Photovoltaik und Wärmepumpe: Jahresbilanz

Nach einigen ausgewählten Tageskurven folgt hier die Jahresübersicht: Das war des erste Solarstromjahr der Siedler. Von Juni 2015 bis Mai 2016 …

  • … hatte die Siedlerhütte 6.600 kWh Strom verbraucht.
  • Davon verbrauchte die Wärmepumpe ca. 3.600 kWh
  • … um daraus 16.800 kWh Heizenergie zu erzeugen (inkl. Warmwasserbereitung) – in einer milden Heizsaison.
  • Damit bleiben 3.000kWh sonstiger Stromverbrauch für Haushalt, Büro, Steuerung und Hilfspumpen.

Die Photovoltaikanlage ….

  • hatte insgesamt 5.600 kWh ‚erzeugt‘ – kein schlechter Wert für eine 4,8kW-Anlage mit SO- und SW-orientierten Modulen.
  • Davon wurden 2.000 kWh direkt verbraucht und der Rest eingespeist.
  • Pro Tag wurden maximal 33,24kWh erzeugt (am 22.05.2016)

Die Monatsbilanzen zeigen den krassen Unterschied zwischen Sommer und Winter: Im Sommer kann der Bedarf der Wärmepumpe leicht durch die PV-Ernte abgedeckt werden, aber im Winter wird nur ein Bruchteil der täglich benötigten Heizenergie überhaupt erzeugt.

In den folgenden Diagrammen wird…

  • die monatliche PV-Erzeugung dargestellt als Summe aus der sofort im Haus verbrauchten PV-Energie und der ins Netz eingespeisten Energie.
  • Der monatliche Stromverbrauch ist die Summe von direkt verbrauchter PV-Energie und aus dem Netz bezogener Energie und
  • … und wird zum Vergleich dargestellt als Summe des Energieverbrauchs der Wärmepumpe und aller anderen Geräte.

Monatliche Energiebilanzen zur Photovoltaik-Anlage: Direktverbrauch, Einspeisung, Netzbezug,

Monatliche Energiebilanzen: Stromverbrauch des Kompressors der Wärmepumpe und aller anderen Geräte im Haushalt

Im Juni werden nur 300kWh benötigt – davon werden 200kWh direkt von der PV-Anlage geliefert (die insgesamt über 700kWh produziert). Im Januar dagegen werden 1100kWh benötigt und die PV-Anlage produziert nicht einmal 200kWh – da würde auch keine Batterie helfen.

In Januar sieht die Bilanz auch für jeden einzelnen Tag eher jämmerlich aus:

Tagesbilanzen PV-Energie Januar 2016: Direktverbrauch, Netzeinspeisung

Tagesbilanzen Januar 2016: Gesamter Stromverbrauch, Kompressor Wärmepumpe

Oft werden nur einige kWh geerntet, aber die Wärmepumpe benötigt fast immer mehr als 25kWh. Wenn die Siedlerhütte heute in Niedrigenergiebauweise neu gebaut würde, würde sich der Heizenergiebedarf bestenfalls halbieren – aber selbst dann würde die PV-Energie bei Weitem nicht ausreichen.

Im gesamten Jahr wurden 30% des Stromverbrauchs direkt von der PV-Anlage gedeckt (Autarkiequote = PV-Direktverbrauch / Stromverbrauch) und 35% der PV-Produktion wurden sofort genutzt (Eigenverbrauchsquote = PV-Direktverbrauch / PV-Erzeugung):

Kennzahlen zur Photovoltaik-Anlage: Eigenverbrauchsquote und Autarkiequote

Diese Quoten sind jetzt nicht wesentlich höher als typische Kennwerte, wie sie für Häuser ohne Wärmepumpenheizung angegeben werden. Trotzdem bewerten die Siedler diese Zahlen positiv aus wirtschaftlicher Sicht:

‚Rendite‘: Insgesamt haben die Siedler € 575 gewonnen – durch Netzeinspeisung um ca. € 0,06 / kWh und zu einem größeren Teil durch Eigenverbrauch von Strom, der sonst € 0,18 / kWh kosten würde. Bei typischen Anlagenkosten von € 2.000 pro kW-Peak ist das eine Rendite von fast 6% – nicht schlecht in Zeiten von Diskussionen über Negativzinsen.

