Energiespeicher für Autarkie: Museen werden netzunabhängiger

Die Welt braucht mehr denn je Energiespeicher, da wir auf erneuerbaren Strom aus Solar- und Windquellen umsteigen. Die Sonne liefert der Erde in einer einzigen Stunde mehr Energie, als die Menschheit in einem ganzen Jahr verbraucht. Dies bietet eine beträchtliche Chance auch für kulturelle Einrichtungen, Institutionen und kulturnahe Organisationen, die nachhaltig werden wollen. Museen haben begonnen, dieses Potenzial zu erkennen und zu erschließen.

Die Speicherung von Solarenergie ist in den letzten Jahren erheblich gestiegen. Im Jahr 2017 verfügten nur 2,8 % der Solaranlagen über Speichersysteme. Diese Zahl stieg bis 2021 auf 11,2 %, und Experten gehen davon aus, dass sie bis 2025 29,3 % erreichen wird. Die Menschen verstehen jetzt, dass die Kombination verschiedener Speicheroptionen dazu beiträgt, den lokalen Energiebedarf mit kleineren Anlagen zu decken und gleichzeitig die Netzabhängigkeit zu verringern.

Museen, die autark werden wollen, haben mehrere Optionen zur Auswahl – von Batteriespeichern über thermische Speicher bis hin zu Langzeitlösungen. Diese Technologien tragen dazu bei, Nachhaltigkeitsziele zu erreichen, und bieten praktische Vorteile wie niedrigere Betriebskosten und eine zuverlässige Energieversorgung.

Wie sich Energiespeicherung im öffentlichen Raum entwickelt hat

In Kombination mit einer Leichtbaukonstruktion ist die eingebettete Energie viel geringer als bei einem massiven Gebäude aus gebrannten Ziegeln oder Beton. Der Gesamtenergieeintrag über die Lebensdauer des Gebäudes ist im Vergleich zu herkömmlichen Museumsdepots und Archiven vernachlässigbar.“

Schnellnavigation

Toggle

erklärt Tim Padfield, freiberuflicher Berater für präventive Konservierung, ehemals im Dänischen Nationalmuseum.

Die Erfahrung mit Energiespeicherung geht Jahrhunderte zurück auf traditionelle Methoden wie Pumpspeicherkraftwerke, die in den Vereinigten Staaten seit den 1920er Jahren im Einsatz sind. Einst dominierte die mechanische Speicherung das Feld, doch fortschrittliche Technologien haben die Lage drastisch verändert.

Energiespeicherlösungen sind durch öffentliche Einrichtungen für mehr Menschen zugänglich geworden. Pumpspeicherkraftwerke dienen nach wie vor als Rückgrat und machen 95 % der Energiespeicherung im Versorgungsmaßstab aus. Batteriespeichersysteme haben stark an Bedeutung gewonnen, und die Lithium-Ionen-Technologie kontrolliert inzwischen über 90 % des weltweiten Marktes für Netzbatterien.

Museen und Kulturzentren weltweit führen diese Entwicklung mit wegweisenden Initiativen an. Das California Indian Museum & Cultural Center betreibt jetzt ein 76,5-Kilowatt-Solarsystem, gepaart mit einem 220-Kilowattstunden-Lithium-Ionen-Batteriespeichersystem. Durch diese Konfiguration kann das Zentrum als Kühlunterkunft fungieren, die bei Stromausfällen bis zu 125 Personen versorgt.

Die Einführung von Solar-PV- und Energiespeichersystemen durch das Nationale Nordische Museum unterstützt seine Vision, ein „100 Prozent solarbetriebener Campus“ zu werden. Diese Systeme senken die Betriebskosten und schaffen Zentren für die Widerstandsfähigkeit der Gemeinschaft.

Die Vereinigten Staaten erzeugten im Jahr 2017 4 Milliarden Megawattstunden Strom, verfügten jedoch mit nur 431 MWh bei weitem nicht über genügend Speicher. Dennoch schließt sich diese Lücke schneller, da BloombergNEF prognostiziert, dass der Einsatz von Energiespeichern bis 2030 jährlich um 27 % wachsen wird.

