Stromerzeugung

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Elektrotechnik-Fachwissen - Mario Noß

Wer Themen wie z. B. das Ohmsche Gesetz, der elektrische Widerstand o.ä. nicht mehr gut parat hat, sollte sich online wieder fit machen. In allen technischen Ausbildungsberufen wird eine gute Kenntnis aus den Schulfächern Mathematik und Physik vorausgesetzt.

Viele Eigenheimbesitzer haben den Wunsch, ihren Strom selber zu erzeugen und so möglicht unabhängig von dem Stromversorger zu sein. Es gibt zahlreiche Wege (Photovoltaik, Windkraft, BHKW), seinen eigenen Strom zu generieren.
Der selbst erzeugte Strom hat nicht nur den Vorteil einer gewissen Unabhängigkeit gegenüber dem Stromanbieter. Der überschüssige Strom kann auch ins öffentliche Stromnetz eingespeist werden und erhält dafür eine Einspeisevergütung. Diese liegt zur Zeit bei PV-Anlagen mit <10 Kilowatt-Peak (kWp) bei durchschnittlich 6,63 Cent pro Kilowattstunde (kWh) bei Solarstrom. Für den Strom, der mit einer Windkraftanlage erzeugt wird, erhalten Privatbetreiber etwa acht Cent pro kWh, die sie ins öffentliche Stromnetz einspeisen. BHKW-Besitzer erhalten für die Einspeisung im 2. Quartal durchschnittlich 17 Cent pro kWh.
Dabei sollte man aber beachten, dass vorab die Erlaubnis gemäß dem Stromsteuerrecht für selbst erzeugten Strom benötigt wird und der Stromnetzbetreiber informiert werden muss. Außerdem kann unter Umständen auch eine Stromsteuer für den erzeugten Strom fällig werden.
Ob für eine PV-Anlage ein Gewerbe angemeldet werden muss, hängt von der Anlagengröße ab und ob der Solarstrom verkauft werden soll. Anlagen an oder auf Gebäuden bis 30 Kilowatt-Peak sind rückwirkend zum 1. Januar 2022 von der Gewerbesteuerpflicht befreit. Eine Gewerbeanmeldung ist damit nicht nötig.
Für Anlagen mit mehr als 30 Kilowatt-Peak sollten innerhalb von vier Wochen nach Inbetriebnahme als Gewerbe angemeldet werden.

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Photovoltaik

Mini-PV-Anlagen werden auch "Stecker-Solar-Gerät", "Balkon-Solarmodul" "Plug-and-Play"-Photovoltaikanlage oder "Guerilla-PV-Anlage" genannt. Sie speisen den Strom direkt ins Stromnetz des Hauses bzw. der Wohnung ein, wo er dann von den angeschlossenen und eingeschalteten Elektrogeräten verbraucht wird. Wichtig ist, dass der vorhandene Stromzähler (Bezugszähler) nicht rückwärts laufen darf, falls der Eigenverbrauch zu gering ist.
Obwohl die Hersteller damit werben, dass jeder seinen eigenen Strom erzeugen kann, warnt der Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V. (VDE) vor den Risiken. Hier hat aber das europäische Parlament unlängst den "Entschließungsantrag zur Strom- und Wärmeerzeugung in kleinem und kleinstem Maßstab" herausgegeben, der sich mit der dezentralen Energiewende beschäftigt. Dieses Dokument umfasst, neben den Mini-Heizkraftwerken, auch Kleinstanlagen im Bereich der Photovoltaik. Die EU fördert dadurch das Potential der Kleinstanlagen und hat somit ihr Potential erkannt.