Vergleich mit den Heizkosten: Die Wärmepumpen-Stromkosten (€ 0,18 / kWh) haben in diesem Jahr ca. € 650 betragen. Damit konnten die Heizkosten fast mit dem PV-Gewinn abgedeckt werden und die Siedler waren zu 88% ‚finanziell heizenergieautark‘.

‚Regionalpolitiker-Pseudoautarkie‘: Wie die regionalen Fürsten könnten sich auch die Siedler damit brüsten, dass ihre persönliche Region übers Jahr gerechnet fast autark ist: 85% der verbrauchten elektrischen Energie wurden von der PV-Anlage geliefert – wenn auch nicht unbedingt immer zum richtigen Zeitpunkt.

Würde sich eine Batterie rechnen? Auf der Basis typischer Lastprofile und Kennwerte könnte die Autarkiequote von 30% auf 55% gesteigert werden (für eine ausführlichere Rechnung und Verweise siehe diesen elkementaren Artikel). Damit könnten weitere ca. 2.000kWh selbst verbraucht werden und der Profit würde entsprechend der Differenz von Stromkosten (€ 0,18) und Gewinn beim Einspeisen (€ 0,06) steigen – um € 240 pro Jahr. Wenn eine Batterie also 20 Jahre leben würde, dürfte sie nicht mehr als ca. € 5.000 kosten, damit sie sich während ihrer Lebensdauer rechnet.

Wärmepumpe und Photovoltaik: Neues aus der Zählwerkstatt

In Diskursen mit anderen Siedlern kommt immer wieder die Frage auf, ob man mit einer Photovoltaikanlage im Winter (in sinnvollem Ausmaß) Strom für die Wärmepumpe bereitstellen kann. Wir befragen daher wieder die Datenkrake!

Seit der ersten Optimierung des täglichen Warmwasserprogrammes hinsichtlich Photovoltaikstrom sind nun einige Monate vergangen: Das tägliche Maximum hat sich im Winter in den Vormittag verschoben (Winterzeit!) und wurde natürlich geringer. Allerdings liegt die PV-Leistung auch um die Wintersonnenwende bei Sonnenschein immer noch über der 2kW-Grenze:

PV-Leistung über Tageszeit, Dezember versus Mai

AC-Output-Leistung des PV-Generators(10 Module SO, 8 Module SW)  am Rekordtag mit der höchsten bisher gemessenen Tagesausbeute (32,9kWh) – im Vergleich zu dem ’schönsten‘ Tag in der Nähe des 21. Dezember. 2kW ist die Leistung, die die Wärmepumpe für die Warmwasserbereitung benötigt. Die Dezemberdaten sind nach der Umstellung auf Winterzeit um eine Stunde ‚verschoben‘.

Für die Raumheizung können damit im Winter theoretisch noch die Zeiten unmittelbar vor und nach der mittäglichen ‚Warmwasser-Stunde‘ genutzt werden – wenn das Zentralgestirn sich denn auch zeigen würde!

In den folgenden Grafiken wird die tägliche und monatliche ‚Bilanz der elektrischen Energie‘ auf drei Arten dargestellt:

  1. Der Stromverbrauch der Siedlerhütte als Summe von direkt verbrauchtem PV-Strom und dem vom Netz bezogenen.
  2. Der erzeugte PV-Strom als Summe des direkt verbrauchten und des ins Netz eingespeisten Stroms.
  3. Der interne Stromverbrauch – also die Summe in (1) – aber dieses Mal als Summe der Energie für den Kompressor der Wärmepumpe und dem restlichen Haushaltsstrom inkl. Energie für Steuerung und Hilfspumpen.

Zum ersten Mal werden damit die Daten aus dem UVR1611-CMI-Logging, dem PV-Wechselrichter (Fronius Symo) und dem Smart Meter EM210 für den Eigenverbrauch friedlich vereint präsentiert.

