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Blockheizkraftwerk und Solarenergie

Bei dieser Kombination denken viele Hausbesitzer: „Unsinn“. Ein Blockheizkraftwerk liefert schließlich Wärme und Strom. Da erscheint es naturgemäß überflüssig auch das Dach für die Energieversorgung des Hauses mit einzubeziehen. Auf der anderen Seite, gibt es keinen einzigen Brennstoff der eine so gute Umweltbilanz aufweist wie Solarenergie. Also lohnt es sich auch bei einem BHKW Sonnenenergie mit einzubeziehen.

Grundsätzliche zu BHKWs

Es handelt sich um eine Anlage die gleichzeitig elektrische Energie und Wärme gewinnt. Kern des Heizkraftwerks ist ein Verbrennungsmotor, der einen Turbine antreibt, die Strom erzeugt. Wie in jedem Verbrennungsmotor entsteht bei diesem Prozess Wärme. Diese wird nicht durch herkömmliche Kühlung abgeführt, sondern für verschiedene Zwecke genutzt. In der Industrie stellt das BHKW häufig Prozesswärme zur Verfügung. In privaten Haushalten wird die Abwärme zum Heizen oder zum erwärmen von Wasser genutzt.

Wenn der Betrieb des Kraftwerks sich am Wärmebedarf orientiert, handelt es sich um ein wärmegeführtes BHKW. Es ist stromgeführt, wenn der Betrieb sich am Strombedarf orientiert. Eine Mischung aus diesen System ist die stromorientiete Führung. Hier ist der Wärmebedarf ausschlaggebend für den Betrieb. Gleichzeitig wird versucht auch den Strombedarf zu berücksichtigen. Ein netzgeführter Betrieb liegt vor, wenn die Steuerung mehrerer Kraftwerke zusammen erfolgt und dabei der Strombedarf des Netzes berücksichtigt wird.

Grundsätzlich ist zu beachten, dass die strom erzeugenden Aggregate teurer sind und so weit wie möglich genutzt werden sollen. Es macht wenig Sinn das BHKW zum Erzeugen von Wärme einzusetzen, ohne gleichzeitig Strom herzustellen.

Idealerweise erzeugt das Heizkraftwerk im Jahr 7.900 Stunden Strom, liefert also 90 Prozent des Jahres Strom. In der Praxis liegt der Wärmebedarf aber weit unter diesem Wert. Meist laufen die Kraftwerke nur 3000 bis 5000 Stunden.

Unter diesem Aspekt macht es also Sinn ein BHKW einzusetzen, dass nur zu einem geringen Teil den gesamten Wärmebedarf deckt. Bei kleinen Anlagen wird aus gutem Grund eine andere Lösung gesucht.

Einsatz und Größe der Anlagen

Bezeichnung Stromerzeugung Eignung
Nano-Blockheizkraftwerk Weniger als 2,5 kW Ein- bis Zweifamilienhaus
Mikro-Blockheizkraftwerk 2,5 bis 15 kW Ein- bis kleine Mehrfamilienhäuser
Mini-Blockheizkraftwerke 15 kW bis 50 kW Mehrfamilienhäuser, Wohnblocks, Behörden, Kleinbetriebe
BHKW Über 50 kW Siedlungen, Industrie

Für Häuser mit einer bei zwei Wohneinheiten. Kommen nur Nano- oder Mikro-Blockheizkraftwerke infrage. Da sich überschüssige Wärme so einfach abführend lässt wie zu viel erzeugter Strom sind diese Anlagen immer streng wärmegeführt-

Mit anderen Worten, der Motor springt nur an, wenn Wärme für die Heizung oder das erzeugen von warmen Wasser benötigt wird. Die Stromproduktion ist ein Nebenprodukt der Wärmeerzeugung. Der Fachmann verwendet daher lieber den Begriff stromerzeugende Heizung.

Photovoltaik und BHKW

Das BHKW wird nach dem zu erwartendem Wärmebedarf ausgewählt. Dies bedeutet, dass die Anlage wesentlich weniger Strom erzeugt, als der Haushalt benötigt. Trotzdem ist einen Einspeisung in das Netz generell nötig, denn im Winter kann es zu einer massiven Überproduktion von Strom kommen.

Im Sommer besteht nur ein geringer Wärmebedarf. Daher erzeugt das kleine Kraftwerk im Keller kaum Strom. Eine Photovoltaikanlage auf dem Dach liefert genau zu dieser Zeit den meisten Strom.

Haushalte die eine weitgehende Autarkie im Hinblick auf den Strom anstreben, sind also gut beraten, das Kleinstkraftwerk mit einer Photovoltaikanlage zu verbinden. Aber generell ist festzuhalten: Je geringer der Gesamtenergiebedarf ist, umso schwieriger ist Autarkie zu erreichen. Bei etwas größeren Einheiten ist dies bis zu 90 % möglich, wie ein Beispiel aus Rhena in Hessen zeigt.

Das Anwesen umfasst fünf Wohneinheiten, eine Autowerkstatt, eine Näherei und ein Stofflager. Insgesamt liegt der Bedarf an elektrischer Energie bei beachtlichen 13.000 Kilowattstunden.

Im Keller des Hauses liefert ein BHKW 4,5 Kilowattstunden elektrische Energie und gleichzeitig 12,5 Kilowattstunden Wärme. Die Wärme wird in einen 1.500 Liter Speicher eingespeist, der eine Frischwasserstation und die Heizung versorgt.

Bei dem sehr hohen Strombedarf liegt es nahe einen weiteren Stromerzeuger einzubeziehen, der aber auf keinen Fall Wärme liefern darf. Daher nutzt der Hausbesitzer das Dach mit einer Photovoltaikanlage. Diese liefert weiter 16 Kilowattstunden.

