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| | Energiewende im Inselbetrieb:
Familienhaus weiter zum
Plusenergiehaus optimiert
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| | Autor: Siegfried Delzer
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Leserkontakt
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| | Nach gründlicher Planung konnten wir 1988 unser Wohn- und Bürohaus als Niedrigenergiehaus im Inselbetrieb fertig stellen. Es war nicht nur ein Bauprojekt, ein Wohnraum für die Familie und 3 Büroräumen für das eigene Ingenieurbüro, sondern ein radikaler Selbstversuch.
Das Gebäude wurde bereits in der Planungsphase mit einem selbst entwickelten Computerprogramm (DK Solar, der Grundlage für das heutige DK Integral) dynamisch simuliert. Das Haus enthielt gleich mehrere einzigartige, innovative Features. Außerdem wurde es bewusst so konzipiert, dass die damals verwendeten, konventionellen Materialien und technischen Komponenten jederzeit durch neuere und effizientere ersetzt werden können.
Diese Machart sollte es dem Haus ermöglichen, sich von einem Niedrigenergiehaus im Inselbetrieb über ein zu 100 % regeneratives Haus zu einem Nullenergiehaus zu wandeln.
Auch der Betrieb als Plusenergiehaus war angedacht, ohne dass ein Stromnetz den Stromüberschuss im Sommer aufnehmen sollte, um ihn im Winter bei erhöhtem Bedarf wieder zurück zu geben.
Generell wurde die Technik im Haus immer zu Ende genutzt. Dahinter steckt der Gedanke der Gesamtenergiebilanz, die den Verbrauch endlicher Rohstoffe zur Erzeugung neuer Produkte sowie die Energie zur Herstellung neuer Produkte berücksichtigt.
Das Niedrigenergiehaus im Inselbetrieb 1988
Die Gebäudehülle ist als eine Kombination aus dickem Mauerwerk als Wärmespeicher, großflächigen Kastenfenstern als Warmlufterzeuger, und einer in die Fassadenfläche integrierten thermischen Solaranlage zur Brauchwassererwärmung konzipiert. Die Dachkonstruktion besteht aus einer gedämmten Holzkonstruktion mit Hinterlüftung.
Die Stromversorgung funktioniert als stabiles 24 Volt Netz, ohne Umformer direkt über die PV Zellen. Der Verzicht auf viele Wandler macht das System stabil und effizient. Die gesamte Lichttechnik ist dem entsprechend mit 24V DC Halogenlampen (inzwischen ersetzt durch LED) ausgeführt.
Das Gebäudekonzept mit der ersten Technikgeneration bestand aus einem Luft-Wasser Wärmetauscher, den Kastenfenstern als Luftkollektoren mit integrierter Zu- und Abluft, einem Kachelofen, der PV-Anlage mit 24 Volt Gabelstaplerbatterie, einem Trapezwechselrichter (PV betrieben), der thermischen Solaranlage, einem KWK Kraft-Wärme-Kopplungsaggregat für Segelboote (Bedarf 80er Jahre 2000 kWh/a)
Veränderung über die Jahre
Folgende Technik wurde im Lauf der Jahre durch leistungsstärkere Modelle ersetzt:
Der Trapezwechselrichters wurde durch einen Sinuswechselrichter mit hohem Wirkungsgrad ersetzt
Die erste Gabelstaplerbatterie 600Ah/24V wurde inzwischen ersetzt, die zweite Batterie hat eine voraussichtliche restliche Lebensdauer bis 2025 (17 Jahre gesamt).
Das Dieselaggregat wurde im Jahr 2000 ausgetauscht und hat bei aktuellem Gebrauch eine Restlebensdauer von 20-30 Jahren. Anfallende Arbeiten sind der jährlicher Ölwechsel, sowie alle 5 Jahre ein Filterwechsel.
Fortschreibung 2019:
Stromüberschuss für E-Roller und Zusatzgeräte
2019 wurde die PV-Anlage am Giebel mit 3,1kWp erweitert und die thermische Solaranlage stillgelegt. Gleichzeitig wurde die Batteriespeicherkapazität von 15kWh auf 45kWh erhöht.