Monatlicher Überblick, seit Start des Betriebes am 6. Mai 2015:

PV: Verbrauch, Erzeugung und Netzbezug im jahr 2015, seit Inbetriebnahme Stromverbrauch: Haushaltsstrom und Kompressor der Wärmepumpe, Mai-Dez 2015

Mit Beginn der Heizsaison steigt ’schlagartig‘ der Eigenverbrauchsanteil (Direktverbrauch / Erzeugung), dafür fällt die Autarkiequote (Direkverbrauch / gesamter Verbrauch).

PV: Autarkiequote versus Eigenverbrauchsquote, Mai-Dez 2015

Sommer

Die Tagesbilanzen im Juli zeigen, dass es relativ einfach ist, im Sommer den Strombedarf der Wärmepumpe (für die Warmwasserbereitung) abzudecken. Der ist nämlich deutlich geringer als die sonstige Grundlast des Hauses.

PV: Verbrauch, Erzeugung und Netzbezug im Januar 2016

Stromverbrauch: Haushaltsstrom und Kompressor der Wärmepumpe, Juli 2015

Winter

Im Dezember ist der tägliche Verbrauch dagegen deutlich höher als die gesamte tägliche Erzeugung, wofür die unersättliche Wärmepumpe verantwortlich ist. Der sonstige Strom ist im Winter ebenfalls leicht erhöht – durch mehr Licht und die Heizkreispumpen – was aber im Vergleich zum Kompressorstrom wenig ins Gewicht fällt.

Die Siedlerhütte hat einen Energiejahresbedarf inklusive Warmwasser von ca. 20.000kWh; der tägliche Heizenergiebedarf an einem sehr kalten Tag sind ca. 130kWh – das bedeutet ca. 33kWh WP-Strom bei einer Arbeitszahl von 4. Im milden Dezember 2015 wurden meist nicht einmal 25kWh inklusive Warmwasser benötigt:

PV: Verbrauch, Erzeugung und Netzbezug im Dezember 2015

Stromverbrauch: Haushaltsstrom und Kompressor der Wärmepumpe, Dezember 2015

Im Januar dagegen zeigt dann ein eher grimmiger Pannonischer Winter sein unfreundliches Gesicht: In den ersten Tagen waren die mittleren Außentemperaturen deutlich unter Null. Leider konnten die Siedler aber mangels Sonnenschein auch die bei Kälte höhere Effizienz ihres PV-Generators nicht ausnutzen – damit blieb der Solarertrag jämmerlich:

PV: Verbrauch, Erzeugung und Netzbezug im Januar 2016 Stromverbrauch: Haushaltsstrom und Kompressor der Wärmepumpe, Januar2015

Zusammenfassung

Man erkennt aus den Tagesbilanzen, dass im Sommer wie im Winter maximal ca. 10kWh PV-Strom pro Tag direkt verbraucht werden können (z.B. 5.7. im Vergleich zu 31.12.). Der wesentlich höhere Verbrauch an Heizstrom im Winter kann den maximalen Direktverbrauch damit nicht wesentlich erhöhen.

Die typische ‚Büro-Tagesgrundlast‘ in der Siedlerhütte sind ca. 500W. An einem langen (sonnigen) Sommertag können bis zu 6 kWh PV-Strom durch die Tagesdauerverbraucher genutzt werden. Die Wärmepumpe benötigt während der Mittagszeit weitere 1-2kWh (‚Warmwasser-Peak‘). Weitere Lastspitzen diverser Elektrogeräte wie Wasserkocher und Herd ergänzen die Gesamtsumme zu ca. 10kWh.

An einem kurzen (sonnigen) Wintertag kann der Bürobetrieb nur 3-4kWh verbrauchen. Zu Mittag kann die maximale PV-Leistung die Grundlast und den daraufgesetzten ‚Warmwasser-Peak‘ der Wärmepumpe gerade abdecken. Die Wärmepumpe liefert nun weitere Lastspitzen über den Tag verteilt – nur können diese nur teilweise durch PV Strom abgedeckt werden, genauso wie der Bedarf von Herd, Wasserkocher & Co.

