Gebäudeversorgung solarelektrisch
Bodenplatte wird zum Speicher für PV-Überschuss
Während üblicherweise Wasser oder Luft als Energieträger zum Aktivieren des Betonkerns eingesetzt werden, erfolgt dies beim Firmengebäude von my-PV in Österreich erstmalig per Elektroheizdrähte, die in das Fundament eingegossen wurden. Dies ist nur eine von mehreren Maßnahmen, Eigenstrom zu nutzen. Die Ergebnisse aus dem Monitoring der Haustechnik, in dem stets die Kategorien Energienutzung, Energieherkunft und PV-Überschuss dargestellt sind, liegen vor und sie sind beeindruckend.
Ein solarelektrisches Gebäude benötigt thermische Speichermasse, um den Tagesgang der Sonnenenergie optimal nutzen zu können. Bauteilaktivierung bzw. Betonkernaktivierung sind etablierte Begriffe, die das Konzept einer Fundamentplatte als Wärmespeicher beschreiben. Erstmalig erfolgt das Aktivieren nun anhand von „Kabel statt Rohre“ mittels Photovoltaikwärme. Der Beton wird somit zum Tagspeicher für PV-Überschuss.
Die Energie dafür wird zum größten Teil des Jahres von der Sonne zur Verfügung gestellt. Eine 100 kWp Photovoltaikanlage, die auf dem Pultdach und an der Fassade des Gebäudes angebracht wurde, stellt hierfür massiv Überschussenergie bereit, die optimal mit der im Gebäude vorhandenen thermischen Speichermasse genutzt werden kann.
Power to Heat
Regenerative Energieerzeuger wie Photovoltaik unterliegen naturgemäß einer schwankenden Produktion. Der Bedarf von Raumwärme deckt sich zeitlich oft nicht unmittelbar mit dem zur Verfügung stehenden Überschuss an sauberer Umweltenergie. Durch die Speicherung der anfallenden Produktionsspitzen in der Bauteilmasse lässt sich aber ein erheblicher Anteil der zur Verfügung stehenden PV-Überschussleistung unmittelbar vor Ort in sinnvoller Weise nutzen. Ergänzend wird die Netzeinspeisung wesentlich vermindert. Die riesige Masse des Betons stellt dabei ein geeignetes und kostengünstiges Speichermedium für Wärme dar und ermöglicht auch bei ganzjähriger Betrachtung hohe Autarkiegrade. Um ungewollte Wärmeverluste in Richtung Erdreich zu begrenzen, wurde unterhalb der Fundamentplatte eine Dämmschicht angelegt.
Grundvoraussetzung für ein solches Konzept ist ein hoher, zeitgemäßer Dämmstandard des Gebäudes. Denn die Oberflächentemperatur der aktivierten Fundamentplatte kann nur wenige Grad über der gewünschten Raumtemperatur liegen. Andernfalls würde die Behaglichkeit in den Räumen beeinträchtigt werden. Das Firmengebäude erreicht den thermischen Standard eines Niedrigenergiehauses.
Unter der Lupe
Durch den my-PV Leitsatz „Kabel statt Rohre“ reduzieren sich die materiellen und monetären Aufwände für die Haustechnik signifikant. Im Einfamilienhaus, wie auch im mehrgeschossigen Wohnungsbau, wurde das Konzept bereits mehrfach erfolgreich umgesetzt. Doch ist solarelektrische Haustechnik auch für ein Produktionsgebäude funktionstauglich und sind damit hohe Autarkiegrade erreichbar? Da es sich um ein Pilotprojekt handelt, ließ sich hier nicht auf vorhandene Erfahrungen bauen. Nun liegen die Ergebnisse aus den ersten Betriebsjahren vor.
In der erstmaligen Gesamtjahresbetrachtung wurde der Zeitraum von November 2021 bis Oktober 2022 unter die Lupe genommen. Die Ergebnisse waren auch in der Ganzjahresbetrachtung mehr als beachtlich. Mit damals atypischen Einspeisetarifen waren die Ergebnisse durchweg nicht nachhaltig, genauer gesagt negativ: my-PV erhielt Geld, statt Betriebskosten für die vier Sektoren (Warmwasser, Heizung, Elektromobilität und Strom) zu zahlen (Ergebnisse s. Link/QR-Code).
Auch wenn diese Analysen schon recht aussagekräftig das Konzept des solarelektrischen Firmengebäudes und die Funktionsweise von Photovoltaikwärme untermauern, war ein entscheidender Faktor immer etwas verschoben: die Energiepreise. Diese haben sich im Kalenderjahr 2023 gegenüber den letzten Analysen massiv verändert. Während my-PV zuletzt aufgrund völlig verschobener Verhältnisse am Energiemarkt einen fünfstelligen Ertrag (!) für den Betrieb des Gebäudes verzeichnen konnte, sind die Tarife für Netzbezug und Einspeisung mittlerweile wieder annähernd auf Vorkrisenniveau. Mit Kosten von 8.766 € für den Strombezug und Erlösen von 8.361 € für die Einspeisung, ergeben sich unter dem Strich für das Jahr 2023 Betriebskosten von lediglich 405 €. Dieser Betrag beinhaltet die Versorgung aller Energiesektoren zusammen. Das bedeutet nicht nur den normalen Betriebsstrom (auch für Teile der Produktion und Entwicklung), sondern auch Strom für die benötigte Restwärmemenge zur Warmwasserbereitung und Heizung, die nicht mit Photovoltaiküberschuss abgedeckt werden konnte, sowie den Strom zum Beladen der Elektrofahrzeuge (firmeneigene und private Fahrzeuge).
