Stromautarkie im Mehrparteienhaus

Die Fassaden-PV-Anlage schmückt das modernisierte 60er-Jahre-Haus. (Foto: E3/DC)
Die Fassaden-PV-Anlage schmückt das modernisierte 60er-Jahre-Haus. (Foto: E3/DC)
09.01.2018

Unzählige Mehrfamilienhäuser aus den 60er bis 80er Jahren sind sanierungsbedürftig. Oft weichen sie Neubauten oder werden baulich aufwändig modernisiert. Technisch passiert hingegen meist wenig – obwohl gerade ein kluges Eigenversorgungskonzept die Chance bietet, bestehende Mietwohnungen preiswert zu erhalten. Ein Beispiel aus Oldenburg zeigt das Potenzial einer Kombi aus PV, Speichern und Mikro-KWK. Für die Eigenversorgung der Mieter wurde ein von der EWE akzeptiertes Messkonzept erarbeitet.

Aus dem Jahr 1968 stammt das Wohn- und Geschäftshaus im Oldenburger Trommelweg, das der Eigentümer mit dem Planungsbüro Intherplan team, dem Fachplaner Holger Laudeley und dem Speicherhersteller E3/DC zu einem Effizienzhaus „KfW 40 Plus“ entwickelt hat. Das Besondere dabei: Statt mit aller Kraft die Gebäudehülle zu optimieren, beschränkten sich die Planer hier auf die wichtigsten und effizientesten Maßnahmen wie Fenstertausch und Dachdämmung. Während die Mieter in ihren Wohnungen und Geschäften bleiben konnten, entstand ein Eigenversorgungskonzept mit 80 kW Photovoltaik und mit Mikro-KWK-Anlagen, die neben ihrem Strombeitrag auch für die Wärmeenergie sorgen. Hauskraftwerke von E3/DC speichern den Strom zwischen.

Ziel war es, alle Parteien im Gebäude praktisch autark und rechtlich einwandfrei mit Strom versorgen zu können. Daher besteht die besondere Leistung der Planer nach Einschätzung von E3/DC-Geschäftsführer Andreas Piepenbrink in der Entwicklung des Messkonzepts mit Abgrenzungszählern und bidirektionalem Zähler für die PV-Anlage: „Das Konzept wurde von EWE anerkannt. Es gibt nun ein messtechnisches Modell, dass für Alt- wie Neubauten im Mehrfamilienbereich, auch mit Gewerbenutzung, die Eigenversorgung mit Strom sicher organisiert.“ Das komplexe und bisher einzigartige Messkonzept muss elf Wohnungszähler, fünf Gewerbezähler, einen Zähler für Allgemeinstrom, einen für die Haustechnik, einen für die KWK-Kaskade und schließlich einen für PV und Speicher zu einem System integrieren.  Besonders wichtig, berichtet Holger Laudeley, sei der Zweirichtungs-Abgrenzungszähler, der es ermöglicht, KWK-Strom und PV-Strom exakt voneinander zu trennen, obwohl beide Erzeugungsarten direkt in die Speicher-Systeme einspeisen.

Eigentümer wird Energieversorger

So wurde im Ergebnis bei der mit KfW-Mitteln geförderten Sanierung der hohe Effizienzhaus-Standard „KfW 40 Plus“ erreicht. Der Netzbezug ging beim Strom auf ein Minimum zurück, und auch der Erdgasbedarf des Gebäudes mit 919 m² beheizter Fläche konnte nach Angaben der Planer um rund 70 % reduziert werden. Bei dem hier beispielhaft entwickelten Autarkiemodell wird der Eigentümer zum Energieversorger seiner Mieter und ist auch für den Messstellenbetrieb verantwortlich. Notwendig sind neue Mietverträge und die Bereitschaft aller privaten und gewerblichen Mieter, sich auf die Strom- und Wärmelieferung durch den Vermieter einzulassen. Auch neue Mieter werden das Modell mittragen müssen. Bei den zu erwartenden Einsparungen habe es jedoch keine Probleme gegeben, alle Beteiligten zu überzeugen, berichtet Andreas Piepenbrink: „Es wird bei dem Modell eine hohe Wohnqualität im Bestand erreicht, die sich die Mieter auch weiterhin leisten können!“ Der Eigentümer kalkuliert die Strompreise so, dass sie mit 24,3 Ct/kWh deutlich unter üblichen Versorgerpreisen liegen. Eine garantierte Preisstabilität für zehn Jahre war ein ebenso wichtiges Argument wie die Integration der Smart Meter ohne Mehrkosten: Sie bieten Zugriff auf den individuellen Stromverbrauch in Echtzeit.