Die detaillierte Datenauswertung zeigt anschaulich, was die Siedler intuitiv schon vermutet hatten:

  1. Bei guten Bedingungen lag an 7 sonnigen Tagen im Dezember 2015 die PV-Ernte zwischen 10 und maximal 13,5 kWh pro Tag. Der Tagesdurchschnitt kam in diesem Monat über bescheidene 5,3 kWh nicht hinaus.
  2. Bei einem täglichen Energiebedarf der Siedlerhütte von bis zu 45 kWh (ca. 10kWh Grundlast und 35kWh für die Wärmepumpe) werden zwar fast 80% des produzierten PV-Stromes direkt selbst verbraucht, angesichts der Grundlast ist der Beitrag für die Wärmepumpe dabei aber eher gering.
  3. Trotz Wärmepumpe können 20% der PV-Ernte nicht direkt genutzt werden. Das entspricht im Dezember 2015 ca. 35 kWh, also etwa dem Wärmepumpenstrombedarf von 1 Tag.
  4. Wenn man annimmt, dass der im Dezember 2015 direkt verbrauchte PV-Strom ausschließlich für die Wärmepumpe verwendet worden wäre, hätte man damit ca. 21% des Bedarfes decken können.

Siedler-Sonnenenergie: Zwischenstand

Einige Monate sind ins Land gegangen, seitdem die Siedler ihr Solarkraftwerk in Betrieb genommen hatten, ihre Zählerlandschaft erweitert und die Messdaten in ihre persönlichen Datenkrake integriert.

Wie sehen ‚die Zahlen‘ aus?

Besondere Tage und Effekte

Der Mai begann vielversprechend: Der absolute tägliche High Score seit der Inbetriebnahme wurde bereits am 11. Mai erzielt. Dagegen war die geringste gemessene Ausbeute an einem verregneten Septembertag eher jämmerlich:

PV: Tage mit max. und min. Ausbeute, Mai-Sept 2015

Der beste Tag: 11.Mai mit einer Ausbeute von fast 33 kWh. Der schlechteste Tag: 25.September bis nicht einmal 1 kWh. AC = Wechselspannung, Output-Leistung. DC = Gleichspannungs-Leistung der beiden Strings – 10 Module Richtung SO, 8 Module Richtung SW, 4,77 kWp insgesamt.

Die höchsten Leistungsspitzen wurden an sonnigen, aber nicht zu heißen, Tagen mit durchziehenden Quellwolken beobachtet – im Datenlogging (Intervall 5 Minuten) finden sich an drei Tagen einige wenige Spitzen mit 4,3 kW:

PV: AC-Leistung 2015-06-21

Typische Leistungsspitzen nahe an der Nennleistung des Wechselrichters (4,5 kW), abwechselnd mit Einbrüchen beim Durchzug von Wolken (Datenlogging Fronius Symo).

Noch weitere Details – und das ‚dramatische Ausmaß‘ dieser Spitzen – wird deutlich, wenn das Logging-Intervall auf 1-2 Sekunden erniedrigt wird:

PV: Leistung, Logging-Intervall 1-2 Sekunden

Leistung beim Durchzug von Wolken. Die Daten wurden einige Stunden lang mit einem Script direkt von der Website des Wechselrichters abgegriffen.

Die besonders hohe Leistung nach dem Durchzug von Wolken wird durch zwei Effekte verursacht:

  • Die ‚Fokussierung‘ von Strahlung (Reflexion oder Brechung) am Rand der Wolken – damit gelangt auf das ‚Loch‘ zwischen den Wolken mehr Strahlung (Details dazu siehe z.B. hier)
  • die zwischenzeitliche Abkühlung der Module, die zu einer Erhöhung des Wirkungsgrades führt.

Ohne Temperatursensor in der Nähe der Module lässt sich nicht sagen, welcher Effekt überwiegt. Generell können die Siedler aber den negativen Effekt sehr hoher Temperaturen qualitativ nachweisen:

Als Referenzwert dient die gemessene Tagessumme der Globalstrahlung auf eine senkrechte nach SO ausgerichtete Fläche. Wir suchen zwei fast perfekte Tage mit gleicher gemessener Referenzstrahlung, mit wenigen Tagen dazwischen (daher geringem Unterschied im Sonnenstand) und sehr unterschiedlichen Temperaturen. Am Tag mit der höheren Lufttemperatur ist die Energieausbeute deutlich geringer:

PV: Vergleich von PV-Ausbeute, Globalstrahlung und Lufttemperaturen.