Entwurf eines autarken Energiesystems für Museen

Um wirklich autark zu werden, brauchen Museen ein ausgewogenes Verhältnis zwischen der Konservierung von Kunstwerken und modernen Energietechnologien. Die bedeutendste Herausforderung besteht darin, eine strenge Temperatur- und Feuchtigkeitskontrolle für Kunstwerke aufrechtzuerhalten und gleichzeitig den Besuchern ein angenehmes Wohlbefinden zu bieten.

Wärmeenergiespeichersysteme bieten budgetfreundliche Lösungen für Klimatisierungsanforderungen. Das Brusk Museum in Belgien zeigt, dass dies gut funktioniert – es hat ein 1.300-kWh-ICEBAT-Kältebatteriesystem installiert, das Kunstwerke auch dann sicher hält, wenn die Kühlsysteme ausfallen. Das Fort Collins Museum of Discovery verfolgte mit seinem Eisspeicher auf dem Dach einen ähnlichen Ansatz. Ihr System erzeugt nachts, wenn die Energiekosten niedrig sind, Eis und nutzt es tagsüber zur Kühlung des Gebäudes.

Intelligente Wechselrichter spielen eine entscheidende Rolle, indem sie Gleichstrom von Solarmodulen in Wechselstrom umwandeln. Diese Geräte unterstützen das Netz auch mit Funktionen wie der Spannungsregelung. Ferner können Systeme zur Langzeitenergiespeicherung (LDES) Einrichtungen bis zu 10 Stunden mit Strom versorgen – viel länger als typische Lithium-Ionen-Batterien, die nur vier Stunden halten.

Das Children’s Discovery Museum zeigt, wie essenziell Monitoring in diesem Feld sein kann. Sie nutzten Datenlogger, um Temperaturänderungen zu verfolgen, und konnten so ihre Energiekosten um 48 % senken. Es waren lediglich ein paar Optimierungen an ihrem Gebäudeautomationssystem erforderlich.

Museen, die Energieunabhängigkeit anstreben, sollten verschiedene Ansätze miteinander kombinieren. Experten schlagen vor, Wärmespeicher zur Kühlung, Batterien für die Stromversorgung von Lichtern und Elektronik sowie erneuerbare Energien zu nutzen, die auf die Bedürfnisse der einzelnen Einrichtungen abgestimmt sind. Diese umfassende Strategie trägt zum Erhalt von Kunstwerken bei und spart außerdem Geld und schont die Umwelt.

90 % Energie-Autarkie erreicht: das Brisbane Motor Museum

Seit dem 16. Juni 2023 haben Autofans in Brisbane ein aufregendes neues Ziel zum Erkunden. Das Brisbane Motor Museum, gelegen in Banyo, ist ein luxuriöses Zentrum, das speziell für Auto- und Motorradliebhaber gestaltet wurde. Auf über 900 Quadratmetern verfügt das Museum über eine Ausstellungsfläche, die 40-60 Fahrzeuge präsentiert. Ähnlich wie in einer Kunstgalerie wechseln die Ausstellungen alle drei Monate und orientieren sich an einem bestimmten Thema.

Um optimale Bedingungen für die erhaltenen Fahrzeuge zu gewährleisten und den Besuchern im Herzen von Brisbane ein komfortables Erlebnis zu bieten, wird täglich eine erhebliche Menge an Energie verbraucht, um die kontinuierlichen Klimaanlagen- und Feuchtigkeitskontrollsysteme zu betreiben.

Um die hohen Stromkosten, die mit diesen Anforderungen verbunden sind, zu mindern, beauftragte das Museum Springers Solar mit der Installation eines 100-kW-Solarsystems. Um den verfügbaren Raum optimal zu nutzen, umfasst das System 270 × 370 W SolarEdge-Smart-Panels, die strategisch sowohl auf den geneigten als auch auf den flachen Dachbereichen des Gebäudes platziert sind. Das Museum hat sich für drei 30-kW-Dreiphasen-SolarEdge-Wechselrichter entschieden, die für ihre außergewöhnliche Leistung in gewerblichen Anwendungen bekannt sind.