Funktionsweise:
Die Miniaturanlage ist mit Solarzellen ausgestattet, die Licht in Gleichstrom verwandeln können.
Es handelt sich um die gleichen Zellen, die auch in großen Anlagen zum Einsatz kommen. Diese werden bei den Kleinanlagen ebenfalls miteinander verbunden, um eine möglichst große Menge an Energie zu erzeugen.
Es handelt sich an dieser Stelle jedoch noch um Gleichstrom.
Der mitgelieferte Wechselrichter, welcher sich ebenfalls nur in der Größe von den gewöhnlichen PV-Anlagen unterscheidet, wandelt diese Energie in Wechselstrom um.
Dabei wird die Frequenz, Spannung und Phase an die Netzspannung angepasst.
Über eine gewöhnliche Kabelsteckverbindung wird der Strom in die Steckdose und somit ins Hausnetz eingespeist.
Die Energie wird praktisch umgehend verbraucht. Komponenten, wie eine Kühltruhe oder der Kühlschrank, die ununterbrochen in Betrieb sind und Strom verbrauchen, können praktisch damit betrieben werden.
Wird nun mehr Strom erzeugt, als verbraucht wird, so können Anlagen mit einem mitgelieferten Akku die Energie speichern und beispielsweise in der Nacht oder an dunklen Tagen abgeben. Es wird daher kein erzeugter Strom verschwendet.
Die grundsätzliche Idee hinter der Technik bestand lediglich darin, die großen PV-Anlagen für den Hausgebrauch nutzbar zu machen. Daher wurden Module und Wechselrichter einfach verkleinert. Sobald die Sonne scheint, fließt nun auch der Strom. Insbesondere Unterhaltungselektronik im Stand-by Modus und die angesprochenen Dauerrenner (Kühlschrank, Gefriertruhe, PC, Router, Heizung, Telefon etc.) werden in ihrem Stromverbrauch entlastet.
Der Anschluss erfolgt über die herkömmliche Schutzkontakt-Steckdose (Schuko-Steckdose). Sollte der Wechselrichter nicht mit einem 230-Volt-Netz verbunden sein, so sollte er sich automatisch abschalten. Durch die eingespeiste Energie läuft der Zähler nicht rückwärts. Die meisten haben sogar einen Rücklaufschutz. Dafür laufen die Zähler, durch den geringeren Verbrauch aus dem staatlichen Netz, langsamer! Quelle: Web Marketing Weimar Andreas Lange

In diesem Zusammenhang sollte man auch einmal die rechtliche Lage betrachten.
Die rechtlichen Bedenken zum Einbau eine Mini-PV-Anlage haben sich inzwischen erledigt. Aber es gibt zu diesem Thema immer noch die unterschiedlichsten Aussagen, die von den ca. 700 Netzbetreibern in Deutschland getätigt werden. Viele Betreiber sprechen in diesem Fall von einem kostenlosen Zähleraustausch. Dieses Argument ist verständlich, denn der Stromzähler darf in keinem Fall rückwärts laufen. Da die ständig laufenden Elektrogeräte den erzeugten Strom sofort verbrauchen, ist das eine vorgesehene Maßnahme, um eine Einspeisung in das öffentliche Netz zu verhindern.
Im Februar 2017 trat die DIN VDE 0100-551 "Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel – Andere Betriebsmittel – Abschnitt 551: Niederspannungsstromerzeugungseinrichtungen" in Kraft. Dort sind die Anforderungen für die Einrichtung von Kleinstanlagen zur Stromerzeugung geregelt. Daraus ergibt sich, dass Solarmodule (Komplettpakete) für die Steckdose legal sind. Dies gilt Natürlich müssen sich die Hersteller und die Betreiber an die gesetzlichen Vorgaben halten. Beim Netzbetreiber muss die Anlage angemeldet werden.
Nach der DIN VDE V 0100-551-1 - 2018-05 "Errichten von Niederspannungsanlagen" können die Netzbetreiber durch das unkomplizierte Verfahren zur Anmeldung einer Mini-PV-Anlage Anmeldeformulare entwerfen.
Um die Rechtssicherheit zu festigen, wird an zwei weiteren Normen gearbeiet. Hier handelt es sich um die DIN VDE V 0628-1 - 2018-02 "Energiesteckvorrichtungen" und eine Produktnorm, die die Anforderungen der Plug & Play Systeme regelt. Mit der Fertigstellung wohl nicht vor 2019 zu rechnen sein.
Verbraucher können Steckdosen-Solargeräte zur privaten Stromerzeugung bis zu einer Gesamtleistung von 600 Watt jetzt selbst beim Netzbetreiber anmelden, statt wie bisher über einen Elektroinstallateur. Rechtssicher möglich macht dies eine Neuregelung der Norm VDE-AR-N 4105, die am 27. April 2019 in Kraft tritt. Verabschiedet wurde sie in einem Normierungsverfahren vom Forum Netztechnik/Netzbetrieb im VDE (FNN), das in Deutschland die Regeln für den Netzanschluss von Erzeugungsanlagen erarbeitet.
Stichpunkte
• Stromzähler muss Rücklaufsperre haben
• Netzbetreiber müssen Anmeldung durch Laien akzeptieren
• In Deutschland sind rund 40.000 Balkonmodule im Einsatz
Wenn der Netzbetreiber sich querstellt, dann sollten die DIN-Vorschriften angesprochen werden und Kontakt mit dem VDE (Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V.) oder der Deutschen Gesellschaft für Sonnenenergie aufgenommen werden.

