Strom aus erneuerbaren Energiequellen fließt nicht gleichmäßig. Anlagen erzeugen nur dann Strom, wenn die Sonne scheint oder der Wind weht. Eine Akkumulation der Stromproduktion muss in Zeiten erhöhter Nachfrage nicht erfolgen; Angebot und Nachfrage stimmen selten überein. Stromspeicher sind ein Problem, das Photovoltaik und Windparks schon immer begleitet hat.
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Variable Stromversorgung aus einer Solar- oder Windkraftanlage
Wie speichert man Strom zu Hause?
Der Wind weht nicht immer, die Sonne scheint nicht immer – Windparks in Polen und Photovoltaikanlagen erzeugen so viel Strom, wie die Natur derzeit liefert. Die Akkumulation der Stromnachfrage der Verbraucher fällt selten mit den Spitzenzeiten der „Versorgung“ von erneuerbarer Sonnen- und Windenergie zusammen. Sowohl in der Industrie- als auch in der Hausenergie ist das Problem die Speicherung überschüssiger Energie.
EU-Vereinbarungen verpflichten die Mitgliedstaaten, fossile Brennstoffe zunehmend durch erneuerbare Energiequellen zu ersetzen. Systeme proökologischer Aktivitäten (weiße Zertifikate, grüne Zertifikate) unterstützen Windparks in Polen sowie Photovoltaikanlagen für Prosumer. Weiße Zertifikate, also Energieeffizienzzertifikate, sind auf dem Schutzrechtsmarkt aktiv und unterstützen die energetische Modernisierung von Unternehmen.
Witterungsabhängige Stromquellen für Stromerzeuger machen Energiespeicher zur Notwendigkeit. Es werden Wege benötigt, um die Stromversorgung zu speichern, um Verbraucher mit Strom zu versorgen, wenn die Sonne scheint und kein Wind weht. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, Energie nicht nur aus gängigen Batterien zu speichern.
Stromakkumulation - Stromüberschussspeicherung
Die Energiespeicherung ermöglicht die Nutzung des von Solar- und Windkraftanlagen erzeugten Stroms nicht nur während der Betriebszeit der Generatoren. Die Lagerhallen liefern Strom nach Bedarf, unabhängig von der Intensität der Sonneneinstrahlung und der Stärke des Windes. In Kondensatoren ist eine direkte Stromspeicherung möglich, aber für praktische Zwecke wenig brauchbar.
Für größere Energiemengen kommen indirekte Speichermethoden zum Einsatz. Der elektrische Strom wandelt sich in eine andere, leichter zu speichernde Energieform um und erzeugt daraus wieder Strom. Hier sind die wichtigsten Möglichkeiten, das Problem zu beheben:
- Batterien und Akkus - seit langem bekannte Stromspeicher. Sie speichern Strom auf chemischer Basis und sind vielfach erprobt. Diese Methode der Energiespeicherung ist jedoch – aufgrund ihrer geringen Kapazität – relativ teuer. Für den Einsatz in der Photovoltaik stehen hochwertige Batterien zur Verfügung. Die meisten davon sind jedoch nicht für Großkraftwerke geeignet. In Australien sind Batteriekraftwerke geplant. Ende 2022 brachte der Elektroautohersteller Tesla dort eine Lithium-Ionen-Batterie auf den Markt, die über 30.000 Haushalte mit Strom versorgt.
- Pumpspeicherkraftwerke - jahrzehntelang zuverlässig. Sie nutzen überschüssigen Strom, um Wasser aus einem tiefen Reservoir auf eine höhere Ebene zu pumpen. Wenn das angestaute Wasser zurück ins Tal fließt, treibt seine Energie die Turbine und den Generator an. Allerdings kann man auf diese Weise nur unter bestimmten Bedingungen Energie speichern. Es muss einen Berg mit einer flachen Spitze geben, auf dem ein künstlicher Stausee gegraben werden kann, und einen See an seinem Fuß. Der darüber liegende Boden muss undurchlässig sein. Beide Stauseen – natürliche und künstliche – sind durch eine Pipeline verbunden. Pumpturbinen pumpen Wasser mit überschüssiger Energie nach oben oder werden durch von oben herabfallendes Wasser angetrieben. Ein zusätzlicher Vorteil eines solchen Kraftwerks ist die Möglichkeit des schnellen Anfahrens von Turbinen in Richtung Stromerzeugung.
