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Eines der ersten Wasserstoff-Häuser steht in München. Strom, der nicht direkt verbraucht wird, wird in einer Batterie  für den täglichen Bedarf gespeichert

© HPS/PICE

Tagesspiegel Plus

Energiewende selbstgemacht: Neues Solar-Wasserstoff-System verspricht Unabhängigkeit vom Stromnetz

Ein Berliner Unternehmen hat eine Technologie entwickelt, um die Wetterabhängigkeit erneuerbarer Energie zu mindern. Die Aufträge häufen sich.

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Angesichts hoher Energiepreise liebäugeln viele Hauseigentümer in Deutschland mit Solarstrom vom eigenen Dach. Jeder Vierte, der bisher ausschließlich Strom vom Energieversorger bezieht, plant, in den kommenden zwölf Monaten eine Solaranlage zu installieren, wie eine aktuelle Umfrage des Hamburger Marktforschungsinstituts Appinio ergab.

Etwa die Hälfte der Befragten äußerte sich unentschlossen oder kann sich erst später eine eigene Solaranlage vorstellen; für 24 Prozent kommt das gar nicht in Betracht.

Für die Umfrage wurden den Angaben zufolge rund 1000 Hauseigentümer Anfang des Monats online befragt. Die Erhebung sei repräsentativ nach Alter und Geschlecht, hieß es. Sie wurde im Auftrag des Dresdner Unternehmens Solarwatt durchgeführt.

Als häufigster Beweggrund für eine eigene Solaranlage wurde Einsparpotenzial bei Energiekosten genannt. Weitere Argumente seien eine größere Unabhängigkeit vom Energiemarkt sowie das Anliegen, etwas für die Umwelt zu tun.

Ganzjährig autark vom Stromnetz - das ist das Ziel

Doch bislang scheitern Eigenheimbesitzer in ihrem Streben nach einem wärme- und energieautarkes Leben meistens an der langfristigen Speicherung der über Photovoltaik-Anlagen (PV-Anlagen) aufgefangenen Sonnenenergie. Ein neues Solar-Wasserstoff-System soll ihre Besitzer laut Herstellerangaben in Kombination mit Wärmepumpen nun unter gewissen Voraussetzungen ganzjährig autark vom Stromnetz machen.

Für eine vollständige Energiewende sind Wasserstoffspeicher langfristig nötig.

Carsten König, Geschäftsführer des Bundesverband Solarwirtschaft

In den sonnenreichen Monaten fließt die Energie der vom aktuellen Innovationspreisträger Berlin-Brandenburg, Home Power Solutions (HPS), entwickelten Photovoltaik-Anlage in einem Kurzspeicher. So steht auch über Nacht ausreichend Strom zur Verfügung. Sobald die Batterie vollständig geladen ist, wird die überschüssige Energie dann über einen Elektrolyseur in grünen Wasserstoff umgewandelt.

Der Brennstoff fließt in spezielle Druckgasflaschenbündel. Über die Sonnenmonate hinweg füllt sich dieser Langzeitspeicher bis die Energie der Photovoltaikanlage nicht mehr ausreicht, um den täglichen Energiebedarf zu decken. Dann springt die Brennstoffzelle an und lädt mit 1,5 kW den 20 kWh Batteriespeicher, durch die Rückverstromung des Wasserstoffs.

In zwei Wochen mehr Nachfrage als in sechs Monaten

Das Berliner Unternehmen erfährt in den vergangenen 15 Tagen so viel Nachfrage wie nie: In Adlershof wurden 1500 Anfragen verzeichnet, so viel wie insgesamt seit Juni vergangenen Jahres.

Wie bei jedem chemischen Prozess entsteht auch bei dem Solar-Wasserstoff-System „Picea“ von HPS Abwärme. Die Abluft wärmt im Sommer den Warmwasserspeicher, erhöht im Winter über die Lüftungsanlage die Raumtemperatur oder wird über ein simples Kupferrohr an die bestehende Heizungsanlage angeschlossen.

Dennoch ist die Abwärme ein Indiz für Energieverluste. Sie dürfen bei Umwandlungsprozessen nicht vernachlässigt werden. 70 Prozent des Stroms der PV-Anlage werden in Wasserstoff umgewandelt. Bei der Rückverstromung nur zwischen 50 und 60 Prozent.

