Autarke Stromversorgung: Solar + Stromspeicher + Kleinwindkraft

Wie autarke Stromversorgung mit Solaranlage und Mini-Windkraft funktioniert

100 Prozent autarke Stromversorgung eines Hauses durch Windenergie und Solarenergie? Das klingt wie eine ferne und teure Zukunftsvision. Doch die Vision ist längst greifbare Realität geworden. Stromspeicher nehmen eine Schlüsselstellung ein. Zunächst werden die wichtigsten Rahmenbedingungen beschrieben. Ein Video zeigt eine einfache Methode für die Systemplanung eines Gebäudes mit hoher Selbstversorgung.

Hybridsysteme: Solar + Windkraft + Batterie

Für unsere Klimaregion in Mitteleuropa gilt: Solarkraft und Windkraft ergänzen sich im Laufe des Jahres. Windarme Zeiten sind oft durch ein hohes Solarangebot gekennzeichnet. Wenn die Sonne dagegen nicht scheint, weht oft der Wind.

Die folgende Grafik zeigt die monatliche Stromerzeugung von Wind- und Solarstromanlagen im Jahr 2014 in Deutschland. Der Wintermonat Dezember zeigt das typische Muster mit viel Windenergie und wenig Solarenergie. Umgekehrt liefert in einem Sommermonat wie der Juli die Sonne die Energie, der Wind weht schwach.

Solarenergie_Windenergie_Monat_Jahr

Quelle: Fraunhofer ISE (Januar 2015), Prof. Dr. Bruno Burger: Stromerzeugung aus Solar- und Windenergie im Jahr 2014. Freiburg.

In anderen Weltregionen sehen die Voraussetzungen ganz anders aus: Im trockenen Wüstenklima kann man beispielsweise auf Windkraft verzichten. Eine Inselanlage bestehend aus PV-Anlage und Stromspeicher kann ausreichen, um eine übers Jahr eine dauerhafte Stromversorgung zu realisieren.

Kosten für Photovoltaik stark gesunken

Bei der Investition in eine Solarstromanlage kann man kaum noch etwas falsch machen. Die Kosten für PV-Anlage sind in den letzten Jahren aufgrund der Massenproduktion drastisch gesunken.

Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ermittelt regelmäßig die aktuellen Fakten zur Photovoltaik in Deutschland: der Preis einer schlüsselfertigen 10 kW PV-Anlage inklusive aller Komponenten lag im Jahr 2006 noch über 4.500 Euro pro Kilowatt Leistung. Im Jahr 2018 betrugen die Kosten nur noch rund 1.500 Euro pro kW Leistung. Eine Kostensenkung von rund 70 Prozent! (Quelle: Fraunhofer ISE).

Private Solaranlage

Foto: Patrick Jüttemann

Eine Photovoltaikanlage lohnt sich. Private Hausbesitzer und Gewerbebetriebe können mit einer Solarstromanlage günstiger Strom produzieren, als sie ihn vom Energieversorger einkaufen. PV-Anlagen entwickeln sich immer mehr zu einem Standard der technischen Gebäudeausrüstung.

Mini-Windkraftanlagen für Gewerbe und Privat

Kleinwindkraftanlagen haben in der Regel eine Gesamthöhe (= höchste Flügelspitze) zwischen 10 und 30 Meter. Die Anlagen werden in der Nähe des Betreibers aufgestellt, der gleichzeitig der  Verbraucher des Windstroms ist.

Eine starke Senkung der spezifischen Investitionskosten wie bei Solarstromanlagen konnte bei Kleinwindanlagen noch nicht realisiert werden. Die Kosten pro Kilowatt Leistung liegen im Schnitt bei 5.000 Euro. Eine private Windanlage mit 3 kW Leistung kostet im Schnitt 15.000 Euro, die 10 kW Anlage eines Gewerbebetriebs rund 50.000 Euro.

