Wie spei­chert man
über­schüs­sige Energie?

Modernes Einfamilienhaus mit einer Photovoltaikanlage.

Besitzer von Photo­vol­taik-Anlagen kennen folgende Situa­tion: Die Solar­an­lage produ­ziert Strom, der direkt verbraucht werden kann. Wird mehr Energie als nötig erzeugt, lagern sie diesen im haus­ei­genen Strom­spei­cher zwischen. Doch wohin mit über­schüs­sigem Strom, wenn auch der Ener­gie­spei­cher voll ist? Von ausge­feilten Spei­cher­sys­temen bis hin zu virtu­ellem Spei­chern in der Cloud gibt es zahl­reiche Möglich­keiten.



Welche Spei­cher­sys­teme
gibt es für über­schüs­sigen Strom?

Die Strom­pro­duk­tion aus erneu­er­baren Ener­gien schwankt ebenso wie die Strom­nach­frage. Bei starkem nächt­li­chen Wind oder in der Mittags­zeit, in der Solar­an­lagen die meiste Energie erzeugen, verzeichnen die Haus­halte einen gerin­geren Strom­be­darf. Speisen wir diese Energie nicht ins öffent­liche Netz, dann ist es umso wich­tiger, den in Hoch­zeiten über­schüs­sigen Strom zu spei­chern. Am besten gelingt dies mit einem intel­li­genten Ener­gie­ma­nage­ment­system.

Damit saubere Energie aus Wasser, Wind und Sonne rund um die Uhr verfügbar ist und flexibel genutzt werden kann, gibt es auch für den Heim­be­reich Spei­cher­sys­teme. Mit den passenden Soft­ware-Lösungen und einer intel­li­genten Haus­au­to­ma­tion lassen sich diese Anlagen in Echt­zeit steuern und über­wa­chen. 

Für Spei­cher­sys­teme, die über den Haus­ge­brauch hinaus gehen und deutsch­land­weit die Elek­tri­zi­täts­ver­sor­gung unter­stützen, gibt es mecha­ni­sche Pump­spei­cher­kraft­werke. Hier wird die über­schüs­sige Energie genutzt, um Wasser in ein höher gele­genes Becken zu pumpen. Bei Strom­be­darf wird dieses über Fall­rohre zu Turbinen herab­ge­lassen und Gene­ra­toren wandeln die Lage­energie des Wassers in elek­tri­sche Energie um.

Diese mitt­ler­weile perfekt ausge­reifte Tech­no­logie gibt es seit den 1920er Jahren und ermög­licht die Strom­ver­sor­gung, wenn die Nach­frage die Produk­tion über­steigt. Inner­halb von zwei Minuten können die Kraft­werke von Still­stand auf Voll­last gefahren werden. Neben der kurzen Reak­ti­ons­zeit ist auch der Wirkungs­grad der wieder­ge­wonnen Energie hoch: Bis zu 85 Prozent der poten­ti­ellen Energie können in Elek­tri­zität umge­wan­delt werden.



Welche modernen Ener­gie­spei­cher
gibt es für über­schüs­sigen Strom?

Zu den relativ modernen chemi­schen Spei­chern gehören die Batte­rie­spei­cher, die auf Blei­säure oder auf Lithium-Ionen basieren. Ihr Nach­teil: Sie entladen sich selbst und haben nur eine bestimmte Lebens­dauer. Für eine zuver­läs­sige, statio­näre Spei­che­rung sollen nunmehr soge­nannte Redox flow – Batte­rien zum Einsatz kommen. Derzeit ist die Tech­no­logie noch etwas teuer für den Heim­ge­brauch.

Im Unter­schied zu herkömm­li­chen Batte­rie­spei­chern wird bei den „Fluss­bat­te­rien“ das ursprüng­liche Spei­cher­me­dium außer­halb der Umwand­lungs­ein­heit gespei­chert. Verein­facht gesagt durch­fließen (englisch „flow“) zwei verschie­den­ar­tige Flüs­si­ge­lek­tro­lyte den Ener­gie­wandler der Batterie im Red-Ox-Prinzip: Sie geben dabei Elek­tronen ab (Reduk­tion) und nehmen auch Elek­tronen auf (Oxida­tion). Diese Reak­tion ist quasi unend­lich umkehrbar und ermög­licht unbe­grenztes Auf- und Entladen. Die höhere Lebens­dauer sowie die sehr geringe Selbst­ent­la­dung spre­chen außerdem für eine Nutzung als statio­näre Strom­spei­cher.