Aktionspreise für Sonnenkollektoren und Wärmepumpen
Die Speicherung von Energie durch die Übertragung von Wassermassen auf ein höheres Niveau ist hocheffizient. Der Energieverlust bei diesem Austausch beträgt ca. 20 %, was einen hohen Wirkungsgrad von 80 % bedeutet. In Polen ist die größte Anlage dieser Art ein Pumpspeicherkraftwerk bei Żarnowiec mit einer Leistung von über 700 MW.
- Produktion von Wasserstoff oder Methan - eine chemische Form der Energiespeicherung. Mit überschüssigem Strom können sie Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff zerlegen. Obwohl Wasserstoff ein hervorragender Kraftstoff ist, hat er einen großen Nachteil, der ihn aus dem täglichen Gebrauch eliminiert: Er bildet mit Luft ein hochexplosives Gemisch. Aus diesem Grund wird im nächsten Prozess, ebenfalls unter Verwendung von Strom, Wasserstoff in Methan umgewandelt. Dieses bekannte Gas kann auch in einem Kraftwerk zur Stromerzeugung während eines Defizits verwendet werden. Die Umwandlung von Strom in Methan und umgekehrt ist recht komplex und erreicht einen Wirkungsgrad von 50 %. Überprüfen Sie auch dieser Artikel über Arten von Solarmodulen.
Energiespeicherung in Batterien
Die Unabhängigkeit vom Netz ist verlockend, aber kostspielig
Die Insel-Photovoltaikanlage ist völlig unabhängig vom Stromnetz. Es ist nicht möglich, Überschüsse zu übertragen oder die fehlende Menge zu kaufen. Eine natürliche Anwendung dieser Art von Installation sind unbebaute Gebiete ohne Stromnetze. In Polen ist es schwierig, solche Brachflächen zu finden und Insel-Photovoltaik betrifft eher Sommerhäuser.
Unabhängig von der Größe Ihrer Off-Grid-Installation ist die Energiespeicherung unbedingt erforderlich. Sonnenkollektoren funktionieren nur bei Sonneneinstrahlung. Nachts wird die Stromproduktion eingestellt und an bewölkten Tagen ist sie nahe Null. Stromkontinuität kann nur durch die lokale Speicherung überschüssiger Energie gewährleistet werden.
Die Preise für Photovoltaik-Batterien sind hoch, aber tendenziell rückläufig. Die Tesla Power Wall kostet beispielsweise über 26.000 PLN und ist nicht nur eine Batterie, sondern auch ein Konverter und zusätzliche Geräte.
Batterieauswahl für eine Photovoltaikanlage
Energiespeicherbatterien haben eine bestimmte Funktionsweise. Sie bleiben selten voll geladen und arbeiten gleichzeitig zyklisch. Die Ladezeiten sind witterungsabhängig und können mehrere Tage dauern.
Um die Lebensdauer der Batterie zu verlängern, muss eine große Kapazitätsreserve berücksichtigt werden. Dadurch wird eine starke Entladung vermieden. Die Variabilität der Intensität der Sonneneinstrahlung erfordert die Berücksichtigung der entsprechenden Energiereserven zur Deckung des aktuellen Bedarfs.
Beliebte Batteriemarken sind: Tesla, SMA, Mercedes Benz, Enphase. Sie zeichnen sich durch hohe Effizienz und Beständigkeit gegen vollständige Entladung aus. Sie ermöglichen den Ausbau von Energiespeichern. Hersteller gewähren in der Regel eine 10-Jahres-Garantie auf sie.
Energiespeicherung in netzgekoppelten Anlagen
Überschüssige Energie aus der Photovoltaik, die nicht für den aktuellen Bedarf genutzt wird, kann im On-Grid-System im Netz gespeichert werden. Die Vereinbarung mit dem Energieunternehmen sieht die Einbringung der Überschüsse und deren Abholung aus dem Netz innerhalb der Abrechnungsfrist von 12 Monaten vor. Man kann sagen, dass der Wirkungsgrad eines solchen Lagers 80% beträgt, denn so viel Energie kann gesammelt werden.
Dies ist eine vorteilhafte Anordnung und ihr einziger Nachteil ist die Notwendigkeit, ein Stromnetz in der Nähe zu haben. Die besten Akkus haben einen Wirkungsgrad von über 90 %, ihre Kapazität reicht aber nur für zwei bis drei Tage. Die totale Energieunabhängigkeit in einem Off-Grid-System ist attraktiv und Photovoltaik-Batterien werden sicherlich auf dem Markt bleiben.