Zwei Energiesektoren massiv erhöht
Das starke Unternehmenswachstum im Jahr 2023 ist vor allem an zwei Energiesektoren ablesbar. Während es bei der Energie für Raumwärme und Betriebsstrom nur minimale Veränderungen im Vergleich zur letztmaligen Betrachtung gab, ist beim Warmwasser und bei den Elektrofahrzeugen ein massiver Anstieg festzustellen. So beträgt die im Jahr 2023 aufgewendete Energiemenge zur Warmwasserbereitung mittlerweile über 1.000 kWh. In einem normalen Wohngebäude entspricht das zwar gerade einmal der Energiemenge, die eine Person pro Jahr für Warmwasser benötigen würde, aber im my-PV Betriebsgebäude wird Warmwasser faktisch nur zum Händewaschen bzw. in geringen Mengen in der Küche gebraucht. Das Bemerkenswerte an dieser Zahl ist eigentlich, dass hier eine Verdoppelung gegenüber der letzten Auswertung auffällt. Das spiegelt sich auch in der Entwicklung des Unternehmens mit dem damit verbundenen personellen Wachstum wider. Gleiches gilt für die Verwendung von Strom zur Beladung der E-Autos. Dies betrifft nämlich nicht nur die Firmenflotte, sondern auch private Elektrofahrzeuge. my-PV bietet seinen Mitarbeitern nämlich kostenlose Lademöglichkeiten auf den Parkflächen, und auch hier ist mit 14.700 kWh im Jahr 2023 annähernd eine Verdoppelung zum Jahr 2022 ersichtlich.
Bilanziell energieautark
Das solarelektrische Firmengebäude hat es auch im zweiten vollen Betriebsjahr wieder geschafft: Die bilanzielle Autarkie war 2023 trotz massiven Wachstums beim Personal abermals positiv und lag bei 217,7 %. Dieser Wert ergibt sich aus der Bilanz der Netzeinspeisung und des Netzbezugs.
Mehr als die Hälfte der benötigten Energie für Strom, Wärme und Mobilität liefert die 100 kWp PV-Anlage in der Fassade und auf dem Dach des Gebäudes. So wurden 55,2 % der gesamten Energie zum Betrieb direkt aus dem eigenen Solarkraftwerk geliefert. Die restlichen 44,8 % des Strombedarfs bezog my-PV aus dem Netz. Gleichzeitig wurde aber mehr als die doppelte Solarstrommenge eingespeist. Der Eigenverbrauch lag bei 36,2 %, was für eine Anlage mit dieser Leistung und beim vorliegenden Verbrauchsprofil ebenfalls ein sensationeller Wert ist. Möglich machen das die Produkte von my-PV, die feinste Nuancen des Überschusses sehr schnell und präzise, weil wirklich stufenlos und netzkonform, zur Erzeugung von Photovoltaikwärme nutzen, und das nicht nur für das Warmwasser, sondern vor allem auch zur solarelektrischen Heizung durch Bauteilaktivierung per Heizdrähte.
Fazit
Im Niedrigenergiegebäude der Zukunft ist alles rein elektrisch, größtenteils solarelektrisch. Das gilt – zum wiederholten Mal belegt – von nun an auch für die Heizung in Gewerbeobjekten. Das Firmengebäude von my-PV hatte gegenüber konventioneller Haustechnik mit Wärmepumpe niedrigere Investitionskosten und brachte im Vorjahr Betriebskosten von lediglich 405 € mit sich. Dabei inkludiert dieser äußerst niedrige Wert – neben dem Strombedarf – auch noch die Kosten für Warmwasser, Raumwärme und Elektromobilität. Wärmeerzeugung, die ohne bewegliche Teile auskommt, ist dazu nicht nur komplett wartungsfrei, sondern auch völlig geräuschlos. „Kabel statt Rohre“ vereinfachen die Installation und den Betrieb. Das Konzept der solarelektrischen Heizung ist für Niedrigenergiegebäude geeignet und bei entsprechender Dimensionierung der PV-Anlage außerdem sauber und nachhaltig. Zur Bilanz 2022 geht es über den Link https://t1p.de/tab-24-7-mypv oder den QR-Code.
Vergleichsüberlegungen
Die Jahresarbeitszahl des solarelektrischen Konzepts erreichte 2023 einen Wert von 6,38. Doch wie kann eine rein elektrische Haustechnik eine Jahresarbeitszahl haben? Ein elektrischer Wärmeerzeuger für sich allein hat ebenso wenig eine Jahresarbeitszahl wie der Wasserkreis einer Fußbodenheizung. Erst das Gesamtsystem ermöglicht einen solchen Faktor. Für die Wärmepumpe heißen die erforderlichen Systemkomponenten Verdampfer, Kompressor, Kondensator und Drosselventil. Über den Verdampfer wird Umweltenergie aufgenommen. Bei Luftwärmepumpen ist die Wärmequelle die Umgebungsluft. Erwärmt wird diese von der Sonne. Anstelle des Verdampfers rückt bei der solarelektrischen Variante nun die Photovoltaikanlage. Die ursprüngliche Quelle der Umweltenergie ist somit ebenfalls die Sonne. Der Energieträger ist nun elektrischer Strom anstelle eines Kältemittels, dünne Kabel ersetzen nicht nur aufwändige Rohrsysteme, sondern auch aufwändige Technik, die ohne regelmäßige Wartung gar nicht auskommen kann. Für das solarelektrische Konzept ist die Photovoltaik das, was der Verdampfer für die Wärmepumpe ist.
