaranlage für diese auch finanziell. Allerdings sind erneuerbarer elektrischer Strom und nachhaltige Wärme längst nicht nur dann gefragt, wenn sie erzeugt werden. Private PV-Anlagen werden bereits heute häufig mit einem Batteriespeicher ergänzt. Die Eigenverbrauchsquote lässt sich so übers Jahr verteilt auf 70 Prozent und mehr steigern. Bei Hausspeichern von elektrischem Strom hat sich in den vergangenen Jahren vor allem die Technik der Lithium-Ionen-Akkus durchgesetzt. Die Rechnung geht am besten auf, wenn gleichzeitig eine Wärmepumpe und ein Elektroauto mit dem selbst produzierten Strom laufen. Der Batteriespeicher unterstützt die dazu notwendige Flexibilität.

Funktionsweise

Elektrische Energie aus der PV-Anlage wird in chemische Energie und bei Bedarf wieder zurück in Strom verwandelt – etwa um die Wärmepumpe anzutreiben und andere Verbraucher im Haus zu versorgen, wenn die Sonne nicht scheint.

Vorteile

Hohe Energiedichte, hoher Wirkungsgrad, lange Lebensdauer – auch bei intensiver Nutzung.

Potenzial

Gross, kurzfristig, ausgereifte Technik

Das Elektroauto als rollendes Kraftwerk

Ist die Rede von Elektroautos, fällt immer häufiger der Begriff «bidirektionales Laden». Sind Fahrzeug und Haustechnik darauf ausgerichtet, lässt sich der Auto-Akku nicht nur auf-, sondern auch gezielt entladen. Das eröffnet neue Möglichkeiten für Eigenheimbesitzerinnen und -besitzer mit eigener Solaranlage – und ganz allgemein für das Stromnetz der Zukunft.

Funktionsweise

Vehicle to Home (V2H): Mehr Solarstrom steht für den Eigenverbrauch zur Verfügung. So spart man Geld, wird unabhängiger und hat somit quasi sein eigenes mobiles Notstromaggregat.

Vehicle to Grid (V2G): Die Speicherkapazität von Elektroauto-Batterien kommt auch dem Stromnetz zugute. Wenn sich Tausende E-Autos zu einem virtuellen Grossspeicher vernetzen, würde das Netz stabilisiert und der Anteil erneuerbarer Energien darin maximiert werden. Bisher hatten die Energiewirtschaft und die Autoindustrie nicht viel miteinander zu tun. Das könnte sich bald grundlegend ändern.

Vorteile

Ein Netzstabilisator ersten Ranges. Mit Anreizen lassen sich Elektromobilistinnen und -mobilisten dazu bewegen, ihre Ladegewohnheiten netzdienlich zu gestalten.

Potenzial

Gross, mittel- bis langfristig

Fliesst der Strom nicht nur in, sondern auch aus dem Elektroauto, kann die Stabilität des Stromnetzes markant erhöht werden.

Salzwasser- und Redox-Flow-Batterien

Anders als die kompakten Lithiumbatterien bestehen Salzwasserbatterien vor allem aus einfach verfügbaren Salzen, benötigen aber aufgrund ihrer geringeren Energiedichte ein Mehrfaches an Platz und Gewicht. So kommen sie meistens ausserhalb des Gebäudes zu stehen. Dort machen sie nicht zuletzt dank ihrer sehr guten Umweltverträglichkeit eine gute Figur.

Einen etwas anderen Ansatz der Energiespeicherung verfolgen sogenannte Redox-Flow-Batterien. Zwei Elektrolyte zirkulieren in separaten Tanks und setzen über eine zwischengeschaltete Membran Ionenflüsse in Gang. Zur Stromerzeugung sind ausserdem Pumpen und bewegliche Teile nötig.

Funktionsweise

Elektrische Energie aus der PV-Anlage wird in chemische Energie und bei Bedarf wieder zurück in Strom verwandelt – etwa um die Wärmepumpe anzutreiben und andere Verbraucher im Haus zu versorgen, wenn die Sonne nicht scheint.

