Stromaunabhängigkeit, Autarkie, off grid

Stromautarkie ist ein komplexes Thema, an dem sich die Geister scheiden

Was versteht man denn eigentlich unter „Autarkie“?

Im Idealfall beschreibt der Begriff einen Zustand, in dem der hausinterne Stromverbrauch zu 100% unabhängig vom Stromnetz erfolgt. Ob man allerdings tatsächlich stromautark leben kann, ist von drei grundlegenden
Einflussfaktoren abhängig: der dafür eingesetzten Technik, den natürlichen Umgebungsbedingungen wie z.B. die mögliche Sonneneinstrahlung, und vor allem vom eigenen individuellen Verbrauch.

Und wie viel Strom brauche ich nun?
Dies ist nur individuell zu beurteilen, weil auch der Anspruch sehr unterschiedlich sein kann.

Als ich Kind war, hatte meine Großmutter keinen Kühlschrank, sie legte die Butter, die Wurst und den Käse einfach in den Keller. Ein geerbter Kühlschrank führte dazu, dass der Fliegenschrank im Keller,der vor der Zeit des Kühlschranks die Lebensmittel beherbergte, mit altem Geschirr vollgestellt wurde und der Stromzähler mehr zu tun hatte.

Auch heute gäbe es viele Möglichkeiten Energie zu sparen. Ob das ein Erdkühlschrank oder eine Kochkiste ist, es gibt sehr viele aber meist nicht bequeme Möglichkeiten. So individuell wie wir Menschen ist auch die Bequemlichkeit und damit verbunden der Energieverbrauch.

Hinzu kommen natürlich Aufwände, die den Broterwerb betreffen. Das kann z.B. der PC sein, den ich für die Arbeit benötige. Eventuell wird hierzu auch noch ein Monitor oder Router benötigt.

Wie wird das Warmwasser erzeugt und wie wird geheizt? Mit Holz lässt sich stromlos heizen, was ist aber, wenn ich im Winter erst abends von der Arbeit komme oder gar mehrere Tage weg bin? Ein Pelletofen, wäre eine Lösung, benötigt aber auch Strom für Zündung, Steuerung, Förderschnecke und Gebläse. Und im Winter reicht der Vorrat auch nur ein paar Tage.


Watt, kW, kWh, wer soll da noch durchblicken?
Schaut auf den Wasserkocher, die Angabe 2000W bedeutet, dass Kocher in  1h (h = Stunde)

Betrieb 2000Wh verbraucht. Die übliche Schreibweise hierfür, die ihr auch auf eurer Stromrechnung findet, ist nicht 2000Wh sondern „2kWh“. Das „k“ steht hier für Kilo, kommt aus dem altgriechischen und bedeutet 1000. Ihr kennt es von der Bezeichnung „kg“ gleich 1000 Gramm.  2000W x 1h =2000Wh = 2kWh


Wenn ich den meisten Strom brauche, steht mir am wenigsten zur Verfügung!

Sonnenenergie ist klasse, denn ich kann nachhaltig, ökologisch sinnvoll und theoretisch beliebig viel Strom erzeugen, die Sonne steht ja als Quelle unendlich zur Verfügung. Aber leider nicht jederzeit, und das führt zu einer schwierigen Situation: in der dunklen und kalten Jahreszeit produziert eine Solaranlage in der Regel zu wenig Strom, während sie in der hellen und warmen Jahreszeit eher zu viel produziert. Leider benötige ich, wenn es wenig Sonne gibt, mehr oder länger Beleuchtung im Haus, eventuell Strom für die Heizung, usw.. Das lässt sich zwar über eine entsprechende Speicherung des Stroms in einer Batterie darstellen, aber werden damit alle Probleme der Stromversorgung gelöst?

Ob und wie das Sinn macht, hängt also maßgeblich vom eigenen Verbrauch, der Dimensionierung der Solaranlage, deren Standort und nicht zuletzt auch vom Geldbeutel des Autarkiebegeisterten ab.
Sprechen wir über Verbrauch, Solarerträge und über die Wirtschaftlichkeit einer PV-Anlage

Ihr seht, dass das nur individuell betrachtet werden kann. Und es ist am Ende eine sehr komplexe Formel mit vielen Unbekannten, die eine Bewertung und Beurteilung des Autarkiesystems schwierig macht. Trotzdem will ich es mal an einem Beispiel durchrechnen:

Gehen wir davon aus, dass wir im Zuge unseres spar willens den statistischen Stromverbrauch  von 2 Personen (ca. 3.400 kWh/Jahr -s.o.) deutlich reduzieren wollen.


Durchschnittlicher Stromverbrauch pro Jahr
Person/en     inkl. Warmwasser

       1             2.200 kWh
       2             3.400 kWh


Annahme: Wir möchten pro Tag nicht mehr als 2kWh verbrauchen.

Nur zur Verdeutlichung: Das ist die Leistung, die der 2kW Wasserkocher, Fön oder Heizofen in einer Stunde Betrieb verbrauchen würde.

Was benötigen wir hierfür?

Ein aktuelles PV Modul liefert etwas über 300 Wpeak, der Einfachheit halber rechnen wir mit 333 Wpeak.


Die Angabe Wpeak bezeichnet die Leistung, die ein PV Modul bei optimalen Bedingungen liefern kann. Diese Bedingungen gibt es allerdings nur im Physiklabor. 3 Module könnten also theoretisch 1000 Wpeak oder 1 kWpeak liefern.