PV-Balkonmodule bis 600 Wp Leistung können jetzt direkt beim Netzbetreiber gemeldet werden

Quelle: Deutsche Gesellschaft für Sonnenenergie Landesverband Berlin Brandenburg e.V.
Fragen und Antworten zu steckbaren Solar-Geräten - Deutsche Gesellschaft für Sonnenenergie Landesverband Berlin Brandenburg e.V.
DGS veröffentlicht FAQs zu Stecker-Solar-Geräten - pv magazine group GmbH & Co. KG

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Verbraucherzentrale Nordrhein-Westfalen e.V.
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Arne Gonschor, wegatech greenergy GmbH

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Photovoltaik / Fotovoltaik

Windkraft

Die Kleinwindkraftanlagen sind im Gegensatz zu Photovoltaikanlagen zur Zeit für Privathaushalte noch eine Seltenheit. Diese Anlagen werden hauptsächlich für autarke Inselanlagen bei Ferien- und Wochendhäusern, in Kleingärten und auf Booten bzw. Schiffen eingesetzt. Eine Hybridanlage, die aus einer PV-Anlage und Windkraftanlage den Strom zur Eigennutzung bzw. Netzeinspeisung herstellt oder zum Laden eines großen Solarakkus genutzt werden kann. Durch die bivalente Lösung wird die Nutzungszeit verlängert, da dann auch bei bewölktem und stürmischem Wetter (auch in der Nacht) Strom erzeugt wird.

Da die Hochsaison für Kleinwindkraftanlagen im Winterhalbjahr liegt, sind sie eine ideale Ergänzung zur Photovoltaik bei einer Inselversorgung (Inselbetrieb).

Kleinwindkraftanlagen müssen genehmigt werden und den Vorschriften inbezug auf Geräusche und Schattenwurf entsprechen. Leider entscheiden die regionale Behörden immer noch unterschiedlich. Die Bauämter können hier Auskünfte erteilen. In einigen Bundesländern sind Anlagen bis zu 10 m Höhe genehmigungsfrei, aber verzichten nicht auf ein statisches Gutachten.

Kleinwindanlage kaufen: Ultimativer Leitfaden vom neutralen Experten - Patrick Jüttemann

Autarke Solarstrom-Inselanlagen ®

Strom aus Klein-Windkraftanlagen von ÖKO-Energie ®

Kleinwindkraftanlagen - SiRENA Sicherheitssysteme Projektierung und Beratungs GmbH

Mit der Mikrowindkraftanlage SkyWind NG kann der Wind auf vorhandenen Gebäude oder Hallen direkt auf dem Dach genutzt werden. Die Anlage wird ohne Masten und Fundamente, ohne Kranwagen und ohne aufwändigen Anschluss installiert. Der erzeugte Strom wird dann direkt bei im Gebäude verbraucht. Die Anlage ist, als einzige am Markt, nach neuster VDE 4105, VDE 0124-100 und VDE 0126-1-1 zum Beispiel für den Steckdosenanschluss zertifiziert. Dabei ist der SkyWind im Betrieb außerdem so leise, dass er dank der Prüfung des TÜV Nord selbst in reinen Wohngebieten installiert werden kann.