Vorteile

Bei vergleichsweise geringeren Kosten sind Salzwasser- und Redox-Flow-Batterien zwar grösser und schwerer als eine Lithium-Ionen-Batterie, können aber nicht brennen.

Potenzial

Mittelfristig gross. Der Gebäudebereich kann gar nicht genug Speicherkapazität fürs Heizen und für andere Verbraucher haben.

Wasserstoff für Hausgebrauch und Mobilität

Das Prinzip der komplett autarken privaten Energieversorgung auf Basis des Energiespeichers Wasserstoff ist nicht ganz neu. Diverse Energie-Start-ups machen nun aber mit konkreten Konzepten von sich reden. Dabei wird der Solarstrom vom eigenen Dach wie bisher direkt zu den gerade eingeschalteten Verbrauchern oder zum Batteriespeicher geleitet. Ist dieser voll, erzeugt ein kompakter 2000-Watt-Elektrolyseur hausgemachten Wasserstoff, der in 300-bar-Druckbehältern gelagert wird. Wenn die Sonne nicht scheint und der Akku leer ist, stellt eine 1500-Watt-Brennstoffzelle elektrische Energie bereit, wobei zudem Wärme abgegeben wird.

Ein ähnliches Konzept lässt sich auch für die Mobilität nutzen: Das durch Photovoltaik und Wasser-Elektrolyse gewonnene H2 wird in ein Speichermodul geleitet, wo es an einem Metallhydrid chemisch gebunden wird. Das Metallhydrid nimmt die Wasserstoffmoleküle wie ein Schwamm auf. Mit einem Verdichter, der Wärme aus einem Heizkessel bezieht, lässt sich das Druckniveau herstellen, das für das Betanken der Brennstoffzellen-Fahrzeuge notwendig ist.

Funktionsweise

Das Herz der heimischen Wasserstoffproduktion gleicht von aussen einem grossen Kühlschrank, in dem übereinander Elektrolyseur, Batterie, Kompressor und Brennstoffzelle untergebracht sind. Das ganze System passt auf 3 Quadratmeter Fläche und bleibt preislich bei einem fünfstelligen Betrag.

Die Innovation bei der Wasserstofftankstelle für zu Hause liegt neben dem Metallhydrid-Speicher beim Verdichter: Eine neuartige Technologie kommt ohne bewegliche Teile aus, braucht keinen Strom und läuft sehr leise.

Vorteile

Nur noch auf elektrische Wärmepumpen und Batterie-Elektroautos zu setzen, dürfte der falsche Weg sein. Auch wenn der Wirkungsgrad beim Wasserstoff tiefer ausfällt, ist er für die Energiewende ein zweckdienlicher Faktor.

Potenzial

Mittel, langfristig

Wasserstoff stellt sich immer mehr als wichtiger Faktor der Energiewende heraus: sei es in der Mobilität oder auch bei Heimspeichern.

Beton- oder Wasserspeicher

Verschwendung gibt es auch bei erneuerbaren Energien. So produzieren grosse Windkraft-, aber auch Solaranlagen im Sommer so viel Strom, dass sie wegen Überlastung des Stromnetzes abgeschaltet werden müssen. Es liegt deshalb nahe, diesen Energieüberschuss zu speichern und für den Winter nutzbar zu machen, etwa für Gebäudeheizungen. Bis jetzt ist die Energiewende vor allem eine Stromwende, dabei macht Wärme rund ein Drittel des gesamten Energieverbrauchs der Schweiz aus. Deshalb ist es sinnvoll, auch in Wärmespeichertechnologie zu investieren.

Funktionsweise

In Hausfassaden eingebaute Blöcke aus Spezialbeton speichern Energie. Eine spezielle Zementmischung enthält einen hohen Anteil an Ettringit – einem Mineral mit hohem Kristallwasseranteil. Wird Ettringit erwärmt, beginnt es ab einer Temperatur von rund 50 °C das an sich gebundene Wasser «abzudampfen». Wird dem Mineral wieder Wasser hinzugefügt, wird bei der Bindungsreaktion Wärme frei.

Vorteile

Einfach und ressourcenschonend

Potenzial

Mittel, mittelfristig