Jetzt benötigen wir reale Ertragsdaten aus der Vergangenheit, um berechnen zu können, wie viele PV-Module wir benötigen. Anschließend ist dieser Wert noch wichtig, um die Größe des Stromspeichers zu ermitteln. Was die Erträge einer Solaranlage angeht, wären diese in einem Land wie Spanien oder Portugal natürlich deutlich höher als bei uns in Deutschland.

Diese Daten wurden vom Solarenergie-Förderverein Deutschland erhoben und können unter www.pv-ertraege.de für beliebige Standorte/Zeiträume recherchiert werden. Schauen wir uns mal meinen PLZ-Bereich 35000-35999  an:
Erste Erkenntnis ist, dass der durchschnittliche Ertrag bei einer Modulleistung von 1kWpeak (ca. 3 Module) im Jahr 2019 bei 996kWh lag. Das ist ein wichtiger Wert, daher noch mal zur Verdeutlichung:


3 PV Module, die bei optimalen Bedingungen in der Lage sind 1000W Strom pro Stunde zu „ernten“, liefern im gesamten Jahr lediglich 996kWh. 


Unser Ziel war ein Verbrauch von maximal 2kWh pro Tag, was einem Jahresverbrauch von 365 Tagen x 2kWh = 730kWh entspricht.  3 Module würden also durchschnittlich eigentlich reichen!

Jetzt kommt der Haken, denn nur über das Jahr gerechnet stimmt die Rechnung. Im Sommer kein Problem, was uns jedoch interessieren muss sind die in der Regel schlechtesten Monate von November bis Januar.  Hier lag der der regionale Durchschnittsertrag im schlechtesten Monat Dezember 2019 bei nur 21kWh/KWpeak Solarleistung. Demzufolge hätten unsere oben errechneten 3 PV Module (=1 KWpeak) nur 21 KWh erzeugt, wir aber nach unserer vorhergehenden Annahme

31 Tage x 2kWh = 62kWh benötigen. Wir würden also nur 1/3 der benötigten Energie erzielen.

Wir müssen also folgerichtig die Anzahl der Module auf 9 Stück erhöhen.

(21kWh = 3 Module, 9 Module = 63 kWh).

Wie viele Batterien benötige ich, um die Energie zu speichern?

Da ich auch nachts oder bei Dauerregen Strom benötige, muss die bei Sonnenschein gewonnenen Energie gespeichert werden.


Annahme: Schlechteste Situation, 2 Tage Nebel kaum Stromertrag, sprich meine Batterie muss 2x den Tagesbedarf, also 2x 2kWh = 4kWh Speicherkapazität haben. THEORETISCH!


Warum theoretisch? Eine Blei Säure Batterie, darf, um sie nicht vorzeitig zu zerstören, nicht weiter als 50% entladen werden. Somit muss die Batteriekapazität schon bei 8kWh liegen.


Ihr schaut nach Batterien und findet Angaben wie „200Ah“, wie passt das jetzt zu „8kWh“?

Die Formel zur Berechnung der elektrischen Leistung heißt P=U x I, wobei  P die Leistung darstellt (kWh), U ist die Spannung in Volt (13V), und I ist die Stromstärke Ampere (hier 200A).

Wollen wir jetzt die 200Ah in kWh umrechnen, teilen wir die 200Ah: 13V = 2600Wh = 2,6kWh.

Für rund 8 kWh benötige ich also 8:2,6 = 3 Batterien mit 200Ah


Aber was, wenn das Wetter statt 2 Tage mal 10 Tage bescheiden bleibt, was in Deutschland leider durchaus mal möglich ist?
Dann müsste ich die Batteriekapazität verfünffachen, um einen solchen Zeitraum zu überbrücken. Beim Preis einer Batterie von rund 300 EUR reden wir also schnell von 15 Batterien im Wert von rund 4500 EUR, nur um 100% Stromautarkie zu bekommen.

Ist vollständige Autarkie um jeden Preis so erstrebenswert?

Ein Energiekonzept ist ein komplexes System mit vielen Variablen. Um bei 100%  Autarkie das Risiko auszuschließen, dass die Anlage überlastet, kollabiert oder wir einfach länger ohne Strom da sitzen, ist ein erheblicher und wie ich meine unverhältnismäßig hoher Zusatzaufwand erforderlich.

Damit ich nicht falsch verstanden werde, mein Ziel ist es diese Autarkie zu erreichen. Diese Pläne können jedoch schnell von ganz banalen Hochstromverbrauchern wie Waschmaschine, Schweissgerät oder auch einem Backofen durchkreuzt werden. Für den Start bei etwas geringeren Investitionen ist es für den Einzelnen sicher auch eine Möglichkeit den gewonnen Strom mit einem Stromanbieter der Strom aus regenerativen Quellen anbietet zu ergänzen.


Was diese Betrachtung nicht berücksichtigt:

– Wirkungsgradverluste z.B. bei der Umwandlung von 13V Batteriespannung auf 230V Hausspannung
– moderne Batterietechnologie wie Lithium Ionen, welche wesentlich besser aber auch wesentlich teurer sind
– warum Blei Säure Batterien für eine Inselanlage ungeeignet sind
– was machen wir im Sommer mit dem Strom wenn die Batterien voll sind?
– detaillierte Preise

Diese und weitere Überlegungen wollen wir in Folgebeiträgen vertieft behandeln!


Kommentare
  • 27. Februar 2020
    Moritz Engelhardt

    Ein toller Beitrag! Super recherchiert und informativ! Da merkt man, wo die Kompetenzen liegen!

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