Power-to-Heat Nulleinspeiseregler für Balkonsolaranlagen

Strom lieber verheizen als verschenken!

Kleine Photovoltaikanlagen zum Anschluss an die Steckdose, oft auch als Balkonkraftwerke, Balkonsolaranlagen  oder Steckersolargeräte bezeichnet, werden immer beliebter. Eine kürzlich angelaufene Bundestagspetition setzt sich dafür ein, einige der aktuell bestehenden Hürden zur Installation solcher kleiner Photovoltaikanlagen abzubauen. Es soll die Anmeldeprozedur vereinfacht werden und die aktuelle Leistungsobergrenze von 600 Watt auf 800 Watt angehoben werden, wie in vielen europäischen Nachbarländern bereits üblich. Unabhängig von der Petition dürfte auch ein gewöhnlicher Schutzkontaktstecker bald offiziell zum Anschluss freigegeben werden. Es ist zu erwarten und zu hoffen, dass sich solche Photovoltaikanlagen dadurch noch weiter verbreiten werden. Die wirtschaftliche Amortisationszeit ist kurz, und spätestens mit der offiziellen Freigabe des SchuKo-Steckers kann die Installation auch rechtssicher ganz ohne einen Handwerkertermin vor Ort vorgenommen werden. Das ist somit eine (und vielleicht sogar die einzige?) Form des Photovoltaikausbaus, die nicht vom Fachkräfte- und Handwerkermangel gebremst wird.

Ein Wehrmutstropfen bei Balkonkraftwerken ist allerdings dieser: Erzeugten Strom, den man nicht selbst im Haushalt verbraucht und somit ins öffentliche Stromnetz einspeist, bekommt man nicht vergütet. Die bei größeren Photovoltaikanlagen übliche Einspeisevergütung kann man faktisch nicht in Anspruch nehmen, da hierfür ein anderer Stromzähler benötigt würde, ein sogenannter Zweirichtungszähler, der die Einspeisung zu Abrechnungszwecken erfasst. Die Kosten für einen solchen würden die Einspeisevergütung vollends aufzehren. Effektiv verschenkt man mit einer Balkonsolaranlage daher all den Strom, den man nicht selbst zum Zeitpunkt seiner Erzeugung im eigenen Haushalt verbraucht.
Nachdem das die Attraktivität von Balkonkraftwerken schmälert, ist es an der Zeit, hier Abhilfe zu schaffen: Das Verschenken von Strom zu vermeiden.

Hier wird der folgende Ansatz vorgestellt: Der gesamte Leistungsüberschuss, der andernfalls ins öffentliche Stromnetz eingespeist würde, wird im Haus zur Wärmeerzeugung genutzt. Man spricht hier von Nulleinspeisung: Man regelt, wann immer möglich, genau auf den Arbeitspunkt, an dem weder Energie vom öffentlichen Stromnetz in den Haushalt fließt, noch Energie aus dem Haushalt in das öffentliche Stromnetz. Erreicht wird das durch Auslesen des Stromzählers und genaues Regeln einer passenden elektrischen Last. In Frage kommen als Last die meisten Elektrogeräte im Haushalt, die Wärme erzeugen: Heizstrahler, Infrarotheizgeräte, elektrische Handtuchwärmer im Bad, elektrische Fußbodenheizungen, Heizpatronen in Warmwasserboilern oder Untertischboiler. Auch praktisch alle Arten von Glühlampen können, obwohl eigentlich zur Lichterzeugung gedacht, auch als Wärmequellen im Winter genutzt werden. Während der Heizperiode, also im Winter und in der Übergangszeit, kann überschüssiger Solarstrom so für die Raumbeheizung nutzbar gemacht werden. Im Sommer bietet sich eine Trinkwassererwärmung an.

Wichtig ist dabei nun, dass die Leistungsaufnahme der angeschlossenen Last stufenlos und bis auf wenige Watt genau geregelt werden kann, um bei jeder erdenklichen Erzeugungsleistung der Photovoltaikanlage und jedem Leistungsbedarf des restlichen Haushalts immer genau den verbleibenden Überschuss zu verwerten. In dem Sinne verhält sich der Leistungsregler wie ein Dimmer: Er drosselt die elektrische Leistungsaufnahme des angeschlossenen Heizgerätes immer genau so weit, dass dieses genau den überschüssigen Photovoltaikstrom verbraucht - aber nicht mehr. Entsprechend können als Last nur solche Geräte angeschlossen werden, die ein "Dimmen" ihrer Aufnahmeleistung vertragen. Für die oben genannten Heizgeräte gilt dies. Bei kleinen Wärmepumpen, Klimageräten und Luftentfeuchtern funktioniert das im Rahmen eines "plug&play"-Ansatzes dagegen leider nicht, da diese nicht über einen Dimmer im Zuleitungskabel gedrosselt werden können.

Ziel ist es also, den Überschuss-Strom zu "verheizen", anstatt ihn ohne Vergütung ins Netz einzuspeisen und ihn so zu verschenken. Und dies soll so einfach wie möglich zu installieren sein - ohne, dass es dafür eines Handwerkers bedarf. Und das läuft so ab:

• Es wird - mit einem Handgriff - ein Lesekopf an dem vorhandenen Stromzähler angebracht

• Der Nulleinspeiseregler wird an eine beliebige Steckdose im Hausnetz angesteckt

• Das gewünschte Heizgerät wird an den Nulleinspeiseregler angesteckt

Das ist alles! Der Rest läuft vollautomatisch ab:

• Über den Lesekopf am Stromzähler wird die (vorzeichenbehaftete) Leistung für alle 3 Phasen ausgelesen und die Summe gebildet

• Findet netto ohnehin ein Leistungsbezug aus dem Stromnetz statt (mehr Verbrauch, als die Photovoltaikanlage liefert), so bleibt das Heizgerät ausgeschaltet.

• Findet jedoch netto eine Einspeisung statt, so wird das Heizgerät eingeschaltet und seine Leistung genau so weit hochgeregelt, dass eine Nulleinspeisung erzielt wird.

• Ändert sich die Erzeugungsleistung der Solaranlage oder die Leistungsaufnahme im Haushalt, so wird schnell nachgeregelt. Wird beispielsweise im Haus der Backofen eingeschaltet, so schaltet der Nulleinspeiseregler seine angeschlossene Last umgehend aus.

Nachdem man in Verbindung mit Balkonsolaranlagen im Regelfall ohnehin einen elektronischen Stromzähler hat (elektromechanische Ferraris-Zähler werden allenfalls vorübergehend toleriert) und diese meistens mit einer Infrarotschnittstelle ausgestattet sind, erhält man die Leistungsmessung mit minimalem Aufwand. Mitunter muss nur ein Freischaltcode beim Netzbetreiber erfragt werden.

Angedacht ist eine Lösung, die sich mit wenigen Handgriffen installieren lässt und die insbesondere keinerlei Kommunikationsschnittstelle zur Solaranlage bzw. deren Wechselrichter benötigt. Auch ein Smart-Home-System wird nicht benötigt, ebenso wenig eine Internetverbindung. Ein Prototyp befindet sich in der Entwicklungsphase. Bis die Vereinfachungen für Balkonsolaranlagen eingeführt sind und die Leistungsgrenze auf 800 Watt angehoben wurde, sollte hier eine funktionierende Lösung bereitstehen. Besuchen Sie diese Seite also zu gegebener Zeit wieder. Wer an der Entwicklung mitarbeiten möchte, darf sich natürlich gerne schon jetzt melden.