Smart Green Home: Unser Zielbild

Im ersten Artikel dieser Reihe habe ich die Vorgeschichte zu unseren Maßnahmen zur Reduzierung des CO₂-Fußabdrucks unseres Reihenhauses beschrieben.

Heute betrachten wir unser Zielbild und was wir bis heute erreicht haben.

Unser Betriebskonzept: Energiebezug minimieren, Eigenverbrauch maximieren, Netzeinspeisung vermeiden

Wenn wir jetzt an die Sache rangehen, dann richtig. Unser neues Betriebskonzept soll unseren CO₂-Fußabdruck durch Minimierung unseres externen Energiebezugs so weit wie möglich reduzieren. Gleichzeitig wollen wir so viel der noch benötigten Energie wie möglich selbst erzeugen. Gerade der Mehrverbrauch an Strom durch die Wärmepumpe muss ausgeglichen werden.

Zur Stromerzeugung liegt nichts näher als eine Photovoltaik-Anlage. Damit die dadurch entstehende elektrische Energie optimal selbst genutzt werden kann, muss diese durch einen entsprechend dimensionierten Akku ergänzt sein. Außerdem sollen Überschüsse, die gerade im Sommer über die Kapazität des Akkus hinausgehen, als Wärme im Pufferspeicher eingespeichert werden.

Zudem soll die Anlage fähig sein, das Haus im Falle eines Stromausfalls eine Zeit lang versorgen zu können.

Wärmeerzeugung: Eine Wärmepumpe muss her

Glücklicherweise ist der lokale Handwerksbetrieb, der sich bisher um die Wartung und Instandhaltung der Gastherme gekümmert hat, ebenso renommiert für den Einbau von Wärmepumpen. Da dort unser Nutzungsprofil und die baulichen Gegebenheiten bekannt waren, konnte man uns schnell ein entsprechendes Angebot mit einer passend dimensionierten Wärmepumpe machen. Sie fiel für mich überraschend deutlich kleiner als die Gastherme aus, was aber den effizienten Betrieb fördern soll.

Zusätzliche Schwierigkeit: Aufgrund der Dachzentrale und der nicht vorhandenen Unterkellerung ist die klassische Monoblock-Bauweise vor der Haustür oder im Garten eher schwer umzusetzen. Also fiel die Wahl auf ein Split-System, bei dem es eine Außen- und eine Inneneinheit gibt. Doch wohin mit der Außeneinheit? Hier hatten wir diese Möglichkeiten erwogen:

• Aufstellung auf dem Dach / Integration in das Dach: Für die Wärmepumpen-Modelle, die in die nähere Auswahl gekommen sind, wäre eine Aufstellung der Außeneinheit auf dem Dach bzw. eine teilweise Integration mit einer Abdeckhaube in das Dach möglich gewesen. Dies hätte kurze Leitungswege zwischen Außen- und Inneneinheit als Vorteil gehabt. Außerdem müsste man nichts an der Fassade anbringen. Dies war anfangs unsere präferierte Lösung. Jedoch konnten wir diese nicht umsetzen: Uns fehlten wichtige Statik-Unterlagen zur Dachkonstruktion, die der Bauträger nicht mehr liefern konnte. Außerdem hätten wir entweder uns oder möglicherweise unseren Nachbarn damit zusätzlichen Schatten auf dem Norddach erzeugt – und wir haben uns im weiteren Verlauf auch zur Nutzung des Norddachs für Photovoltaik entschieden.
• Montage an der Außenwand in Höhe der Dachzentrale: Dies hätte die Vorteile der kurzen Leitungswege ohne die Nachteile der Dachaufstellung erbracht. Jedoch hätte die Montage in ca. 7,5 m Höhe andere Nachteile mit sich gebracht: Im Falle eines Defekts könnte man die Außeneinheit nur noch mit einer Arbeitsbühne oder einem Gerüst sicher erreichen, eine Leiter würde nicht mehr zum sicheren Arbeiten in dieser Höhe ausreichen. Zudem müssten zusätzliche Vorkehrungen gegen den Abfall von Eis aus dieser Höhe getroffen werden, damit keine Gefahr von der Anlage für darunterstehende Menschen oder Fahrzeuge ausgeht.
• Montage an der Außenwand, jedoch in bequemer Arbeitshöhe über der Flachdach-Garage: Die Vorteile liegen bei dieser Lösung in der Zugänglichkeit für Service-Eingriffe und der Sicherheit, dass niemandem Eis »auf den Kopf« fallen kann. Von Nachteil sind nun jedoch die langen Leitungswege und das Erfordernis, diese wettersicher an der Außenfassade zur Dachzentrale zu führen.

Der passende Platz für die Inneneinheit war hingegen schnell gefunden: Sie unterschied sich in ihren Ausmaßen nur gering von der Gastherme und konnte somit problemlos deren Platz einnehmen.

