Haushaltsgeräte mit EE betreiben - Selbstversorgung mit elektrischer Energie für die Haustechnik

Die eingangs erwähnten elektrischen Verbraucher unterscheiden sich nicht nur in ihrer Funktionsweise und ihrem Leistungsbedarf, sondern auch durch die Zeiten ihres Gebrauchs.

Unterscheidung von Haushaltsgeräten
Während Geschirrspülmaschine, Waschmaschine und Trockner nur dann elektrische Energie benötigen, wenn sie benötigt werden – also temporär, verlangen ein Kühlschrank und eine Gefriertruhe einen ungleich stetigeren Bedarf an elektrische Energie, jedoch mit geringerer Anschlussleistung. Sobald die eingestellte Soll-Temperatur überschritten wird, startet das Kälteaggregat damit die Kälte zu erarbeiten. Dies geschieht mehrmals am Tag, wohingegen die Wasch- oder Geschirrspülmaschine in der Regel nur einmal am Tag verwendet werden.
Um diese dezentral erzeugte Energie auch dezentral effizient zu nutzen, macht es durchaus Sinn, elektrische Kühlgeräte zu nutzen. Das Kälteaggregat von Kühlgeräten arbeitet in Intervallen und wird über eine Temperaturdifferenzregelung betrieben. Hohe temporäre Spitzenlasten sind nahezu ausgeschlossen.
Die oben genannten Haushalts-Großgeräte unterscheiden sich in ihrer Funktionsweise in energetischer Sicht folgendermaßen:

• Waschmaschine, Trockner, Geschirrspülmaschine: mechanische & thermische
• Energie,
• Kühl- und Gefriergeräte: nur mechanische Energie.

Alle Geräte benötigen elektrische Energie für eine mechanische und thermische Nutzung. Bei Kühl- und Gefriergeräten wird elektrische Energie als Antriebsenergie für den Kompressor des Kältekreises benötigt, der für das zu kühlende bzw. zu gefrierende Gut (in der Regel Nahrungsmittel) thermische Energie in Form von Kälte bereitstellt. Waschmaschinen, Wäschetrockner und Geschirrspülmaschinen benötigen ebenso elektrische Energie. Den geringsten Anteil elektrischer Energie allerdings für mechanische Prozesse; den deutlich größeren Anteil benötigen sie für eine elektrische Widerstandsheizung als thermische Energie.

Unterschiede im Nutzungsprofil
Auch in der Nutzung unterscheiden sich beide Gerätegruppen deutlich. Während die Waschmaschinenfraktion temporär genutzt wird (ohne Standby) werden die Geräte zur Kälteerzeugung stetig (immer Standby) genutzt. Selbstredend ist das Kälteaggregat nicht ständig in Betrieb, aber doch in deutlich größeren und häufigeren Intervallen als eine Waschmaschine, eine Geschirr-Spülmaschine oder ein Wäschetrockner.
Durch die effiziente Funktionsweise eines Kälteaggregats werden für diese Gerätetypologien auch deutlich geringere elektrische Leistungen (Energiemengen) für den Betrieb benötigt – wie die Tabellen zeigen. Es ist die elektrische Widerstandsheizung, die bei den Haushaltsgeräten zur Reinigung für die hohen Leistungsbezüge verantwortlich ist.

Teamwork aus Solarthermie und PV
Die Anteile an thermischer Energie können fraglos durch eine solarthermische Anlage ungleich ökologischer abgedeckt werden. Der Markt bietet hierfür schon entsprechende Geräte. Es wird sich absehbar die Geräteintegration durchsetzen, sodass eine Wasch- oder Geschirrspülmaschine auch explizit einen Warmwasseranschluss vorsieht. Ebenfalls befinden sich schon Wäschetrockner mit Wärmepumpenaggregaten, aber auch zur Integration in eine solarthermische Anlage, auf dem Markt. Gerade auch für Großanlagen sind derartige Optionen und Systemüberlegungen interessant und werden in Zukunft so manche Innovationen beflügeln. Sämtliche Reinigungsgeräte eines Haushaltes: Waschmaschine, Wäschetrockner und Geschirrspülmaschine können sowohl mit Solarthermie als auch mit Photovoltaik gemeinsam betrieben werden (Die Option einer Kleinst-Windkraft sollte an dieser Stelle nicht unerwähnt bleiben).  

Speicherung elektrischer Energie als Kälte
Haushaltsgeräte zum Kühlen sind besonders in den Sommermonaten sehr gefordert und wichtig für unseren Wohnkomfort gleichermaßen, aber auch für die Nahrungsmittelhygiene. In dieser Zeit steht allein durch die Photovoltaik in der Regel ausreichend elektrische Energie zur Verfügung. Tagsüber kann in jedem Fall von einem Mindestertrag ausgegangen werden. Eine Speicherung elektrischer Energie ist mit diesen Geräten nicht nur durch die Umwandlung von mechanischer in thermische Energie (Kälte) möglich, sondern eben auch die Speicherung aufgrund der Wärme- bzw. Kältedämmung hinsichtlich der Gerätehülle. Diese ist letztendlich ähnlich zu betrachten wie die thermische Hülle eines Gebäudes, welches Temperaturdifferenzen zwischen Innen und Außen ausgesetzt sind und einen entsprechenden energetischen Ausgleich verlangen.
Für die Energieeffizienz eines Kühlgerätes ist es entscheidend, wie gut das Gerät in seiner Umschließungsflächen gegen Wärmeeindringungen aufgrund der Temperaturdifferenz (Solltemperatur im Inneren von 8°C bis -18°C) geschützt ist. Dementsprechend arbeitet das Kälteaggregat nur dann, wenn der Sollwert überschritten wird. D.h., dem Inneren wird über den Kältekreis und der Zuführung mechanischer Energie (Antriebsenergie) Wärme entzogen, bis sich der Sollwert wieder einstellt.
Für eine optimierte Systemintegration kann hier im Bereich der Ein- und Ausschalt-Temperaturdifferenzen eine Feineinstellung den Ertrag aus der hauseigenen PV-Anlage erhöhen. Bei einem Kühlprozess mit den letzten Sonnenstrahlen kann somit erreicht werden, dass der nächste Kühlprozess erst am nächsten Tag wieder notwendig wird und ebenfalls mit selbsterzeugtem erneuerbaren Strom betrieben wird.
Auf diese Weise kann in Verbindung mit Kühlgeräten nicht nur eine Umwandlung elektrischer Energie in thermische Energie realisiert werden, sondern auch eine indirekte Speicherung der ursprünglichen elektrischen Energie in thermischer Energie (Kälte) ermöglicht werden.

Systeminnovationen erwartet
Man darf in naher Zukunft schon auf Systeminnovationen gespannt sein, die den Anteil selbsterzeugter Energie effizient nutzen und über eine optimierte Abstimmung sämtlicher Komponenten von der Erzeugung, Bereitstellung (Umwandlung/Speicherung) und Nutzung verfügen. Ohne solche dezentrale Innovationen wird eine konsequent nachhaltige Energiewende kaum realisierbar sein.

Autor: Frank Hartmann