Strom, der nicht direkt verbraucht wird, wird in einer Batterie für den täglichen Bedarf gespeichert. Sobald diese voll ist, produziert der Elektrolyseur aus den übrigen Stromüberschüssen Wasserstoff und lagert ihn für den Winter ein. Im Winter wird aus dem Wasserstoff wieder Strom erzeugt. Das System, vom Hersteller picea genannt, wandelt Energie – dabei entsteht Wärme. Diese Wärme wird im Haus genutzt – für Heizung oder Warmwasser. picea ist somit hocheffizient und erreicht einen Gesamtnutzungsgrad von bis zu 90 Prozent. 
Strom, der nicht direkt verbraucht wird, wird in einer Batterie für den täglichen Bedarf gespeichert. Sobald diese voll ist, produziert der Elektrolyseur aus den übrigen Stromüberschüssen Wasserstoff und lagert ihn für den Winter ein. Im Winter wird aus dem Wasserstoff wieder Strom erzeugt. Das System, vom Hersteller picea genannt, wandelt Energie – dabei entsteht Wärme. Diese Wärme wird im Haus genutzt – für Heizung oder Warmwasser. picea ist somit hocheffizient und erreicht einen Gesamtnutzungsgrad von bis zu 90 Prozent. 

© Picea/HPS

„Das System leidet eigentlich unter seinen schlechten Wirkungsgraden, was jedoch durch die Verwendung der Abwärme wieder kompensiert wird“, sagt Friedrich Sick, Professor für regenerative Energiesysteme an Hochschule für Technik und Wirtschaft (HTW). Damit argumentieren auch die Kritiker des Systems, die eine Kurzzeitspeicherung in Kombination mit der regulären Netzeinspeisung durch PV-Anlagen als effizienter und klimafreundlicher würdigen.

Ohne Speicher verpufft die gewonnene Energie

„Die direkte Nutzung ist natürlich die effizienteste. Grundvoraussetzung dafür ist allerdings, dass der Verbrauch zeitgleich zum Ertrag vorliegt. Dies ist bei einem stetigen Ausbau der PV nicht gegeben und die zusätzliche erneuerbare Energie leider nicht nutzbar, sondern wird oft abgeregelt“, sagt Zeyad Abul-Ella, Geschäftsführer und Mitgründer von HPS. Dies bestätigt auch Sick: „Als die regenerativen Energien noch einen geringen Prozentsatz beitrugen, wäre diese Einschätzung richtig gewesen. Das hat sich heute jedoch stark gewandelt.“

Das komplette TÜV-zertifizierte System besteht aus zwei Komponenten. Da ist der System- und Batterieschrank (1,5 x 1,8 x 1 m), der in einen Innenraum installiert wird. Außerhalb des Gebäudes werden die Wasserstoffspeicher gelagert. Ihr Umfang variiert je nach Speicherkapazität. Die Installation ist in Einfamilienhäusern nicht genehmigungspflichtig; sie muss auch nicht abgenommen werden.

Das Thema Sicherheit hatte laut Abul-Ella von Anfang an höchste Priorität: „Wir haben uns einen Akteur gesucht, der absolut keinen Mehrwert durch die Integration unseres Systems hat, und haben diesen unser System prüfen lassen – eine Gebäudeversicherung.“ Damit war eine der wichtigsten Hürden genommen.

Der  Wasserstoff-Langzeitspeicher steht vor dem Haus. Der grüne Wasserstoff wird in Stahlflaschen sicher gelagert. Nach individuellem Bedarf werden ein bis fünf Flaschenbündel installiert. Die Größe des Speichers wird individuell angepasst, um Ihren persönlichen Strombedarf vollständig unabhängig decken zu können. Alle Komponenten werden durch ein intelligentes Energiemanagement gesteuert und überwacht
Der Wasserstoff-Langzeitspeicher steht vor dem Haus. Der grüne Wasserstoff wird in Stahlflaschen sicher gelagert. Nach individuellem Bedarf werden ein bis fünf Flaschenbündel installiert. Die Größe des Speichers wird individuell angepasst, um Ihren persönlichen Strombedarf vollständig unabhängig decken zu können. Alle Komponenten werden durch ein intelligentes Energiemanagement gesteuert und überwacht