Konzept vom Dach bis zum Keller

Nicht nur wegen der Energieeffizienz erhielt das 16-Parteien-Haus ein neues gedämmtes Walmdach, denn die geneigte Fläche bietet die Grundlage für die große Aufdach-PV-Anlage, die als Stromlieferant von einer kleineren Fassadenanlage unterstützt wird. Deren Zusammenspiel mit der KWK-Kaskade aus vier Remeha-Geräten erläutert Holger Laudeley am Beispiel des Friseursalons, der nach Ladenschluss so gut wie keinen Standby-Verbrauch mehr hat: „Wir mussten uns ausschließlich um den Tagesbedarf kümmern. Trotz der Durchlauferhitzer und vieler elektrischer Geräte, ist dieser recht moderat, so dass diese Leistung problemlos über die Photovoltaikanlagen im Sommer oder die KWK-Kaskade im Winter abgedeckt werden kann.“ Trotz der angestrebten Autarkie ist das Haus an einen Ortsnetztrafo angeschlossen und verfügt über eine Anschlussleistung von 100 kW, die im Ausnahmefall alle Verbräuche abdecken kann. Dazu soll es allerdings nicht kommen, betont Laudeley: „Wir werden versuchen, auch im Winter möglichst hohe physikalische Autarkiegrade zu erreichen.“

Wie vorteilhaft die Situation ist, beschreibt Andreas Piepenbrink mit Blick auf die Mobilität: „Weil der Stromnetzanschluss leistungsmäßig nur selten und geringem Maße genutzt wird,  bleiben 100 kW Anschlussleistung für die E-Mobilität frei. So könnte man beispielsweise vier Ladestationen mit 22 kW AC-Leistung bedienen, ohne das Netz an dieser Stelle ausgebaut werden müsste.“

Strom speichern und nutzen

Natürlich verlangt das Ziel der Stromautarkie eine gut ausgelegte Speicherung des Solarstroms. In diesem Fall sind die 80 kW Leistung aus Modulen von Aleo Solar direkt an die E3/DC-Hauskraftwerke mit ihren integrierten Wechselrichtern angeschlossen. Die Fassadenanlage aus Dünnschicht-Modulen benötigt eigene Wechselrichter, gewählt wurden Geräte von Fronius.

Die vier Stromspeicher des Typ S10H-E12 sind Hybridgeräte und können – bei diesem Projekt entscheidend – sowohl den Wechselstrom aus den Mikro-KWK-Geräte als auch den Gleichstrom aus der PV-Anlage aufnehmen. Die Lithium-Ionen-Akkus speichern jeweils 15 kWh, in der Kaskade summiert sich die Kapazität also 60 kWh bei einer maximalen Ausspeiseleistung von 12 kW. In den einzelnen Wohn- und Geschäftseinheiten kann also je nach Bedarf und Erzeugungssituation Solarstrom direkt oder aus den Speichern genutzt werden, nicht genutzte Mengen werden eingespeist und tragen über die Vergütung zur Wirtschaftlichkeit des Gesamtsystems bei.

Für Schlechtwettertage und die dunklere Jahreszeit springen vier Mikro-KWK-Anlagen vom Typ Remeha eVita 25s der PV-Anlage zur Seite. Sie liefern jeweils 5,5 kW thermische und 1,1 kW elektrische Leistung und sind ebenfalls zu einer Kaskade zusammengeschlossen. Als Herzstück erzeugt ein Stirlingmotor Heizwärme und Bewegung zum Antrieb des Generators. Als Brennstoff – und da endet in diesem Fall die Autarkie – nutzen die Geräte Erdgas aus dem Versorgungsnetz. Sollte die kaskadierte Wärmeleistung von 25 kW nicht genügen, unterstützten integrierte Spitzenlastkessel (je 18 kW) die Wärmeversorgung. Der Betrieb der KWK-Anlage ist im Sommer auf eines der Geräte beschränkt, wobei die Betriebsstunden gleichmäßig verteilt werden. Im Winter wird die Kaskade wärmegeführt betrieben. Für den Strom gilt das gleiche wie bei der PV: Direktverbrauch, Speicherung und Einspeisung sind in dieser Rangfolge die Nutzungsarten. So versorgt sich das Haus weitgehend selbst, liefert noch Stromüberschüsse ins Netz und schafft ganz nebenbei – aber durchaus beabsichtigt – neue potenzielle Ladekapazitäten für die E-Mobilität.

Bleibt aus Sicht der Planer zu hoffen, dass dieses Modell in den vielen Bestandsbauten von privaten Eigentümern und Wohnungsbaugesellschaften Schule macht – und in Verbindung mit Wärmepumpen oder Fernwärme auch in Neubauprojekten. Denn das vom Energieversorger akzeptierte Messkonzept, davon ist Andreas Piepenbrink überzeugt, schafft die wichtigste Voraussetzung für die Eigenversorgung über PV-Speicher-Kombinationen im Mehrfamilienhaus – in welcher baulichen und energetischen Konstellation auch immer.

Ralf Ossenbrink

Der Beitrag ist in SW&W 12/2017 erschienen.

 

Haustechnik-Komponenten im Überblick:

PV-Anlage: 80 kW

Vier Hauskraftwerke S10 E12 mit je 15 kWh von E3/DC, kaskadiert zur Energiefarm

Mikro-KWK-Anlage: Vier eVita 25S von Remeha mit Stirlingmotor und integriertem Spitzenlastkessel

Stromzähler / Messstellenbetrieb: Smart Meter von Discovergy