Speichern kostet Strom: Das Thema der Wandlungsverluste
Erneuerbare Energiesysteme, wie Ihre Photovoltaikanlage produzieren Gleichstrom (DC). Die Speicherbatterie in Ihrem Keller benötigt ebenfalls Gleichstrom. Ihr Computer, Ihr Fernseher, Ihr eFahrzeug, LED-Lampen oder Elektromotoren von Maschinen funktionieren alle mit Gleichstrom. Doch das Stromnetz in Ihrem Haus oder Ihrer Wohnung verwendet Wechselstrom (AC) – auch das öffentliche Netz. Und überall befinden sich Umwandler oder Wechselrichter, die Spannungen und Strom auf ein gleiches Niveau bringen. Dabei entstehen leider immer Verluste.
Es ist, als sprechen unsere Geräte verschiedene Sprachen: Englisch, Deutsch, Spanisch oder Italienisch. Manche Sprachen ähneln sich, andere sind völlig anders. Was allen gemeinsam ist, es braucht einen Übersetzer: einen Spannungswandler oder einen Wechselrichter. Doch was hat das für Konsequenzen?
Grundsatzdiskussion
Nun, eigentlich wollen wir diese Diskussion nicht wirklich führen, aber wir möchten eine grundlegende Frage aufwerfen, die seinen Ursprung in der Geschichte des Stroms hat. In einem Kampf um Marktanteile zwischen Edison (DC) und Westinghouse (AC) Ende des 19. Jahrhunderts, hat sich aufgrund der besseren Reichweite Wechselstrom in unseren Stromsystemen durchgesetzt. Durch die heute immer dezentraler werdenden Erneuerbaren Energien könnte es in Zukunft Sinn machen, auch unsere Haushalte mit all ihren Gerätschaften auf Gleichstrom umzurüsten. Das wäre ein grosser Schritt in die Energieeffizienz, aber auch ein grosser Schritt in Richtung systemübergreifende Veränderung.
Umwandlung braucht Energie
Ob man von Gleichstrom auf Wechselstrom umwandeln möchte oder von einer hohen auf eine niedrigere Spannung, jede Umwandlung bringt Verluste mit sich. In der Regel sind das Wärmeverluste, in denen Energie verloren geht. Das können sie jederzeit an einem Netzteil (z.B. Ihrem Laptop) ertasten, denn Netzteile in Betrieb sind immer etwas warm. Da diese Umwandlungen überall in unseren Haushalten stattfinden, wird oft jede Menge kleinster Strommengen verschwendet.
Googelt man nach «Energieverlust Haushalt» stösst man fast ausschliesslich auf Seiten, die beim Heizen Energiesparen helfen. Es stimmt, dass hier die grössten Verluste entstehen und dieses Thema auch das grösste Sparpotenzial beinhaltet. Doch man findet wenig darüber, dass ein Haushalt durch die Umwandlung von Energie in den Endgeräten ständig Strom verschwendet.
Ob die LED-Nachttischlampe oder Ihr Fernseher – je nach Endgerät, sind Netzteile oder Gleichrichter zwischen Steckdose und Gerät geschaltet. Meistens sind sie bereits in den Gebrauchsgegenstand eingebaut. Denn man muss bei jedem Gerät alles auf den richtigen Nenner bringen, die richtige Sprache sprechen, bzw. auf den richtigen Strom umwandeln, auf die richtige Spannung bringen. Überall werden damit lauter kleine Verluste erzeugt. So auch in den Umwandlungsprozessen von Photovoltaikanlage zum Batteriespeicher.
Wege zum Batteriespeicher
Es gibt verschiedene Wege den Strom aus einer Photovoltaikanlage in den Batteriespeicher zu transferieren. Es gibt AC-gekoppelte und DC-gekoppelte Systeme.
AC-gekoppelte Systeme
Bei einem AC-gekoppelten System, wie unsere salidomo©, wird die DC-Energie aus der Photovoltaikanlage über einen Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt und ins Hausnetz eingespeist. Hier entstehen die ersten Umwandlungsverluste. Erst wenn alle Verbraucher bedient wurden, gehen die Wechselstromüberschüsse in die Batterie. Doch hier wird wieder Gleichstrom gebraucht. Also wird der AC-Strom über einen Batteriewechselrichter, der ebenfalls wieder Verluste erzeugt, in DC-Strom verwandelt und kann dann endlich in der Batterie gespeichert werden. Der Vorteil AC-gekoppelter Systeme ist, dass es völlig egal ist, was vor dem Batteriewechselrichter installiert ist. Der Batteriespeicher passt somit in jedes vorhandene System.
DC-gekoppelte Systeme
DC-gekoppelt bedeutet, dass der Gleichstrom der Photovoltaikanlage direkt in die DC-Batterie gespeichert wird und nicht erst in Wechselstrom und wieder zurück verwandelt werden muss. Doch ganz so einfach ist das auch nicht, denn die hohen Spannungen aus einer Photovoltaikanlage müssen über einen DC/DC-Wandler in die niedrigere Spannung des Batteriespeichers gewandelt werden. Also entstehen auch bei diesem System Verluste. Ein DC-gekoppeltes System muss sehr genau aufeinander abgestimmt sein. Hier ist ein Batteriespeicher nachträglich nicht ohne weiteres einsetzbar. Zudem wird ein Haushalt dann über die Batterie betrieben. Also entstehen wieder Umwandlungsverluste nach Wechselstrom.
Reine DC-gekoppelte Systeme machen Sinn bei verteilter Photovoltaik auf verschiedenen Dächern, bei verteilten Speichern oder verteilte Verbraucher, die alle mit dem sogenannten DC-Link verbunden werden. Besonders geeignet für DC-gekoppelte Systeme sind ZEVs, Quartiere oder Areale. Grundlegende Erklärungen finden Sie auf unseren Seiten DC-Technologie und DCmaxx© | Netzlösungen.
Speichern kostet Strom
Wie auch immer man es dreht und wendet, das Speichern von Energie in eine Batterie kostet Strom! In der Regel ist es Eigenstrom aus der Photovoltaikanlage, die durch die eine oder andere Umwandlung verloren geht. Bei einem normalen AC-gekoppelten System haben wir das mal grob ausgerechnet und kommen auf eine Energieeffizienz von ca. 70%. Die Energieverluste liegen also bei ca. 30%. Was wir nicht berechnet haben und auch nicht können, sind die Verluste innerhalb des AC-Hausnetzes durch die kleinen Umwandlungsverluste an den Endgeräten. Diese sind von Haushalt zu Haushalt sehr unterschiedlich.
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