Das SkyWind NG zeichnet sich durch eine hohe Leistung bei kompakten Maßen und geringem Gewicht aus. Seine vollständige Fertigung aus Metall bedeutet für eine höchste Festigkeit und Haltbarkeit.
Die SkyWind's basieren auf einer patentierten Technologie. Jede Turbine ist dabei nur so gut wie der Wechselrichter zu Ihr passend ist. Hier handelt es sich um ein abgestimmtes Gesamtsystem, dass aus jedem Standort die maximale Leistung generiert. Auch auf Dächern, Hallen und an weiteren Standorten die hinsichtlich Gewicht und Verwirbelung sensibel sind.
Der Rotor ist aus hoch belastbarem Luftfahrtaluminium gefertigt. Gemeinsam mit einem erfahrenen Gutachter wurde die Geometrie des Rotors dabei optimal an die Belastungen angepasst. Das Ergebnis ist ein Rotor mit nur 800 Gramm Gewicht und minimalen Emissionen. Spezielle Beschichtungen verhindern außerdem störende Reflektionen, während der kleine Rotor Drehschatten verhindert. Selbstverständlich ist der Rotor darüberhinaus vollkommen UV-resistent und durch seine geringe Fläche extrem leise im Betrieb. Als einzige Windkraftanlage dieser Größe wurde der SkyWind NG im Testfeld der Windtest Grevenbroich GmbH vermessen. Auch die Wohngebietstauglichkeit ist durch den TÜV-Nord mit einem umfangreichen Schallgutachten bestätigt.

Windkraft

Stromspeicher

Zunehmend werden Stromspeicher in eine Photovoltaikanlage und/oder Kleinwindkraftanlage integriert. Dadurch kann der erzeugten Solarstrom und/oder Windstrom in größeren Mengen selbst verbraucht werden. Die eingesetzte  Speichertechnologie kann durch die Materialien Blei oder Lithium erfolgen. Die Stromspeicher laden grundsätzlich nur Gleichstrom und kann zwischen den Modulen und Wechselrichter im Gleichstromkreis angeschlossen werden. Bei einer Nachrüstung wird der Speicher auch hinter dem Wechselrichter im Wechselstromkreis eingesetzt. Dann hat der Speicher einen eigenen Batteriewechselrichter, der den Strom zum Laden noch einmal umwandelt.
Die Anlage kann in jedes Hausnetz mit 3-Phasen und 230 V Wechselspannung integrieren werden.
Sie basiert auf neuester Lithium-Technologie, die auch bei modernen Elektroautos zum Einsatz kommt. Alle Batteriezellen werden einzeln überwacht und gesteuert. Die Speicherkapazität der Sonnenbatterie reicht von 8 bis 17 kWh. Die zusätzliche Anreicherung mit Yttrium verlängert die Lebenszeit der Batteriezellen.
Die Firma Tesla will unter dem Namen "Powerwall" zwei Akku-Modelle mit Kapazitäten von sieben Kilowattstunden pro Tages- oder zehn Kilowattstunden pro Wochenzyklus anbieten. Die 18 Zentimeter dicken Stromspeicher können an der Hauswand installiert werden. Diese Batteriespeicher sind besonders für private Haushalte und mittelständische Unternehmen geeignet.