Damit diese Energie sinnvoll nutzen kann, wurden die Wechselrichter, die den Gleichstrom der Solarzellen und Batterien in 230V-Wechselstrom umwandeln,
in der Leistung erhöht, von 4 auf 8 KW. Der Stromüberschuss wird zudem sinnvoll für weitere Aufgaben genutzt:
1. Elektrisches Induktions-Kochen, Backen, etc.
2. Elektrische Rasenmäher, Heckenschere, etc.
3. Anschaffung eines Elektrorollers mit 75 km
Reichweite, um Autokilometer zu reduzieren.
Verbrauch ca. 4 kWh/100 km. Damit konnten in der
zweiten Jahreshälfte 2019 etwa 1.500
Autokilometer vermieden werden.
Der Stromverbrauch hat sich durch die Zusatzaufgaben von 2.326 auf 4.412 kWh/a erhöht.
Der solare Deckungsgrad ist durch die erweiterte Solarleistung trotzdem von 82 auf 96,7% gestiegen, sodass die Kraft-Wärme-Koppelungsanlage (KWK) in der Laufzeit deutlich auf 20 % reduziert wurde. Damit haben wir unser Ziel für 2019 erreicht.
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Die senkrecht in die Fassade integrierte Solaranlage liegt immer frei und hat im Winter einen rund doppelten Ertrag im Vergleich zu leicht geneigten Anlagen.
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| | In der Tabelle sieht man die Verbrauchsdaten seit 2010 im Vergleich. Markant:
Gerade in der Zeit mit den kürzesten Wintertagen, von Weihnachten 2019 bis Februar 2020 ist die Stromversorgung ohne KWK nur solar erfolgt.
Wir sind auf das erste vollständige Jahr mit der
erweiterten Solaranlage gespannt. Denn damít zeigen wir im kleinen auf, was es bedeutet, regenerative Solarenergie für die Stromversorgung einzusetzen.
Für eine sichere bundesweite Stromversorgung benötigt es große Stromspeicher für die Solar-und Windenergie und Kraftwerke, die fast den gesamten Leistungsbedarf für die Stromversorgung im Notfall bereitstellen können. Das hat Konsequenzen auf den Strompreis. Hier wäre es sinnvoll, den Strompreis flexibel an die Stromerstellungskosten anzupassen. Der Nutzer kann somit entscheiden.
Aktuell gilt für Deutschland, es fehlen die Speicher. Deshalb müssen die Kraftwerke mit Erdgas/Biogas sehr schnell regelbar sein, aber das geht auf Kosten der Effizienz. Wird aus Gründen der Effizienz die Regelbarkeit der Kraftwerke eingeschränkt, gibt es
zur Zeit die Wasserkraft als Regelenergie. Es klingt paradox: regenerative Wasserkraft wird gedrosselt, weil Wind- und Solarenergie Vorrang haben. In der Gesamtbetrachtung ist es trotzdem wahrscheinlich die beste Lösung für den bestehenden Kraftwerkspark.
Es wird nicht einfach für die deutsche Stromversorgung, ich hoffe wir haben viele wohlwollende europäische Partner. Dass unser regenerativer Strom nicht gut ankommt, ist an der Entwicklung der Strompreise für Import und Export ablesbar. Der Unterschied wird zu Ungunsten von Deutschland immer größer, es bleibt spannend.
2024: Kraft-Wärmekopplung nicht benötigt
Das Büro-Wohnhaus hat 2024 das erste Jahr die Kraft-Wärmekoppelung nicht benötigt, obwohl die Dunkelflaute im Herbst und Winter ein großes Thema war. Die PV-Anlage hat eine Größe von ca. 9 kWp und der Batteriespeicher der Blei-Säure-Batterie hat eine Kapazität von 56 kWh. Der Strombedarf liegt bei ca. 4.500 kWh/a für Büro und Wohnung. Die Heizung erfolgt mit Stückholz, gekocht und gekühlt wird mit Strom.
Die weitere Reduktion beim Stückholz soll mit Klimaanlagen (Kühlen und Heizen) erfolgen. Für das Büro ist das im Dachgeschoss schon realisiert, so dass die Heizung hier schon mit Überschuss beim Solarstrom erfolgt. Im Sommer erfolgt die Klimatisierung des Büros zu 100 % mit Solarenergie.
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Tabelle: Verbrauchsdaten seit 2010 im Vergleich.
(Bild und Grafik: Delzer)
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| | Vertiefung dieses Online-Berichtes
unter www.ed-pro.de/artikel.php?id=8873
im Teil 2 "LowTec für Wohn-Bürohaus":
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