Umwelt Arena zeigt den Weg in die Energiezukunft

Umweltarena
Schmid vorm neuen Haus, © Umweltarena Spreitenbach

Komplett autarke Energieversorgung – für einige Verbraucher ist diese Vorstellung eine Vision, die bislang nicht gerade einfach zu realisieren ist. Dies könnte sich jetzt ändern: In Brütten bei Zürich steht das weltweit erste energieautarke Mehrfamilienhaus. Bereits seit 2016 leben die Mieter dort komplett unabhängig vom Gas- und Stromnetz. Sogar ihre Autos können sie selbst mit Energie versorgen.
Möglich wurde dies durch die Kombination einer Photovoltaikanlage mit einer Wärmepumpe sowie einem Elektrolyseur zur Speicherung des benötigten Stroms plus Brennstoffzelle. Und Anfang 2018 präsentierte Umwelt Arena bereits ein Nachfolgeprojekt – „zur Replikation für jedermann“.
Der Bau dieses energieautarken Mehrfamilienhauses war ein Projekt der schweizerischen Umwelt Arena Spreitenbach. Das Ziel des Bauherren Walter Schmid, Mitinhaber der W. Schmid AG, war, für mehrere Mitparteien ein Wohnhaus zu planen und zu bauen, das weder auf Elektrizität noch auf Gas aus den öffentlichen Versorgungsnetzen angewiesen ist (s. Abb. 1).
Um dies zu erreichen, setzte Schmid, der auch Präsident des Verwaltungsrats der Umwelt Arena Spreitenbach ist, primär auf Photovoltaik. Er verwendete sowohl eine großflächige Dachsolaranlage, bestehend aus monokristallinen Zellen, als auch Fassadenmodule aus Dünnschichtzellen. Da jedoch in der Schweiz die Winter eher sonnenarm sind, gleichzeitig aber vergleichsweise viel Heizwärme benötigt wird, war eine gute Energiespeicherung und eine Vernetzung verschiedener Speichersysteme erforderlich.
Deswegen wurde zunächst ein großer Wärmespeicher im Erdreich versenkt. Für die Erzeugung thermischer Energie wurde im Keller eine Wärmepumpe installiert, die als Energiequellen sowohl die Außenluft als auch zwei Erdsonden sowie den Elektrolyseur nutzt und die Fußboden- sowie Wandheizung versorgt. Zusätzlich wurde ein Brennstoffzellensystem von Proton Motor eingebaut.
Auf der Stromschiene wird die Solarenergie entweder direkt genutzt oder über einen PEM-Elektrolyseur der Firma Diamond Lite in Wasserstoff umgewandelt und somit speicherbar gemacht. Bei Bedarf, also an sonnenarmen Tagen, wird das H2-Gas in der Brennstoffzelle umgesetzt. Deren Abwärme dient Heizzwecken oder wird in dem thermischen Speicher eingelagert. Da jedoch das Spannungsniveau beim Austritt aus der Brennstoffzelle merklichen Schwankungen unterliegen kann, wird es über einen DC/DC-Wandler der Firma Aradex von 50 bis 100 Volt auf 700 Volt angehoben, damit der Strom anschließend problemlos in das Energieversorgungssystem eingespeist werden kann. Zusätzlich ist an diesen Wandler auch der Akkumulator, der für die Stromreserve über zwei bis drei Tage verantwortlich ist, angeschlossen, wodurch eine effektive Kombination von Lang- und Kurzzeitspeicher ermöglicht wird. Als Verbraucher steht neben den jeweiligen Haushaltsgeräten auch eine Ladestation für E-Autos zur Verfügung.
Kappung der Stromleitung
Die Einweihung der gesamten Anlage, bei der die Stromleitung gekappt wurde, fand am 6. Juni 2016 in Anwesenheit von Bundesrätin Doris Leuthard statt. Nach dem ersten Winter ließ Umwelt Arena wissen, dass die Mieter, die in einem Casting ausgewählt worden waren, immer Licht und Strom hatten und nie frieren mussten – „trotz des kältesten Januars seit dreißig und dem sonnenärmsten seit zwanzig Jahren“. Ihr Energieverbrauch lag mit 2.200 kWh pro Wohnung und Jahr nur halb so hoch wie ansonsten in der Schweiz üblich. Die Betreiber räumten allerdings ein, dass sich „die Zuverlässigkeit der Brennstoffzelle zu Beginn der kalten Jahreszeit als ungenügend erwies“, was allerdings mithilfe entsprechender Anpassungen und eines Software-Updates behoben werden konnte.
Nach Auskunft des Architekten René Schmid, Sohn des Bauherren, wird der Langzeitspeicher, zwei mehrere Meter lange, unter dem Haus eingebuddelte H2-Druckbehälter, nur selten benötigt. Lediglich an 25 Tagen im Jahr greift das Energieversorgungssystem auf diese Reserve zurück. Für den täglichen Betrieb reichen Wärmepumpe und Akkumulator.

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HOC

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