Die Umsetzung des Konzepts bedarf sorgfältiger Planung, da das BHKW beispielsweise Wechselstrom liefert und die Photovoltaikanlage Gleichstrom. Außerdem dürfen sich die beiden Anlagen nicht gegenseitig stören. In Rhena hat man die Lösung gefunden, dass das Minikraftwerk morgens und abends eine Stunde für Strom und Wärme sorgt. Die kurzen Betriebszeiten sind sinnvoll, da die Anlage geschont wird und somit nur einen Wartung im Jahr nötig ist. Zusätzlich braucht die Anlage große Batterien. Moderne Lithium-Ionen-Akkumulatoren sind zwar noch recht teuer, überzeugen aber durch die geringe Größe und die enorme Speicherkapazität.

Auch bei einem hohen Eigenverbrauch ist eine Netzeinspeisung nötig, denn Überkapazitäten müssen abgeführt werden. Diese lassen sich nicht vermeiden. An kalten sonnigen Wintertagen liegt die Menge des erzeugten Stroms immer über der Menge, die benötigt wird.

Für das Einspeisen und die korrekte Abrechnung sind 4 Stromzähler nötig. Die Zähler sind für die Erfassung

  • des erzeugten Stroms des BHKWs
  • des eingespeisten des Stroms des BHKWs
  • des von der Photovoltaik erzeugten Stroms
  • der Einspeisung des Stroms der Photovoltaikanlage

erforderlich.

Der Grund für die komplizierte Erfassung ist, dass die Vergütung für Strom aus dem BHKW anders ist, also die für Strom aus der Photovoltaikanlage. Auch der Eigenverbrauch wird anders berechnet.

Die Kombination von Photovoltaik und BHKW lohnt sich nur, wenn weitgehende Autarkie angestrebt und gleichzeitig viel Strom benötigt wird.

Solarthermie und Blockheizkraftwerke

Diese Kombination ist technisch wesentlich einfacher zu lösen. Der Grundgedanke ist, dass Wärme vom Dach gratis zur Verfügung steht. So weit irgend möglich, sollte als die Solarthermieanlage für ganzjährig für warmes Wasser sorgen und im Winter auch die Heizung.

Naturgemäß kann steht dann die meiste Sonnenenergie zur Verfügung, wenn der Bedarf an Wärme am geringsten ist. Im Sommer benötigen Haushalte nur warmes Wasser zum Baden, Duschen, Waschen und Spülen. Im Winter, wenn die Heizung läuft reicht die Wärme vom Dach nicht aus, den Tagesbedarf zu decken.

Der Zeit ist eine Wärmespeicherung über Monate in Haushalten nicht möglich. Großtechnisch laufen Versuche, Wärme auf chemischen Weg zu speichern, in dem diese für das Verbinden chemischer Elemente genutzt wird. Bei Bedarf lässt sich die Wärme durch das Lösen der Verbindung wieder freisetzen. Solche Anlagen werden zumindest kurz- bis mittelfristig nicht für den privaten Gebrauch zur Verfügung stehen. Daher ist es nicht möglich, überschüssige Wärme des Sommers für den Winter aufzusparen.

Mit anderen Worten, in Mitteleuropa ist es kaum möglich, den Wärmebedarf über ausschließlich über Solarthermie zu decken. Ein BHKW ist eine Möglichkeit kostengünstig die zusätzlich benötigte Wärme zu gewinnen.

Obwohl die Stromerzeugung ein Nebenprodukt der Wärmegewinnung ist, bietet sich ein stromgeführtes BHKW an. Die Wärme lässt sich kurzfristig gut Speichern, es gibt daher keinen Grund dann zu heizen, wenn die Heizung Wärmeenergie benötigt. Sinnvollerweise läuft das BHKW zu den Zeiten, zu denen der größte Bedarf an Strom besteht. Dies sind die Zeiträume zwischen 8 und 16 Uhr sowie zwischen 17 und 21 Uhr.

Ein stromgeführter Betrieb hat aber den Nachteil, dass das BHKW häufiger für kurze Zeiten in Betrieb geht. Dies belastet das System und bedingt einen höheren Erhaltungsaufwand. Moderne sehr leistungsfähige Lithium-Ionen-Akkus bieten einen Option, die es Haushalten ermöglicht den erzeugten Strom weitgehend selbst zu verbrauchen und gleichzeitig die Technik zu schonen. Das BHKW läuft nur ein- bis zweimal am Tag, um den Tagesbedarf an Wärme zu erzeugen. Der Strom wird in eine Batterie eingespeist und bei Bedarf verbraucht. Theoretisch ist bei dieser Lösung keine Netzeinspeisung nötig, da das BHKw normalerweise weniger Strom erzeugt, als das Haus benötigt. In der Praxis bietet die Einspeisemöglichkeit Sicherheit, dass auch zu Zeiten, in denen sehr wenig Strom benötigt wird, der erzeugte Strom aus dem System abgeführt wird.

Eigenverbrauch oder Einspeisung

Ob es sinnvoller ist Strom selbst zu verbrauchen oder ins Netz einzuspeisen, hängt von der Vergütung für den Strom und dem Einkaufspreis des Stroms ab. Derzeit sind die Vergütungen deutlich geringer als die Preise für bezogenen Strom. Dies gilt auch, wenn man die Tatsache berücksichtigt, dass auch für selbsterzeugten Strom einen EEG-Umlage erhoben wird.

Für die meisten Haushalte ist eine Kombination von BHKW und Solarthermie sinnvoll, wobei der erzeugte Strom weitgehend selbst verbraucht wird.

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