Die »Pufferspeicher-Challenge«

Etwas schwieriger gestaltete sich jedoch das Thema »Pufferspeicher«.

Theoretisch war alles klar: Da der bestehende Speicher bereits erste Anzeichen von Korrosion zeigte, wollten wir auch diesen im Zuge der Erneuerung der Heizungsanlage gegen ein besser gedämmtes Modell austauschen, welches zudem mit einer Leckage-Wanne unterbaut ist. Bei einer Dachzentrale möchte man unter allen Umständen vermeiden, dass sich im Falle eines Lecks im Speicher mehrere hundert Liter Wasser über alle Stockwerke ergießen. Außerdem wollen wir den Pufferspeicher als Wärmeenergiepuffer für die Verwendung von überschüssigem PV-Strom nutzen, der nicht mehr in den Akku passt, um so im Sommer Starts der Wärmepumpe zur Warmwasserbereitung zu vermeiden. Ein passendes kompatibles Modell wurde schnell gefunden, seine Außenmaße entsprachen weitestgehend dem aktuell verbauten Speicher, aber aufgrund der besseren Isolation verkleinerte sich der Inhalt von 700 auf 500 Liter.

Die praktische Umsetzung forderte dann jedoch nicht nur sprichwörtlich Schweißperlen. Während des Baus des Hauses wurde der Speicher mittels Kran in die Dachzentrale gehoben, noch bevor das Dach aufs Haus kam. Jetzt, wo das Dach drauf ist, gibt es diese Möglichkeit nicht mehr. Da das Dachfenster zu klein ist, um den Speicher dort mit einem Kran hindurchzubringen, musste er drei Stockwerke durch das Treppenhaus transportiert werden. Dazu wurde der alte Speicher mit allerlei Schneidewerkzeug in handliche Stücke zerlegt, um so leicht aus dem Haus gebracht zu werden – eine Lösung, die aus naheliegenden Gründen für den neuen Speicher nicht infrage kam. Die Lösung: Alles im Treppenhaus demontieren, was zu demontieren geht (Lampen, Handläufe) und die Treppen mit schützenden Holzplatten bekleben. Es hat vier Menschen mit Gurten und Tragehilfen gebraucht, um den neuen Pufferspeicher in die Dachzentrale zu bringen.

Nach all der Mühe war aber eines direkt erfolgreich: Ein sogenannter »PV-Heizstab«, ein Elektro-Heizstab, der sich wattgenau steuern lässt, passte wie geplant in den Speicher und sollte uns bis zur Inbetriebnahme der Wärmepumpe mit PV-Strom mit warmem Wasser versorgen.

Großes Lob an die Heizungsfirma: Es wurde nicht die kleinste Beschädigung im Treppenhaus hinterlassen und alles wieder ordnungsgemäß montiert. Auch der gesamte Schmutz, der bei der Zerlegung des alten Speichers entstand, wurde restlos entfernt. Saubere Arbeit!

Tausch der thermischen Solaranlage gegen eine PV-Anlage mit Akkuspeicher

Glücklicherweise hat der Fachbetrieb, der von uns den Auftrag für die Wärmepumpe erhalten hat, auch eine »Photovoltaik-Sparte«. Das hat mehr Vorteile, als man zunächst annehmen mag. Uns wurde damit ein Großteil des »Projektmanagements« und der Abstimmung unter den Gewerken abgenommen. Der gleiche Elektriker, der die Wärmepumpe angeschlossen hat, hat auch die PV-Anlage in Betrieb genommen. Es musste nur einmal ein Gerüst gestellt werden. Kabelverlegearbeiten wurden so gut es geht zusammengelegt, neu geschaffene Leitungswege wurden gemeinsam von allen Gewerken genutzt. Außerdem konnte der Rückbau nicht mehr benötigter Dachanlagen (z. B. Abgasrohr der Gastherme) mit dem Auflegen von PV-Panels synchronisiert werden.

Doch bis zu diesem Punkt mussten einige Herausforderungen bewältigt werden. Schon die Planung der Photovoltaik-Anlage war alles andere als Standard: Bei einem Reihenhaus müssen bestimmte Abstände zum Nachbarhaus eingehalten werden und das Norddach ist mehr als doppelt so groß wie das Süddach.

Das führt zu einer Anlage, bei der ⅔ der PV-Panels auf dem Norddach und nur ⅓ auf der Südseite liegen. Dachfenster bzw. Dachausstiege müssen kreativ und dennoch halbwegs optisch ansprechend umbaut werden. Leitungsführungen müssen von einer Dachseite auf die andere kommen und dabei wetter- und UV-fest verlegt sein.