Vergleich der täglichen PV-Energie-Ernte mit der Globalstrahlung pro m2 auf eine senkrechte nach SO ausgerichtete Fläche und der mittleren und maximalen Lufttemperatur. Mit grün gepunkteten Linien markiert: 1.August und 12.August mit gleichen Globalstrahlungswerten, aber sehr unterschiedlichen Temperaturen und PV-Ernten.

Am 1. August war der Ertrag trotz einigen Wölkchen höher als am 12. August, dem Rekordhitzetag dieses pannonischen Sommers:

PV: Vergleich heißer und kühlerer Tag im August.

An diesen beiden Tage wurde am Kollektor die gleiche Globalstrahlungssumme gemessen. Die Unterschiede in der PV-Leistung können in erster Linie durch die sehr unterschiedlichen Lufttemperaturen erklärt werden. (Logging Symo-Wechselrichter, kombiniert mit Daten UVR1611 / CMI).

Statistik

Zur Beurteilung wie gut die Anlage zum Eigenverbrauch ‚passt‘ kann man den direkt in der Siedlerhütte verbrauchten PV-Strom entweder mit dem eigenen Gesamtverbrauch vergleichen oder der gesamten täglichen PV-Ausbeute:

PV: Direktverbrauch, Netzbezug, Netzeinspeisung monatlich.

Monatsübersichten. Der Mai ist nicht vollständig, da die Anlage mit Zähler erst am 5.5. in Betrieb genommen wurde. Eigenverbrauchsdaten wurden bis Mitte Juni täglich manuell vom ’smarten‘ Zähler des Netzbetreibers abgelesen (Siemens AMIS TD-3511 und ab dann aus dem Logging des eigenen, zusätzlichen (wirklich) smarten Zählers ermittelt (B-Control EM210, Intervall 15 Minuten).

In der Sprache der PV-Kennzahlen: Die Siedler konnten Juni-August 60% ihres Bedarfs ‚direkt von der Sonne‘ decken (Autarkiequote) bei einer Eigenverbrauchsquote von ca. 25%; im September sinkt die Autarkiequote und steigt der Eigenverbrauch:

PV: Autarkiequote vs. Eigenverbrauchsquote

Autarkiequote: PV-Direktbezug zu Siedlerhüttenverbrauch. Eigenverbrauchsquote: PV-Direktbezug zu PV-Ernte.

Dieses Bild wird sich in der Heizsaison schlagartig ändern. Am ‚jämmerlichsten‘ Tag, dem 25. Sept., konnte z.B. eine Eigenverbrauchsquote von 100% erreicht werden, da die Solarausbeute gering war und sich der Herzschlag von LEO_2 an diesem Tag mit dem ersten Heiz-Lebenszeichen bemerkbar gemacht hatte:

PV: September 2015, tägliche Energiebilanz

Wie man aus dieser Darstellung erahnen kann, bieten die Energieverbrauchsdaten auch einen Fingerabdruck des nicht allzu aufsehenerregenden Lebens der Siedler. ‚Aus Sicherheitsgründen‘ werden diese Messdaten daher immer erst nachträglich veröffentlicht. (Na ja, im Voraus wäre es ohne Zeitmaschine ohnehin nicht möglich…)

Im Juli beispielsweise konnten die Siedler während einer dreitägigen Forschungsreise ihrem minimalen täglichen Stromverbrauch ermitteln:

PV: Juli 2015, tägliche Energiebilanz

Die Siedlerhütte hatte tatsächlich täglich 4 kWh benötigt, um sich mit sich selbst zu beschäftigen. Die genaue Analyse und Reduktion dieser Grundlast ist Thema eines neuen Forschungsprojektes und zukünftiger Geschichten.

Sonne und Wölkchen (5)

Nachdem sich die Gerüchte schon in Windeseile verbreitet hatten, können die Siedler die Neuigkeiten jetzt nicht mehr zurückhalten: Ihre Sonnenstromanlage wurde über ein Smartmeter, das aber nicht als solches betrieben wird, an das Stromnetz angebunden.

