Stromspeicher basierend auf Wasserstoff und Photovoltaikanlage

Grüner Wasserstoff

Wer schon länger eine Photovoltaikanlage hat wird die im Vergleich zum Sommer schlechten Erträge der Solaranlage kennen. Normale Batteriespeicher haben zu wenig Speicherkapazität. Hier bieten Wasserstoffbasierte Speicher die Lösung um Energie im ertragreichen Sommer mit in den Winter zu nehmen. Oder doch nicht?

Wie kann ich Energie mit grünem Wasserstoff speichern?

Grüner Wasserstoff kann durch Elekrolyse hergestellt werden. Hierzu wird der überschüssige Solarstrom im Sommer genutzt um aus Wasser grünen Wasserstoff zu erzeugen. Die dabei entstehende Prozesswärme kann die Warmwasseraufbereitung unterstützen. Der Wasserstoff wird dann in Gastanks eingespeichert. Wird dann im Winter mehr Strom benötigt als die Solaranlage liefert kann der Prozess umgekehrt werden und es wird wieder Strom aus dem Wasserstoff gewonnen. Dabei entsteht Prozesswärme, die als Heizungsunterstützung oder für die Warmwasseraufbereitung genutzt werden kann. Je nach Größe der Solaranlage und benötigtem Strom im Winter kann die Anzahl der Gastanks ausgelegt werden.

Somit kann überschüssige Solarenergie aus dem Sommer für den Winter genutzt werden. Im Vergleich zu einer Solaranlage mit großem Batteriespeicher ist somit eine teilweise oder sogar vollständige Autarkie vom Stromversorger zu erreichen.

Strom aus Wasserstoff zum Betrieb einer Wärmepumpe?

Leider sind Solaranlagen mit Wärmepumpen keine Traumpaar, auch wenn dies oft so verkauft wird. Im Sommer hat man zu viel Solarstrom, im Winter viel zu wenig um eine Wärmepumpe zu betreiben. Gerade im Altbau, selbst wenn dieser saniert ist, sind die Heizlasten so groß, dass höchstens in den Übergangsmonaten die Wärmepumpe durch Solarstrom unterstützt werden kann. Hier fand ich die Idee sehr interessant im Winter über Wasserstoff wieder Strom für die Wärmepumpe zu erzeugen.

Nach genauerem studieren der Datenblätter der Picea Anlage von Home Power Solutions kam dann neben den aktuell trotz Förderung hohen Kosten das Problem der Speichermenge:

In einem Picea Druckgasflaschenbündel XL (1m x 1m x 2m) können im Auslieferzustand und abhängig vom Lastprofil ca. 300kWh elektrische Energie gespeichert werden. Wenn ich mit einem Wärmeverbrauch von 20.000kWh und einem guten SCOP von 4 der Wärmepumpe ausgehe bräuchte ich alleine 5.000kWh Strom für den Betrieb der Wärmepumpe. Dies bedeutet ich bräuchte mindestens 17 Druckflaschenbündel XL um die 5.000kWh (17 * 300kWh = 5100kWh) speichern zu können. Wir haben ein großes Grundstück, aber 17m2 für Wasserstoffflaschen ist schon eine Menge. In der Praxis liegt in unserem Altbau der Heizwärmeverbrauch sogar eher zwischen 20.000 und 30.000kWh.

Insgesamt wird die Effizienz der Picea Anlage mit 90% angegeben, wenn die Prozesswärme mit genutzt wird. Die reine elektrische Effizienz liegt dabei laut Home Power Solutions bei:

  • der Elektrolyse (Strom -> Wasserstoff) bei ca. 70%
  • der Brennstoffzelle (Wasserstoff -> Strom) bei 50-60%

Letztendlich bedeutet dies, dass aus 1kWh Solarstrom im Sommer nach Elektrolyse und Brennstoffzelle ca. 0,42kWh Strom im Winter nutzbar sind. Hinzu kommen vermutlich noch Verluste durch die Nutzung des Batteriespeichers.

Berechne ich also den notwendigen Solarstrom um bei einem elektrischen Wirkungsgrad von 42% meine Wärmepumpe im Winter zu Versorgen bräuchte ich ca. 11905kWh Solarstrom. Dies liegt bereits höher, als der prognostizierte Ertrag meine Solaranlage.

Autarkie und Umweltschutz

Die Picea Anlage ist aktuell die einzige mir bekannte Lösung um Autark die eigene Strom- und Wärmeversorgung sicherzustellen.

Aus Umweltschutzgründen ist es sicherlich sinnvoller den Strom ohne die Wandlungsverluste zum Erzeugungszeitpunkt zu nutzen und dann im Winter durch externe Energiezufuhr die Wärmepumpe zu betreiben. Leider reicht selbst an sonnigen Tagen der Solarstrom mit dem Windstrom nicht vollständig aus um auf Kohle-, Gas- und Atomstrom vollständig verzichten zu können. Erst wenn die “grüne” Energie in solchen Überschüssen zur Verfügung steht macht es umwelttechnisch Sinn diesen zu Wasserstoff umzuwandeln. Vorher steigert es aber dennoch die Unabhängigkeit des betroffenen Gebäudes.

Fazit zur Stromspeicherung in Wasserstoff

Ich finde das Konzept von Home Power Solutions weiterhin sehr interessant. Aktuell schrecken mich aber hauptsächlich die hohen Kosten (laut Webseite ca. 85.000 – 125.000 Euro Brutto abzüglich Förderungen und jährlicher Wartungsvertrag von 499 Euro) ab. Der Betrieb mit einer Wärmepumpe wird praxistauglich damit aus meiner Sicht nur im gut gedämmten Neubau funktionieren. Für einen Altbau sind die benötigten Anlagen einfach zu groß und noch zu teuer. Außerdem muss man sich Gedanken über das Thema Umweltschutz und Autarkie machen. Eventuell werde ich zukünftig mal ein konkretes Angebot erfragen um die Wirtschaftlichkeit und den effektiven kWh Strompreis für aus einer Picea Anlage im Winter erzeugten Strom zu nutzen.

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