Energiespeicher – Der Schlüssel zur Unabhängigkeit

von Mara Zimmermann am 10. April 2019

Die grundsätzliche Problematik der Energieversorgung durch erneuerbare Quellen ist, dass die Verfügbarkeit und der Bedarf in Gebäuden zeitlich versetzt sind – sowohl über einen einzelnen Tag als auch über das ganze Jahr. Insbesondere solare Energie kann im Sommer in Mengen gewonnen werden, die nicht im Gebäude selbst benötigt werden, dafür kann im Winter der erhöhte Bedarf, der durch die Raumheizung und das reduzierte Tageslicht entsteht, nicht über Solarenergie gedeckt werden. Um ein Gebäude ganzjährig mit ausreichend Strom und Wärme zu versorgen, sind deshalb Speicherlösungen notwendig. In diesem Artikel werden einige Speichervarianten vorgestellt, welche sich dafür eignen, die im und auf dem Gebäude produzierte Energie vollständig zu nutzen.

Umweltfreundliche Batteriespeicher

Heute werden für die kurzfristige Speicherung von Solarstrom meistens Lithium-Ionen Akkumulatoren (Akkus) eingesetzt, da sie eine hohe Energiedichte und eine lange Lebensdauer aufweisen. Die Herstellung und auch das Recycling dieser Batterien ist aus ökologischer Sicht allerdings nicht unproblematisch. Rohstoffabbau und Batterieproduktion weisen einen hohen Energiebedarf auf (graue Energie) und verursachen CO2-Emissionen.
Eine ökologischere Alternative mit vergleichbaren Leistungsdaten stellt die Salzwasserbatterie Greenrock dar. Sie enthält keine Schwermetalle und giftigen Chemikalien, ist 100% rezyklierbar und die einzige Cradle to Cradle zertifizierte Batterie auf dem Markt. Aktuell liegt der Preis eines solchen Akkus allerdings noch etwas über demjenigen von Lithium-Ionen Akkus.

Langzeitspeicher

Akkus sind eine gute Möglichkeit, um Solarstrom kurzfristig zu speichern und dadurch den Eigenverbrauch zu maximieren. So kann zum Beispiel der am Mittag produzierte Strom zwischengespeichert und am Abend und in der Nacht genutzt werden. Grössere Defizite im Winter können damit allerdings nicht gedeckt werden. Dafür ist ein saisonaler Speicher notwendig, mit dem der Energieüberschuss aus dem Sommer in den Winter verlagert werden kann.

Eine Möglichkeit zur langfristigen Speicherung ist die Produktion und Lagerung von Wasserstoff. Überschüssiger Solarstrom wird in diesem Konzept dazu verwendet, um mittels Elektrolyse Wasserstoff zu produzieren. Wasserstoff kann später nach Bedarf in einer Brennstoffzelle in Strom und Wärmeenergie umgewandelt werden. Das erlaubt, ein Gebäude sowohl mit Strom als auch mit Wärme zu versorgen. Die Speicherung von Wasserstoff geschieht konventionellerweise in Druckbehältern. Der Nachteil davon ist, dass neben dem Elektolyseur auch ein Kompressor nötig ist, welcher wiederum Energie benötigt.
Eine vielversprechende Alternative bietet der Metallhydridspeicher. Diese Technologie beruht darauf, dass Wasserstoffatome in Gittern von Metalllegierungen adsorbiert werden und so mit viel höherer volumetrischer Dichte gelagert werden können als in Gasform. Somit ist kein Drucktank notwendig und für ein Einfamilienhaus wäre eine Tankgrösse von ca. 8 m³ für eine autarke Versorgung ausreichend. Die Empa hat diese Technologie erfolgreich in der komplett autarken Wohnbox «SELF» getestet.

Bei einem Gebäude mit bestehendem Anschluss ans Netz würde man allerdings kaum eine komplette Autarkie anstreben, da dies technisch sehr schwierig umzusetzen und aus Kostengründen nicht sinnvoll ist. Stattdessen wird der Speicher so eingesetzt, dass die selber produzierte Energie zu einem möglichst grossen Anteil vor Ort genutzt werden kann.

Mit Sommersonne im Winter Heizen

Ein innovativer Ansatz, der gerade an der Empa entwickelt und getestet wird, ermöglicht die Raumheizung im Winter mittels im Sommer gewonnener, thermischer Solarenergie. Das System basiert auf der chemisch simplen Reaktion von Natronlauge mit Wasser, welche Wärme freisetzt. Wasser kann damit problemlos auf eine Temperatur erwärmt werden, welche für den Betrieb einer Fussboden- oder Wandheizung nötig ist. Die Reaktion lässt sich auch umkehren: Führt man der verdünnten Natronlauge genügend Wärme zu, verdampft Wasser und zurück bleibt konzentrierte Natronlauge. So kann im Sommer Solarenergie genutzt werden, um die Natronlauge aufzukonzentrieren. In ihr wird das Potential, Wärme zurückzugewinnen, gespeichert. Die Natronlauge kann über Monate gelagert werden, und bei Bedarf führt man ihr wieder Wasser zu, um die Wärme zurückzugewinnen. Dieser Prozess kann beliebig oft wiederholt werden. Für ein Einfamilienhaus schätzen die Forscher der Empa, dass 4 bis 8 m³ Speichervolumen notwendig sind. Ein Prototyp der Anlage soll schon bald im Forschungsgebäude NEST eingebaut werden.

Die im Artikel beschriebenen, dezentralen Energiespeicher werden in Zukunft eine immer wichtigere Rolle in der Energieversorgung spielen, da Gebäude ein enormes Potential zur Produktion von Energie haben, diese aber nicht immer gleich wieder verbrauchen. Um die Energiewende zu meistern, ist es daher essentiell, dieses Potential voll auszuschöpfen. Dank der intensiven Forschung und der steten Weiterentwicklung der Technologien sind Energiespeicher auf bestem Weg, eine nicht nur ökologisch sondern auch wirtschaftlich interessante Ergänzung für Gebäude zu werden – egal ob im Um- oder Neubau.

 

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