Die Siedler hatten nun lange überlegt, wie der sichere Betrieb ihrer besonders sicheren Anlage am besten zu gewährleisten ist. Gute Piktogramme zu erstellen ist ja bekanntlich eine Kunst.

Die Siedler starteten hierzu eine Feldstudie. Wie sollte der Raum der Energietransformation gekennzeichnet werden?

Durch den klassischen Blitz – aufgeppt in hippem Öko-Grün?

Schild - Blitz

Aber man sollte doch nicht zu sehr tiefstapeln, oder?

Schild - Elektrischer Betriebsraum

Oder sollte man zu Verschleierungsmethoden greifen, um eventuelle Wechselrichter- und Feuerwehrschalter-Diebe mit nicht 100% korrekten Informationen abzuschrecken – oder zumindest zu verwirren?

Schild - Triebwerksraum

Schild Rattenköder

Schild AnschlusskellerLetztendlich gewann doch das Bedürfnis der Siedler, wie immer Informationen wissenschaftlich-technsich korrekt auf den Punkt zu bringen.

Ausgangspunkt ist der Zählerkasten:

Schild - Zählerkasten

(Hinweis für Leser aus DE / CH: Kammerl = Kämmerchen, kleiner Raum.) Was noch fehlt ist der Hinweis auf die Zielgruppe der Pannonischen Einsatzkräfte, evtl. mit Übersetzung.

Hinter dieser geschmackvollen Holztüre mit Retro-Klinke befindet sich nun endlich die Sicherheitstechnik!

Schild - Wechselrichter-Kammerl

Damit gliedert sich das High-Tech-Equipment harmonisch in die Siedlerhütte ein – trotz der sehr speziellen Anbringung des Innenteiles an der Decke des Siedler-Büros konnte man den Feuerwehrschalter leicht vergessen:

Im Zuge der feierlichen Montage des Zählers musste die Stromversorgung der Siedlerhütte natürlich kurz gekappt werden. Dann kam endlich der ersehnte Moment, in dem der DC-Leistungsschalter des Wechselrichters umgelegt wurde. Aber es passierte… nichts! Tumultartige Panik brach aus, Notebooks und Manuals wurden hervorgekramt und das Wölkchen befragt (die Cloud). Der Chefingenieur allerdings grinste nur schadenfroh, als er in Zen-Meister-mäßiger Ruhe eine Leiter holte:

Hobts es leicht den Feuerwehrschalter ausglöst beim Trennen vom Netz?

(Deutsch: Habt ihr etwa den Feuerwehrschalter ausgelöst…?)

Für diese geistesgegenwärtige Reaktion wurde er daraufhin zum Feuerwehrschalter-Beauftragten ernannt und darf in Zukunft bei jedem Stromausfall den Schalter betäigen!

Ansonsten können sich die Siedler eine Woche nach Inbetriebnahme über folgende fast perfekte Sonnenverfolgungskurve freuen:

PV-Leistung am 2015-05-11

Der kleine Einbruch um 10:00 könnte durch ein Wölkchen oder einen Vogelschwarm ausgelöst worden sein. (Für Letzteres sprechen gewisse Spuren, die glücklicherweise nicht regensicher sind. Diesem Kollektor wird doch nicht dasselbe Schicksal drohen wie dem solarthermischen?)

Pro Tag wurden in der Siedlerhütte seit 5. Mai ca. 11kWh verbraucht; davon kamen  6kWh von der PV-Anlage. Erzeugt wurden im Schnitt 23kWh / Tag – ergibt derzeit eine Autarkiequote von 55% und eine Eigenverbrauchsquote von 27%.

Sonne und Wölkchen (3)

Die Siedler hatten dem Naturschauspiel erwartungsvoll entgegen geblickt. Erleichtert hatten Sie einer Postille des Pannonischen Netzbetreibers entnehmen können, dass sich jener „umfassend auf die Sonnenfinsternis am 20. März vorbereitet hatte und gut gerüstet war“. Es bestand

„…. keine unmittelbare Bedrohung für die Versorgungssicherheit in Österreich…“

Was lag also näher, als wie angekündigt selbst am nächsten Anschlag auf die Netzstabilität mitzuarbeiten?