Entscheidend sind nicht die Investitionskosten, sondern die Kosten des selbst produzierten Windstroms (Stromgestehungskosten). Die Wirtschaftlichkeit der Mini-Windkraftanlage wird vor allem durch das Windangebot am Standort bestimmt. Je stärker der Wind im Jahresverlauf, desto mehr Strom produziert die Windanlage.

Gewerbebetriebe oder Landwirte in windstarker Lage können durchaus Strom günstiger als 20 Cent pro Kilowattstunde produzieren. Für private Verbraucher gilt: Eine Amortisation lässt sich oft nicht realisieren. Im Vordergrund stehen andere Motive, wie die Unabhängigkeit von großen Energieversorgern.

Windrad Eigengebrauch

Foto: Patrick Jüttemann

Generell wichtig bei kleinen Windkraftanlagen ist eine hohe technische Qualität. Bei der Auswahl einer Windanlage muss man auf Sturmerprobung und Zuverlässigkeit der Technik achten.

Der besondere „Wert“ des Windstroms

Der besondere Vorteil des Stroms einer Kleinwindkraftanlage ist die hohe Bereitstellung während des Winters. Genau dann, wenn Solaranlagen wenig produktiv sind. Gleichzeitig ist es die Heizperiode. Der Windstrom kann gut für die Erzeugung von Wärme oder Warmwasser Verwendung finden. Beispielsweise mittels Wärmepumpe.

Batteriespeicher: Kosten sinken stark

Bezahlbare und effiziente Speicher sind für die Verbreitung der autarken Stromversorgung essenziell. Im Zuge der Elektromobilität werden die Produktionskapazitäten für Batteriespeicher weltweit enorm ausgeweitet.

Das Fachmagazin photovoltaik hat im April 2019 berichtet, dass sich die Kosten für eine Kilowattstunde Speicherinhalt sei 2013 mehr als halbiert haben. Durch stark steigende Produktionszahlen sinken die Stückkosten der Heimspeicher. Allein im Jahr 2018 wurden in Deutschland rund 40.000 Stromspeicher in Gebäuden installiert. 30 Prozent mehr als im Vorjahr.

Sonnenbatterie Stromspeicher

sonnenBatterie (Foto: sonnen GmbH)

Alles in allem zeichnet sich bei Stromspeichern eine ähnlich starke Kostensenkung wie bei Photovoltaikmodulen ab. Einen Entwicklungsschub erfährt auch die Systemtechnik wie z. B. durch Hersteller wie SMA. Neue Geräte für die Kopplung von Wechselrichtern und Batterien als auch Kleinwindanlagen gehören dazu.

Maximaler Eigenverbrauch für hohe Wirtschaftlichkeit

Geschäftsmodell und Betriebslogik zeigen zunehmend in folgende Richtung: Selbstversorgung mit Strom aus Sonne und Wind. Die Einspeisetarife für Strom aus Solar- und Windkraft sind zu stark gesunken, als dass Einspeisung ins Netz und Vergütung noch lukrativ wären. Ein hoher Eigenverbrauch ist nur mit einem Speicher möglich. Das unterstreicht die zentrale Rolle von Stromspeichern.

Erster Schritt bei der Umsetzung einer möglichst autarken Energieversorgung eines Gebäudes ist die Erfassung des Strombedarfs im Jahresverlauf. Wie viel Strom brauche ich im Sommer, wie viel im Winter?

Video: Photovoltaik, Kleinwind und Batterie kombinieren

Die Planung und Auslegung der Stromversorgung eines Gebäudes muss ganzheitlich erfolgen, die Komponenten müssen aufeinander abgestimmt sein.

Das folgende Video zeigt, wie man mit Hilfe eines einfachen Online-Tools die grobe Dimensionierung eines PV-Kleinwind-Batterie-Systems umsetzen kann.

Tipp der Redaktion: Stromspeicher fürs Haus

Die Auswahl eines fürs Haus passenden Stromspeichers ist ein wichtiger Erfolgsfaktor. Hier bitte weiterlesen:
>> Leitfaden zu Stromspeichern

Autor: Patrick Jüttemann

Titelfoto: superwind GmbH

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