Wenn ein Stromspeicher geplant ist, dann sollte dieser eine zukunftsfähige Ausstattung haben, damit er bei einer Systemerweiterung flexibel ist. Ein Stromspeicher kann umfangreiche Aufgaben des Energiemanagements erfüllen, was aber davon abhängt, welche Schnittstellen und Kommunikationsprotokolle das Gerät unterstützt. Wichtig ist auch, dass offene Standards und herstellerübergreifende Lösungen eingebunden werden können. Die Möglichkeit der modularen Erweiterung mit zusätzlichen Speicherblöcken sollte möglich sein.
Der Käufer eines Stromspeichers sollte überlegen, welche Aufgaben zur Zeit und in Zukunft anstehen:

• Anschluss einer Mini-PV-Anlage oder Photovoltaikanlage
• Anschluss einer Klein- bzw. Mikrowindkraftanlage
• Integration einer Wärmepumpe
• Wärmeerzeugung durch Solar- und Windstrom per Heizstab
• Integration einer Ladestation für ein E-Auto
• Steuerung von Heizungs- und Lüftungselementen
• Hausautomatisierung - Smart-Home (Sicherheitssystemen, Waschmaschine, Spülmaschine, Eisschrank)
• Teilnahme an zukünftigen Regelenergiemärkten

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Stromspeicher kaufen fürs Haus 2022: Leitfaden & Testsieger
Patrick Jüttemann, Klein-Windkraftanlagen.com

Die sonnenBatterie – unsere Stromspeicherlösung für Ihr Zuhause
sonnen GmbH
Tesla hängt den Autoakku an die Hauswand

Stromausfall melden

Stromspeicher/Sonnenbatterie

BHKW

Die Verbrennungskraftmaschinen (Motor, Gasturbine) unterscheiden sich insbesondere hinsichtlich der Art der Abwärme. Während bei Verbrennungsmotoren der größte Teil der Abwärme im Kühlwasser anfällt, wird die Wärme beim Gasturbinenprozeß in einem höheren Temperaturbereich durch das Abgas abgegeben. Daraus resultieren u. a. auch die unterschiedlichen Anwendungsfelder dieser beiden Technologien. So werden Gasturbinen insbesondere im Bereich der Industrie zur Bereitstellung von Niedertemperatur-Prozeßwärme (bis 500°C) eingesetzt, während die Motorenanlagen vor allem im Bereich der Raumwärmetemperatur-Bereitstellung ihre Anwendung finden.

• Motor, Gasturbine oder Stirlingmotor als Generatorantrieb / Brennstoffzelle
• Generator zur Stromerzeugung
• Wärmetauschersysteme zur Rückgewinnung der Wärmeenergie aus Abgas, Motorabwärme und Ölkreislauf
• Diverse elektrische Schalt- und Steuereinrichtungen zur Stromverteilung bzw. zum Kraftmaschinenmanagement
• Hydraulische Einrichtungen zur Wärmeverteilung

Insbesondere im Bereich der Raumwärmebereitstellung wird das BHKW-System meistens durch einen Spitzenkessel sowie einen Wärmespeicher ergänzt.
Markus Gailfuß, BHKW-Infozentrum Rastatt

Die Vorteile eines BHKW sind vielfältig, aber für eine objektive Beurteilung müssen auch die zugehörigen Nachteile berücksichtigt werden.

Vorteile

• Bis zu 50 % niedrigere Energiekosten durch gleichzeitige Produktion von Strom und Wärme
• Bis zu 90 % Nutzung der Primärenergie (hoher Wirkungsgrad)
• Bis zu 1/3 weniger Ausstoß des klimaschädlichen CO₂ durch gekoppelte Energieproduktion von Strom und Wärme
• Schonung der Energieressourcen
• Hohe Nachhaltigkeit
• Je nach Betriebsweise – Verbrennungsmotor, Stirlingmotor, Brennstoffzelle – große Flexibilität in der Auswahl der Energieträger (Erdgas, Flüssiggas, Biogas, Heizöl, Holzpellets)
• Mehr Unabhängigkeit von Energieversorgern.
• Weniger Zukauf teuren Stroms aus dem Stromnetz
• Bei einem Stromausfall erzeugt das Blockheizkraftwerk weiterhin Strom
• Wetterunabhängige Energieproduktion
• Kompakte, ausgereifte und geräuscharme Technik
• Platzbedarf wie ein konventioneller Wärmerzeuger
• Einfache Umstellung vom Gaskessel oder Ölkessel zum BHKW
• Mit der Brennstoffzellenheizung ein zukunftsfähiges Heizsystem
• Ein BHKW ist ein fester Bestandteil der Immobilie, was zu einer Wertsteigerung des Hauses führt, weil die Optik des Gebäudes nicht verändert wird.
• Fördergelder von Bund und Ländern