Geheimnisvolle dunkle Energieschildee (?). Zeitpunkt: Vor Sonnenaufgang am Tag der Sonnenfinsternis.

Geheimnisvolle dunkle Energieschilde (?). Zeitpunkt: Vor Sonnenaufgang am Tag der Sonnenfinsternis.

Gerade am Tag der Sonnenfinsternis sollten die Photovoltaik-Paneele montiert werden. Aber bereits zum Beginn der Arbeiten wurden die Siedler vor eine unerwartete Herausforderung gestellt. Die Architektur der Siedlerhütte mit ihrem ortsunüblichen Kommandodeck (Obergeschoß mit hohem Mansardendach) sowie die geringfüg zu kurz geratene Aufstiegshilfe erforderten Improvisationstalent:

PV Installation Range Extender

Um die Patentierung des Biomasse-basierten, modularen ‚PV Installation Range Extender‘ nicht zu gefährden, können wir nicht alle Details preisgeben.

Bestens vorbereitet durch das mehrfache Studium aller Filme der Bourne-Serie wussten die Siedler von Geheimprogrammen zur genetischen Manipulation und heuerten einen Spezialtrupp an. Nur die Spiderman-artigen bionischen (Hand-)Schuhe machten die Montage auf dem schmalen Dach der Siedler möglich.

Vor Sonnenuntergang

Arbeiten am südwestseitigen Dach – kurz vor Sonnenuntergang.

Da das Foto-Equipment der Siedler technologisch weniger ausgereift war als die Kamera-Augen-Implantate der Spezialagenten, konnte der Abschluss der Montagearbeiten bei völliger Dunkelheit leider nicht dokumentiert werden. Wie dieses Foto zeigt, ist es außerdem gar nicht einfach, die neuen Energieschilde aus der Perspektive des unvoreingenommen Passanten auszumachen.

Einzig vom Chefsessel des Chefingenieurs aus können die neuen Module in Zukunft bei der Stromernte bewundert werden:

PV-Module, südostseitige Dachfläche

PV-Module auf der südost-seitigen Dachfläche. In dezentem schwarz, passend zur Farbe des Kollektors, ganz rechts im Hintergrund sichtbar.

Die Siedler freuen sich, die Energie der Sonne nun in Zukunft auf drei Arten ernten zu können. Die eigenwillige Dachform hatte sich letzendlich als überaus vorteilhaft herausgestellt!

  • Die effektivsten Solarkollektoren mit steilem Anstellwinkel sind optimal für die direkte Strahlungsernte bei tiefstehender Wintersonne.
  • Die Photovoltaik-Module auf der oberen Dachfläche mit einem optimalen  Neigungswinkel von 30° ernten die elektrische Energie für die Wärmepumpe.
  • Der Kollektor nimmt neben der Sonnenstrahlung auch bei niedrigen Temperaturen und in der Nacht Energie durch Konvektion aus der Luft aus und erntet damit die Umweltenergie für die Wärmepumpe.

Fortsetzung folgt…

Sonne und Wölkchen (2)

Es wird Frühling, zumindest hier in Pannonien.

Vom Eise befreit sind Strom und Bäche...

Vom Eise befreit sind Strom und Bäche…

Üblicherweise ist das die Jahreszeit, in der die Anschaffung kostenintensiverer technischer Spielzeuge getätigt wird. Also wird es Zeit für die Siedler, beim Management des Projektes mit dem Codenamen ‚Sonne und Wölkchen‚ einen Zahn zuzulegen.

Der kurze Winter hatte genug Zeit geboten, sich nochmals mit den Anforderungen an die geplante Photovoltaikanlage auseinanderzusetzen, mit tatsächlich schon verfügbaren Produkten und solchen, die immer für [heute+x] Monate in der Zukunft angekündigt werden. Motiviert durch die Fragen Amerikanischer Siedlerfreunde, musste sich das Elkement den nüchternen Zahlen stellen und eine Risikoanalyse durchführen.

Fürchten wir uns vor den Smart-Grid-Hackern oder vor einem Stromausfall, der statistisch gesehen nicht einmal Stunde pro Jahr dauert? Rechtfertigt das diese Anforderung?