Hierbei habe ich den Begriff »fiktives Fallrohr« kennengelernt: Die Solateure haben ein Regenfallrohr aus Zink an der Außenwand angebracht, durch das die PV-Kabel vom Dach zum Hausanschlussraum geführt werden. Das sieht nicht nur optisch ansprechend aus, sondern ist auch absolut UV- und wettersicher.

Die »Technikraum-Challenge«

So weit, so gut. Es wurden Lösungen für die optimale Nutzung der Dachflächen gefunden, die Kabel sind ordentlich untergebracht. Doch der designierte Standort für Wechselrichter und Akku ist selbst eine Herausforderung. Damit die Stromerzeugung gut in das Hausnetz eingebunden werden kann, müssen die genannten Komponenten in den Technikraum – einen winzigen Raum im Erdgeschoss, in dem alle Stromleitungen des Hauses zusammenlaufen.

Dort hängt bereits die Hauptverteilung nebst anderen Dingen, die mit der Versorgung des Hauses zu tun haben. Entsprechend mussten besonders schlanke Komponenten gefunden werden, damit alles gut erreichbar bleibt.

Gerade beim Akku war das nicht leicht: Die meisten Systeme waren zwar von der Tiefe her passend, aber zu breit, um in die entsprechende Nische zu passen. Andere Systeme waren zu hoch, so dass eine Montage des Wechselrichters darüber nicht mehr möglich war. Der Fachbetrieb fand jedoch auch hier eine gute Lösung aus einem 10 kW-Wechselrichter mit einem 15 kWh-Akku-Stack.

Das neue System in der Gesamtübersicht

Das Gesamtsystem besteht nun aus diesen Komponenten:

• Wärmeerzeugung: Buderus Logatherm WLW166i mit Außeneinheit WLW-6 SP AR, mit dazugehörigem Pufferspeicher und Frischwasserstation
• Stromerzeugung: 9,84 kWp PV-Anlage mit GoodWe GW10KN-ET Wechselrichter und GoodWe Lynx Home D Akku-System mit 15 kWh nutzbarer Kapazität
• Überschussverwertung: Überschuss-Heizstab my-PV AC ELWA 2¹

Zur optimalen Verwendung gehört noch mehr, insbesondere die Steuerung der Überschussverwertung. Hier kommen eigene Implementierungen zum Einsatz, über die im weiteren Verlauf dieser Reihe berichtet werden wird.

Worauf ich in diesem Teil noch nicht eingegangen bin: Beim Einbau der Komponenten habe ich allerlei Messtechnik mit einbauen lassen, die mir ein gutes Monitoring ermöglicht. In einem späteren Artikel wird es mehr dazu geben.

Erste Erfahrungswerte

Das Gesamtsystem wurde im Spätsommer fertiggestellt, beim Schreiben dieses Artikels befinden wir uns mitten in der Heizsaison. Somit ist es zu früh für ausführliche Ergebnisse, aber es zeichnen sich diese Erfahrungen ab:

• Die PV-Anlage so groß zu dimensionieren, war auf jeden Fall richtig. Gerade jetzt im Winter kommt es auf jedes Watt an – und gerade jetzt überrascht mich die Ausbeute auf dem Norddach sehr positiv.
• Die »kleine« Wärmepumpe kriegt das Haus jetzt im Winter problemlos warm. Komfort-Raumtemperatur von 22 °C ist kein Problem – dafür läuft die Wärmepumpe im Schnitt drei bis vier Mal pro Tag für jeweils ca. 2 Stunden und verbraucht dabei ca. 6 kWh Strom – je nach Außentemperatur.

• Den Anteil für die Warmwassererzeugung kann ich (noch) nicht exakt bestimmen.
• Buderus hat keine brauchbaren Schnittstellen für ein eigenes Monitoring, auch wenn man viel Geld für ein »LAN-Interface« ausgibt.
• Wir kommen aktuell sehr gut im »monovalenten« Betrieb ohne den Zusatzheizstab in der Wärmepumpe aus.
• Smarte Heizkörperregler sind ein Segen.

Und so geht es weiter

Im nächsten Artikel beschreibe ich Stolpersteine bei der Inbetriebnahme der neuen Komponenten und widme mich dem Aufbau des rein lokalen Monitorings des Energieverbrauchs der Wärmepumpe und der Energieerzeugung durch die PV-Anlage ohne Verwendung der jeweiligen Hersteller-Clouds.

Bald wird es dann sehr technisch: Von Go-Programmen, die Daten einsammeln und in Influx-Buckets schaufeln bis hin zu Grafana-Dashboards zur Auswertung.

Interessant?

Ich freue mich, per E-Mail von Dir zu hören, wenn Du eigene Erfahrungen diskutieren möchtest oder gerade selbst ein ähnliches Projekt planst.