Nachteile

• Hohe Anschaffungs- und Installationskosten (je nach Anlage [ca. 15.000 € Heizung mit Brennstoffzelle für Ein- und Zweifamilienhäuser, 20.000 bis 25.000 Euro; je nach Notwendigkeit Zusatzkosten für Gas-Spitzenlastkessel, Pufferspeicher und Abgasführung, mindestens 30.000 €] Stand 2021)
• Hohe Wartungskosten
• Ohne Wärmebedarf keine Stromerzeugung
• Lange Betriebslaufzeiten erforderlich
• Exakte, individuelle Planung notwendig
• Abhängigkeit von der Preisentwicklung fossiler Energien
Quelle: net4energy GmbH

So planen Sie erfolgreich Ihr BHKW! - scon-marketing GmbH
Mini-BHKW - wie sie funktionieren und was sie kosten - Jascha Schmitz, scon-marketing GmbH
Ausführliche und aktuelle Informationen zu BHKW und KWK - BHKW-Infozentrum GbR
Kleine Blockheizkraftwerke: Die Heizung, die auch Strom liefert - Verbraucherzentrale NRW e.V.

Emissionsminderung an BHKW - Heinrich Baas, Caterpillar Energy Solutions GmbH
Mini-KWK und Mikro-KWK – Prinzip und Vorteile - BHKW-Infozentrum GbR

Brennstoffzellen in BHKW's?
Bei der Brennstoffzelle handelt es sich noch um eine Zukunftstechnologie, die bisher nicht wirtschaftlich in BHKW angewendet werden kann, da sie noch viel zu teuer ist. Es handelt sich auch nicht um einen Motor im eigentlichen Sinne. Die Funktionsweise einer Brennstoffzelle beruht auf der "umgekehrten Wasserelektrolyse". Bei dem Prozess der Wasserelektrolyse wird Wasser mit Hilfe von Strom in die Bestandteile Sauer- und Wasserstoff aufgespalten. Die Brennstoffzelle kehrt dies um und hierbei entsteht Gleichstrom und Wasserdampf als "Abfallprodukt". Diese Technologie bietet viele Vorteile: ein extrem hoher elektrischer Wirkungsgrad von bis zu 50 %, sie arbeiten sehr leise, sind wartungsfrei und in Verbindung zum Beispiel mit einer Photovoltaikanlage absolut emissionsfrei, Doch da Wasserstoff in purer Form so gut wie gar nicht in der Natur kommt, muss dieser erst unter Energiezufuhr (also Elektrolyse) "hergestellt" werden. Darüber hinaus ist Wasserstoff extrem explosiv und daher gefährlich. Der Einsatz von Erdgas ist in diesem Zusammenhang sehr wahrscheinlich, denn aus diesem kann Wasserstoff extrahiert werden.
Einige Hersteller schätzen, dass Ihre Brennstoffzellen- Heizanlagen bis 2020 serienreif sind. Vermutlich wird die Brennstoffzelle viele Technologien verdrängen oder gar ersetzen. Quelle: scon-marketing GmbH

Der Dachs ist kein Waldtier, sondern ..........
Der Dachs - SenerTec Kraft-Wärme-Energiesysteme GmbH
BHKW & KWK - Blockheizkraftwerk & Kraft-Wärme Kopplung - energieheld GmbH
BHKW - Klein- und Mini-Blockheizkraftwerke
Nahwärme - Fernwärme
BHKW-Rechner
Exkursion - BHKW eines Altenheims

BHKW

Strom aus der Luft
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Bakterien-Enzym macht aus Luft Elektrizität
t-online - Ströer Digital Publishing GmbH

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Statistisches Bundesamt
Bauteile einer PV-Anlage
Vom Landwirt zum Energiewirt