“ … Die Ernüchterung darüber, dass man zwar einen Solarstrom-Generator besitzt, aber bei Netzausfall dann trotzdem keine elektrische Energie zur Verfügung hat, soll den Siedlern erspart bleiben … „

Dank Bullerjan sagen die Siedler dazu heute, ‚eher nicht‘, vor allem unter diesem Gesichtspunkt:

“ … Der Chefingenieur würde sich freuen, wenn man dafür keinen Schaltschrank braucht, der Scotty‘s Maschinenraum in den Schatten stellt … „

Denn die genaue, noch nicht standardisierte Ausführung der Notstromversorgung drohte zur ‚Gasfabrik‘ zu werden und konnte vorab nicht auf dem obesessiv-detaillierten Planungsniveau der Siedler geklärt werden.

Bundesarchiv Bild 183-R67359, Mineralölwerk Lützkendorf, Raffinerie

Als ‚Gasfabrik‘ bezeichnen die Siedler überkomplizierte und schwer durchschaubare Konstruktionen …

 Zusätzlich wollten die Siedler ja:

„… Die verwinkelte Dachlandschaft der Siedlerhütte soll möglichst optimal zur Energiegewinnung genutzt werden …“

Das bedeutet die Installation zweier Strings von PV-Modulen, je einem pro unterschiedlich ausgerichteter Dachfläche. Der geplante PV-Wechselrichter mit Batteriesteuerung und Notstromoption hätte jedoch nur über einen MPP-Eingang verfügt. Damit wären folgende technische Kompromisse nötig:

  1. Gleiche Modulanzahl in beiden Strings und damit unästhetischeres Verlegeschema auf mindestens einer der beiden Dachflächen. Das schmerzt natürlich, wenn man ein Gesamtkunstwerk schaffen will und extra zum LEO_2-Kollektor passende schwarze Module wählt.
  2. Pro Dachfläche / String ist die Modulanzahl vergleichsweise gering und damit auch die MPP-Spannung (Maximum Power Point), die Spannung zumoptimalenBetriebspunkt. Der dazu passende Wechselrichter scheint noch nicht geboren zu sein:
    • Passt die Output-Leistung des Wechselrichters, liegen leider die MPP-Spannungen der Dächer außerhalb des nutzbaren Bereiches des MPP-Trackers.
    • Passt bei einem ‚kleineren‘ Wechselrichter die MPP-Spannung, müsste man auf die Spitzen der Output-Leistung verzichten.
  3. Bullerjan’s Rauchfang kann in den Morgenstunden für eine leichte Verschattung auf den Modulen eines Strings sorgen, was beim Betrieb von zwei Strings an einem MPP-Eingang nicht empfohlen wird.

Und da die Siedler ja partout lokalen Zugriff auf ihre Logging-Daten haben wollen, reduziert sich die Auswahl möglicher Wechselrichter sehr schnell auf eine sehr überschaubare Anzahl.

Und das alles, um den Forscher- und Basteldrang zu stillen und mit einer Batterie spielen zu können? Und zu hoffen, dass endlich einmal das Netz ausfällt ‚zum Testen‘? Und vor allem: Mit einer mindestens doppelt so teuren Lösung und 100kg zukünftigem Sondermüll im Haus?

Aber nach einigem Tüfteln haben die Siedler – wie in ihren Wärmepumpenprojekten – einen Stufenplan:

  • Erst einmal mit der Basislösung den Eigenverbrauch beobachten und optimieren
  • Platz für eine spätere ‚Speicherlösung‘ vorsehen. Natürlich hoffen wir, dass durch den Markteintritt hochinnovativer Firmen die Batterien billiger werden – und kleiner.
  • Standardisierung der Notstromlösung und der damit verbundenen Netztrennschalter abwarten.
  • Da Wechselrichter bekanntermaßen ja eine beschränkte Lebensdauer haben, könnte vielleicht mit dem Tausch desselben in einigen Jahren das ursprüngliche Konzept der Siedler Wirklichkeit werden…
Sonnenaufgang

Willkommen Morgensonne, bald werden wir Deine Energie ernten!

Fortsetzung folgt…