In vielen Schweizer Haushalten wird immer mehr Strom benötigt– und zwar nicht nur für Kochherd, Waschmaschine oder Unterhaltungselektronik, sondern auch für das Elektrofahrzeug in der Garage oder die Wärmepumpe vor dem Haus. Dieser grosse Strombedarf, kombiniert mit immer höheren Tarifen und Abgaben für den Strom vom Elektrizitätsversorger, führt bei vielen Eigentümerinnen und Eigentümern zu einem starken Interesse an Batteriespeichern. Diese gelten als attraktive Ergänzung einer Photovoltaikanlage. Der Speicher für ein typisches Einfamilienhaus sollte eine Kapazität von ungefähr 10 Kilo-wattstunden bieten. Eine Faustregel für die Kosten lautet: Pro Kilowattstunde bezahlt man um die 1000 Franken, allerdings ohne Installationskosten und allfällige bauliche Massnahmen.
Gezieltes Überheizen
Zu den je nach Budget doch sehr ansehnlichen Kosten für den Speicher und dessen Installation kommt die Frage nach der Amortisation. Diese hängt von vielen Variablen ab, die teilweise sehr volatil sind: Der Preis für den Strom vom Netz (landläufig «Strom aus der Steckdose») und der Preis für das Einspeisen von Solarstrom (Rückliefervergütung) spielen hier ebenso eine Rolle wie der Anteil des PV-Stroms, den man überhaupt selbst verbrauchen kann (Eigenverbrauchsanteil). Wie sich die Kapazität des Batteriespeichers im Lauf der Nutzung entwickelt, ist eine weitere Unbekannte. Deshalb sollten Eigentümerinnen und Eigentümer beim Thema Energiespeicher nicht nur an Batteriespeicher denken, sondern auch an Wärmespeicher. Mindestens einer davon, oft auch zwei, stehen bereits im Heizkeller.
«Wasser ist ein ausgezeichneter thermischer Speicher. Wenn man mit einer Wärmepumpe heizt, hat man ohnehin einen Pufferspeicher für die Heizung», sagt Roland Roth. Er ist Ingenieurberater bei Elco und berät viele Kunden bei der Optimierung ihrer Anlagen. Eine Möglichkeit ist das gezielte Überheizen (im Fachjargon: Überladen) des Speichers im Heizbetrieb. Beim Betrieb einer Fussbodenheizung beträgt die Temperatur im Pufferspeicher zwischen 30 und 35 Grad Celsius. Sie kann aber auch höher gewählt werden. «Wenn genügend Solarstrom vorhanden ist, läuft die Wärmepumpe sehr effizient. Bei einem Wirkungsgrad von 3,0 werden für jede Kilowattstunde Strom drei Kilowattstunden Wärmeenergie produziert. Diese können nun im Speicher eingelagert werden», erläutert Roland Roth. Bei einem Speichervolumen von 600 Litern und einer Überladung um 20 Grad Celsius wird eine Speichertemperatur von 50 bis 55 Grad Celsius erreicht. Damit sind mindestens 10 Kilowattstunden Heizenergie eingespeichert, die nun während der Nacht sukzessive «verheizt» werden können.
Boiler als Depot
Eine zweite Möglichkeit bietet der Warmwasserspeicher: Dieser besitzt einen Elektroheizeinsatz, damit die Speichertemperatur rasch und zuverlässig auf den nötigen Wert gehoben werden kann. Wird dieser Einsatz nun mit überschüssigem PV-Strom betrieben, kann auch der Warmwasserspeicher quasi als Depot genutzt werden. «Der Strom wird in Wärme verwandelt, die man dann wiederum in Form von Warmwasser beziehen kann», sagt Roland Roth. Der maximale Anteil von PV-Strom, der für die Wasserwärmung verwendet werden darf, ist jeweils im kantonalen Energiegesetz festgelegt. Dieses regelt auch die Rahmenbedingungen – der örtliche Heizungsinstallateur oder die kantonale Energiefachstelle kennen die Details und geben Eigentümerschaften gerne Auskunft dazu. Wichtig: Allzu hohe Speichertemperaturen führen zu erhöhter Kalkausscheidung, und ab Speichertemperaturen von ca. 65 Grad ist der Einbau eines Verbrühschutzes angezeigt.
Das Überladen des Heizungs-Pufferspeichers via Wärmepumpe oder das «Verheizen» von PV-Strom mittels Elektroeinsatz können in der PV-Anlage entsprechend programmiert werden. Dafür ist der Solarinstallateur der richtige Ansprechpartner. Bei der Planung und Ausführung solle man nicht «schmürzele», empfiehlt Roland Roth: «Der Wechselrichter oder Solarmanager für die PV-Anlage sollte genügend Optionen bieten. Auf der Heizungsseite wiederum ist es wichtig, dass die Wärmepumpe das Label ‹Smart Grid ready› besitzt.»