© Picea/HPS

Ob es allerdings zur 100 Prozent autark funktioniert und Wärmepumpen bei Minusgraden mit ausreichend Strom versorgt – das hängt von vielen Faktoren ab. Eine vierköpfige Familie in einem bis zu 150 Quadratmeter Niedrigenergie- oder Passivhaus hat einen Strombedarf zwischen 3500 bis 4000 Kilowattstunden (kWh) pro Jahr. Effiziente Wärmepumpen erhöhen diesen Bedarf an elektrischer Energie um weitere 2000 kWh.

In diesem Best-Case-Szenario kann die Familie ohne zusätzlichen Netzstrom leben und verringert ihren CO2-Fußabdruck um 3 Tonnen. „Bei schlecht isolierten Alt- oder Bestandsbauten erreichen wir keine 100-prozentige Unabhängigkeit", erklärt Abu-Ella. Gerade stromintensive Haushalte mit beispielsweise Saunen ließen sich nicht völlig entkoppeln.

„Doch wer in eine solche Technik investieren kann, sollte zunächst das Geld in die Hand nehmen, um das Gebäude energieeffizient zu machen durch Dämmung, 3-fach-Verglasung und eine mechanische Lüftung mit Wärmerückgewinnung“, sagt der Professor für regenerative Energiesysteme Friedrich Sick.

Einziger Haken: der Anschaffungspreis

So schön dies auch alles klingen mag, die Sache hat einen Haken: den Anschaffungspreis. Der orientiert sich an der individuellen Konfiguration. Mit 90000 bis 115000 Euro sprengt das System jede Rechnung mit Blick auf das Preis-Leistungsverhältnis. Zumal die Kosten für die PV-Anlage und Wärmepumpe noch hinzukommen.

Allenfalls Tropfen auf den heißen Stein sind die KfW-Förderung in Höhe von 15000 Euro und Steuerersparnisse. Beim Neubau eines KfW-40-Hauses halbiert sich der Preis rein rechnerisch, weil einige elektronische Elemente bereits vorhanden sind. Dennoch: Seit 2019 wurden rund 200 Picea-Systeme installiert.

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Viele Kunden preisen den ideellen Wert der Unabhängigkeit eben höher ein als den realen Preis. Das belegen zumindest die Anfragen. Ob dies mit den Ängsten vor Lieferengpässen bei Öl- und Gas-Importen zusammenhängt – darüber lässt sich nur spekulieren. Ebenfalls im Preis enthalten ist die Gewissheit, dass sich der Anschaffungspreis zwar erst in der nächsten Generation amortisiert, sich aber bereits heute für die Umwelt bezahlt macht.

Ein Wartungsvertrag über jährliche Inspektionen für jeweils 500 Euro pro Termin gehören ebenso dazu, wie eine 10-Jahresgarantie.

Mit der Markteinführung sollte begonnen werden

So wie jede Technologie wird sich auch diese weiterentwickeln und in den kommenden Jahren effizienter werden. „Für eine vollständige Energiewende sind solche Speicher langfristig nötig“, sagt Carsten König, Geschäftsführer des Bundesverband Solarwirtschaft. Damit diese rechtzeitig in ausreichendem Umfang zur Verfügung stünde, müsse frühzeitig mit der Markteinführung begonnen werden.

Auch Friedrich Sick sieht in dem System einen ersten Paradigmenwechsel mit Verbesserungspotenzial. Wünschenswert sei es, dass die Abwärme des Systems langfristig dazu ausreichen würde, das Eigenheim ganzjährig mit thermischer Energie zu versorgen. „Aktuell gibt es aber auch keine vergleichbare Alternative für Einfamilienhäuser, die durch saisonale Speicherung von Energie eine annähernde Autarkie erreichen könnten“, sagt Sick.

Laut Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme waren Ende vergangenen Jahres mehr als zwei Millionen Photovoltaik-Anlagen in Deutschland mit einer Leistung von 59 Gigawatt installiert. Demnach lieferte Photovoltaik 2021 51 Terawattstunden Strom und deckte damit 9,1 Prozent des Bruttostromverbrauchs in Deutschland.

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