Dank der Integration einer 54-kWh-Batteriespeicherkapazität, bereitgestellt durch vier Tesla Powerwalls, die diskret im Inneren platziert sind, erreicht das Museum ein bemerkenswertes Maß an Selbstversorgung mit Solarenergie. Diese Batterien gewährleisten nicht nur die Sicherheit und den Schutz des Museums, was insbesondere für die Erhaltung der Materialien der ausgestellten „Old World“-Autos und -Fahrräder ist, sondern sie dienen auch als sofortige Notstromquelle bei Stromausfällen. Wesentliche Geräte würden nahtlos weiterarbeiten, und der Stromverbrauch für die Temperaturkontrolle in der Nacht würde durch die Batterien ausgeglichen.

Durch die Implementierung dieses Solar- und Batteriesystems reduziert das Museum seinen CO₂-Fußabdruck und die Stromrechnung erheblich. Es wird prognostiziert, dass jährlich 192 Tonnen CO₂-Emissionen eingespart werden, wodurch deren Freisetzung in die Atmosphäre verhindert wird.

Vorteile einer Unabhängigkeit vom Stromnetz

„Sommerwärme wird im Boden darunter gespeichert und im Winter an das Gebäude abgegeben. Die relative Luftfeuchtigkeit wird im Sommer durch solarbetriebene Entfeuchtung und im Winter durch eine erhöhte Temperatur reduziert.“,

so Tim Padfield in seiner Untersuchung.

Museen, die Energieunabhängigkeit durch Speicherlösungen erreichen, sehen Vorteile, die weit über ihre Auswirkungen auf die Umwelt hinausgehen. Energiekosten machen einen Großteil des Museumsbudgets aus und sind in der Regel der erste oder zweitgrößte Kostenfaktor. Das Science Museum of Minnesota zeigte bemerkenswerte Ergebnisse und sparte jedes Jahr über 300.000 US-Dollar durch den Einsatz fortschrittlicher Wärmerückgewinnungssysteme.

Diese energieunabhängigen Museen spielen auch bei Notfällen eine entscheidende Rolle. Das Solar- und Speichersystem des California Indian Museum & Cultural Center hilft der Anlage, als Kühlunterkunft zu fungieren, die bis zu 125 Menschen bei Stromausfällen schützt. Dies zeigt, wie Kultureinrichtungen zu zentralen Knotenpunkten für den Aufbau der Widerstandsfähigkeit der Gemeinschaft werden können.

Gebäude verbrauchen 35 % der weltweiten Energie, was Museen die einzigartige Chance gibt, mit gutem Beispiel voranzugehen. Museen sind vertrauenswürdige Informationsquellen, die Besucher effektiv über Klimalösungen informieren können. Sie bieten Nachhaltigkeitstouren hinter die Kulissen an, bei denen alles von Sonnenkollektoren bis hin zu Wassersparsystemen gezeigt wird.

Mehrere Förderprogramme in den USA unterstützen diese Veränderungen mit Zuschüssen von 10.000 US-Dollar für die ursprüngliche Planung bis zu 100.000 US-Dollar für Umsetzungsprojekte. Diese intelligenten Investitionen ermöglichen es Museen, ihre Ressourcen auf ihre vorrangigen Bildungs- und Erhaltungsziele zu konzentrieren, anstatt Stromrechnungen bezahlen zu müssen. Das Ergebnis sind Institutionen, die sowohl das kulturelle Erbe als auch die Umweltressourcen schützen.

Auch in Deutschland wurden Förderprogramme für die energetische Sanierung und Investitionen in die Nachhaltigkeit aufgesetzt. Hier lohnt sich aus Museumssicht eine ausführliche Recherche oder Beratung.

In einem ausführlichen Expertenartikel des Teams von EcoFlow, das in erster Linie aus einer Gruppe von Batterieingenieuren besteht, wird Interessierten ein Überblick über die zentralen Punkte rund um Stromspeicher für das Off-Grid-Leben bereitgestellt. Es geht insbesondere darum, welche Technologien es gibt, worauf man bei der Auswahl achten sollte und wie sich die eigene Energieunabhängigkeit langfristig sichern lässt.