Willkommener Platzgewinn
Klassische Puffer- und Warmwasserspeicher eignen sich ideal als Wärmespeicher, doch ihr Platzbedarf kann nachteilig sein. So auch im Fall von Stefan Moor. Für den vierfachen Familienvater ist Wohnfläche eine wichtige Ressource: «Zusammen mit der alten Ölheizung haben wir letztes Jahr auch den 6500-Liter-Öltank zurückgebaut. Den so freigewordenen Platz wollte ich nicht gleich wieder verlieren, indem wir zwei grosse Wasserspeicher aufstellen.» Stattdessen stehen nun zwei schlanke weisse Kuben an der Wand, entwickelt und hergestellt von der Cowa Thermal Solutions AG. Das Schweizer Unternehmen ist ein Spin-off der HSLU.
Mit ihren Abmessungen von je 60 auf 34 Zentimetern und einer Höhe von 140 Zentimetern sind die zwei Speicher extrem kompakt. Kein Wunder, denn sie speichern die Wärme nicht in Wasser. «Wir verwenden stattdessen ein Phasenwechselmaterial (PCM) auf der Basis von natürlichen Salzen», sagt Simon Maranda von Cowa. Wenn dem PCM Wärme zugeführt wird, schmilzt es und nimmt dadurch eine grosse Energiemenge auf. Lässt man das PCM hingegen wieder erstarren, wird die gespeicherte Wärme abgegeben. Die Cowa-Speicher fungieren damit gewissermassen als kompakte Energie-Tresore: Fast die ganze Wärme, die darin deponiert wird, kann auch wieder entnommen und für die Heizung oder die Warmwassererwärmung verwendet werden. Die Anlage wurde im Herbst 2024 in Betrieb genommen und hat schon bald die erste Heizsaison hinter sich. Laut Stefan Moor funktioniert die Technik einwandfrei: «Bei der Heizung merken wir keinen Unterschied, beim Warmwasser müssen schon sehr viele Duschen und Bäder genommen werden, bis es langsam kühl wird.»
Amortisation bedenken
Beim Vergleich zwischen Strom- und Wärmespeicherung wurde für Stefan Moor rasch klar, woher der Wind weht: «Ich habe einmal durchgerechnet, wie lange die Amortisation eines Batteriespeichers dauern würde. Bei unseren aktuellen Stromtarifen für Bezug und Rückspeisung kam ich auf eine Zeitdauer von 60 Jahren.» Bei den Cowa-Speichern der Familie Moor handelt es sich noch um Geräte aus der ersten Generation. Das Unternehmen verbessert diese fortlaufend und will in Zukunft auch Speicher für tiefere Temperaturen anbieten Die Preise sind derzeit noch nicht endgültig festgelegt.
Ob mit Wasser oder PCM – für die thermische Speicherung sei die Heizung der ideale Sparringpartner, meint Roland Roth von Elco: «Batteriespeicher finde ich derzeit immer noch zu teuer. Aber wenn die Autohersteller vorwärts machen, könnten die Fahrzeugbatterien als Speicher genutzt werden. Der Stromspeicher steht dann auf vier Rädern in der Garage – eine separate Anlage braucht es nicht mehr.»
Neue Verordnung
Ab 1. Januar 2027 sind für Wärmepumpen nur noch natürliche Kältemittel zulässig. Dazu gehören als die drei wichtigsten Vertreter Kohlendioxid (CO2), Ammoniak sowie Propan. Mit der Änderung wird die «F-Gase-Verordnung» der EU nachvollzogen. Diese reduziert die Verwendung von synthetischen Kältemitteln, welche Fluor enthalten.
Der Grund dafür ist der Klimaschutz. Denn fluorierte Kältemittel besitzen ein hohes Treibhauspotenzial (Global Warming Potential, GWP). Referenzmassstab ist hier das CO2 mit einem GWP von genau 1. Das bis heute oft verwendete Kältemittel R410a weist hingegen ein GWP von 2088 auf. Im Gegensatz dazu bringt es Propan noch auf ein GWP von 3. Für den Ein- und Mehrfamilienhausbereich werden deshalb seit einiger Zeit Propan-Wärmepumpen forciert.
Die noch effizienteren, in der Handhabung aber deutlich anspruchsvolleren Kältemittel Ammoniak und CO2 hingegen sind nur bei Grosswärmepumpen üblich. Mit diesen werden beispielsweise Industrieanwendungen oder ganze Areale beheizt und gekühlt.