Ein weiteres Nischen­pro­dukt um über­schüs­sige, erneu­er­bare Energie zu spei­chern, ist die Cloud. Es ist ein virtu­elles Spei­cher­system, das beson­ders für Betreiber von Solar­an­lagen inter­es­sant ist. Wie bei Daten­spei­chern im Internet wird hier der über­schüssig erzeugte Strom der Solar­an­lage direkt in einer Solar­cloud gespei­chert – also als Guthaben verzeichnet. Bei Bedarf wird er wieder ausge­zahlt. Die verschie­denen Abläufe werden über die Tech­nik­zen­trale gesteuert. Diese Cloud-Lösung kann sich aller­dings als teuer erweisen, da eine monat­liche Grund­ge­bühr für die virtu­ellen Spei­cher anfallen.  

Erfahren Sie in unserem Elek­tro­kosten-Guide mehr über die Elektro-Instal­la­tion unter Berück­sich­ti­gung von Strom­spei­chern.


Power-to-X –
was sagt die Forschung zur Strom­spei­che­rung über­schüs­siger Energie?

Um noch größere Mengen an Energie aufzu­be­wahren, arbeiten und bauen die Forscher in ganz Europa konti­nu­ier­lich an weiteren Lösungs­an­sätzen. Die wohl inno­va­tivste Tech­no­logie für die Spei­che­rung bei Strom­über­schuss stellen die Power-to-X – Verfahren dar. Über chemi­sche Reak­tionen erzeugt der über­schüs­sige (möglichst grüne) Strom Gas oder Wärme, die beide als geeig­nete Ener­gie­träger gelten.

Insbe­son­dere das Power-to-Gas – Prinzip scheint viel­ver­spre­chend: Die über­schüs­sige Energie wird für die Wasser­elek­tro­lyse genutzt – also die Spal­tung von Wasser in Sauer- und Wasser­stoff. Der gewon­nene „grüne“ Wasser­stoff (inso­fern grüne Energie genutzt wurde) wird in synthe­ti­sches Methan umge­wan­delt. Dieses Gas wird einfach ins Erdgas­netz einge­speist und so über einen längeren Zeit­raum zwischen­ge­spei­chert. Der Wasser­stoff kann ebenso in Methanol gebunden werden und stünde über die bereits exis­tie­rende Infra­struktur von Benzin und Diesel zur Verfü­gung.

Solarpanels und Windkraftanlage.

Fazit

Eine effi­zi­ente Spei­che­rung von über­schüs­sigen, erneu­er­baren Ener­gien erfor­dert unter­schied­liche Tech­no­lo­gien. Für die eigenen vier Wände bietet sich eine Kombi­na­tion aus Solar­an­lage mit elek­tri­schen Strom­spei­chern an, die eine konti­nu­ier­liche Versor­gung mit sauberem Strom absi­chern. Doch auch virtu­elle Solar­clouds kommen für Gemein­schaften immer mehr zum Einsatz, da sie sich gegen­seitig belie­fern können.

Pump­spei­cher­kraft­werke hingegen können eine größere Menge an über­schüs­siger Energie aufnehmen und dienen dank ihrer hohen Leis­tungs­ka­pa­zi­täten der Netz­sta­bi­li­sie­rung. Zukunfts­wei­send bauen die Forscher aller­dings auf neue Spei­cher­me­thoden wie die Power-to-X-Tech­no­lo­gien oder die Redox-Flow-Batte­rien. Alle Spei­cher­sys­teme haben das gleiche Ziel: die Versor­gungs­si­cher­heit durch über­schüssig erzeugte Energie erhöhen.

 

Quellen:

Spei­cher­ka­pa­zi­täten für Erneu­er­bare, Minis­te­rium für Umwelt, Klima und Ener­gie­wirt­schaft Baden-Würt­tem­berg

Was ist eigent­lich grüner Wasser­stoff?, Bundes­mi­nis­te­rium für Wirt­schaft und Energie

Grüner Wasser­stoff auf See: Wind­ener­gie­an­lagen mit inte­griertem Elek­tro­ly­seur, Fraun­hofer IMWS

Über­blick zu Förder­instru­menten zur Grün­dungs- und Wachs­tums­fi­nan­zie­rung, Bundes­mi­nis­te­rium für Wirt­schaft und Energie