Die Bedeutung der Energiespeicherung für autarkes Leben

Mit einem Speichersystem können Sie Strom nutzen, wann immer Sie ihn brauchen. Sie können Solarenergie, die tagsüber erzeugt wird, nutzen, um Ihr Zuhause zu beleuchten, Geräte zu betreiben oder Ihr Elektroauto nachts aufzuladen. Diese Flexibilität macht die Häuser weniger abhängig vom Stromnetz und stellt sicher, dass der selbst erzeugte Strom bestmöglich genutzt wird.

Ein weiterer Vorteil ist, dass es vor Stromausfällen schützt. Batteriesysteme können während Stromausfällen Strom liefern und sorgen dafür, dass Energie immer für Beleuchtung, Küchengeräte oder Heizsysteme zur Verfügung steht, selbst in Gebieten ohne Netzanschluss.

Durch diese Speicherung steht deutlich mehr Energie für den Eigenverbrauch zur Verfügung. Menschen, die mehr eigene Energie erzeugen, müssen weniger kaufen. Dies minimiert den CO₂-Fußabdruck und spart auf lange Sicht Geld bei der Stromrechnung.

Thermische Speichermethoden werden ebenfalls eingesetzt, zusammen mit Batterien. Diese speichern Wärmeenergie, sodass sie Wasser oder Gebäude schnell erwärmen können. Diese Methoden, ob mit Photovoltaik oder kleinen Windturbinen verwendet, bieten eine langfristige Lösung in Gebieten mit ungünstigem Wetter.

Unterschiedliche Arten von Stromspeichersystemen

Off-Grid-Systeme benötigen effiziente Stromspeicher, um Energie zu speichern und bei Bedarf freizugeben. Verschiedene Technologien bieten unterschiedliche Vorteile und Einsatzbereiche.

Batterien: Bleisäure vs. Lithium-Ionen

Bleisäurebatterien sind robuste und kostengünstige Optionen. Sie bieten jedoch eine geringere Lebensdauer und Kapazität als modernere Alternativen. Für Anwendungen mit häufiger Entladung liefern sie nur begrenzte Zyklenstabilität und erfordern mehr Wartung.

Lithium-Ionen-Batterien speichern viel Energie, ohne schwer zu sein, und brauchen kaum Wartung. Zwar kosten sie in der Anschaffung mehr, dafür halten sie länger und sparen auf Dauer Geld. Außerdem lässt sich mit ihnen überschüssiger Solarstrom besonders effizient nutzen, sodass weniger Energie verloren geht.

Wasserstoffspeicher als Alternative

Wasserstoffspeicher nutzen überschüssigen Strom zur Elektrolyse und speichern diesen langfristig. Diese Technik erlaubt höhere Kapazitäten und eignet sich besonders für umfangreiche Off-Grid-Systeme. Ein Vorteil ist die langfristige Lagerfähigkeit, wodurch saisonale Schwankungen ausgeglichen werden.

Die Installation erfordert komplexe Technik und höhere Investitionen. Im privaten Bereich bleibt die Anwendung noch eingeschränkt. Vor allem in Kombination mit Batterien bietet Wasserstoff Potenzial für nachhaltige Energiesysteme.

Thermalenergiespeicher

Ein Wärmespeicher funktioniert im Prinzip wie eine große Thermoskanne: Er speichert Energie in Form von Wärme, zum Beispiel in erhitztem Wasser. So lässt sich das Haus mit warmem Wasser oder Heizenergie versorgen – und gerade in kalten Gegenden ist das Gold wert.

Für den Bedarf an elektrischer Energie sind thermische Speicher weniger geeignet. Oft ergänzen sie jedoch elektrische Speicher, um die Gesamteffizienz zu steigern. Diese Systeme unterstützen eine nachhaltige Wärmeversorgung unabhängig vom Netz.

Auswahl des passenden Speichersystems

Nutzungsdauer und Leistungsfähigkeit

Mit einer Lebensdauer von bis zu 10 Jahren und einer hohen Zyklenfestigkeit sind Lithium-Ionen-Batterien eine zuverlässige Wahl. Austauschintervalle werden minimiert. Zeitgleich sorgen ein niedriger Ladeverlust sowie eine stabile Spannung für Effizienz.

So verringert man die Abhängigkeit von externen Energiequellen und erhöht die Stabilität der Off-Grid-Versorgung.

Kapazität und Platzbedarf

Die Speicherkapazität sollte dem durchschnittlichen Energieverbrauch und den saisonalen Schwankungen angepasst werden. Batterien mit modularer Erweiterbarkeit bieten dafür eine flexible Lösung. Die Einzelkapazitäten liegen zwischen 3 und 5 kWh. Bei Bedarf stehen Optionen zur Erweiterung zur Verfügung.

Hohe Energiedichte ist ein bedeutsames Merkmal von Batterien, die man platzsparend installieren möchte. Lithium-Systeme sind kompakter als Blei-Säure-Alternativen, was sie besonders geeignet für kleine Installationsflächen macht.

Kosten und Wirtschaftlichkeit

Lithium-Speicher benötigen im Vergleich zu herkömmlichen Blei-Säure-Batterien deutlich weniger Platz – sie sind daher perfekt für Keller, Garagen oder andere beengte Räumlichkeiten geeignet.

Kosten entstehen durch häufige Austauschzyklen oder technische Ausfälle.

Installation und Wartung von Stromspeichern

Sicherheitsaspekte

Ein sicherer Lagerplatz sollte trocken, gut belüftet und frei von brennbaren Materialien sein. Vor allem bei Lithium-Ionen-Batterien, die meist verwendet werden, ist Vorsicht geboten. Fortschrittliche Batterie-Management-Systeme (BMS) bewahren vor Überladung und Tiefentladung. Die Geräte überhitzen nicht und das Brandrisiko bleibt minimal, dank der automatischen Temperaturüberwachung und der Notabschaltungen.

Eine Umgebungstemperatur von 10 bis 30 °C ist optimal. Der Speicher muss an einem Ort platziert werden, der leicht zugänglich ist, damit alle Sicherheitsvorrichtungen regelmäßig überprüft werden können. Nähe zur elektrischen Unterverteilung spart Kabelwege und erleichtert die Wartung.

Wartungshinweise

Fachleute empfehlen, alle vier Jahre eine Elektrofachkraft zur Inspektion zu beauftragen. Darin enthalten sind die Reinigung der Lüfter, eine Überprüfung der Verbindungen und eine Inspektion des Gehäuses auf Schäden. Um die Funktion von Blei-Säure-Batterien aufrechtzuerhalten, ist es erforderlich, destilliertes Wasser nachzufüllen.

Die Überwachung der Temperatur und die Belüftung sollten regelmäßig kontrolliert werden. Außerdem sind Software- und Firmware-Updates bei Lithium-Ionen-Systemen erforderlich.

Wie kann die Zukunft der Energiespeichersysteme aussehen?

Bis 2035 wird man wahrscheinlich einen erheblichen Rückgang der Kosten für solche Systeme beobachten können – unter anderem durch optimierte Produktionsprozesse und eine steigende Nachfrage.

Um die steil ansteigende Nutzung erneuerbarer Energien zu unterstützen, sind jedoch mehr flexible Speicherlösungen erforderlich, argumentieren Branchenkenner. Um einen konstanten und weniger schwankungsanfälligen Zugang zu Energie zu gewährleisten, ist die Rolle von dezentralen Systemen hervorzuheben.

Firmen wie EcoFlow Heimbatterie nutzen integrierte Speicherlösungen mit smarter Steuerung und automatisierten Prozessen, um die Energieverwaltung zu verbessern und den Verbrauch zu optimieren.

Ein weiterer Schwerpunkt sind multifunktionale Speicher. Sie können Energie für unterschiedliche Anwendungen bereitstellen, wie das Betreiben von Wärmepumpen oder das Laden von Elektrofahrzeugen. Um den höheren Energiebedarf moderner Kultureinrichtungen und Kunststätten zu bewältigen, wachsen auch die Kapazitäten solcher Systeme.

Wissenschaftler entwickeln neue Technologien, wie zum Beispiel Feststoffbatterien auf Natriumbasis. Diese haben das Potenzial, die Energiedichte und die Zyklenstabilität weiter zu verbessern, während sie die Sicherheitsrisiken minimieren. In den kommenden Jahrzehnten werden solche Neuerungen die Entwicklung der Speichertypen stark prägen.

Fortschritte in den Bereichen Effizienz, Kostenreduktion und Vielseitigkeit sind entscheidend für die Entscheidungen.