Die typische Solarstromanlage erfordert den Zugang zu einem privaten Dach und ein großes Budget. Könnte man diese Hindernisse umgehen, indem man kleine Solarmodule auf Fensterbänken und Balkonen installiert und sie an ein Niederspannungsgleichstromnetz (DC, englisch „direct current“) anschließt? Um diese These zu testen, beschloss ich, das Homeoffice des Low-tech Magazines in Spanien mit Solarenergie zu versorgen und meine Artikel unabhängig vom herkömmlichen Stromnetz zu schreiben.

Solarmodule sind in den letzten Jahren billiger und effizienter geworden, allerdings sind sie weit von einer Universallösung entfernt, das gilt auch für sonnige Regionen. Ein Grund dafür ist, dass eine herkömmliche Solarstromanlage für viele Menschen immer noch zu teuer ist. Der Durchschnittspreis für eine im Jahr 2014 fertiggestellte 5-kW-Solarstromanlage für Privathaushalte reichte von 11.000 Dollar in Deutschland bis 16.450 Dollar in den USA.¹² Ungefähr die Hälfte dieses Betrags entfällt auf die Installationskosten.³

Ein zweites Hindernis der Solarenergie ist, dass nicht alle in ihrem Einfamilienhaus mit Zugang zu ihrem eigenen Dach leben. Diejenigen, die in Mehrfamilienhäusern wohnen, haben kaum eine Chance, mit einer herkömmlichen Anlage auf dem Dach Solarstrom zu ernten. Außerdem würde das Dach von Mehrfamilienhäusern schnell zu voll werden, um den Stromverbrauch aller Bewohner zu decken. Ein Problem, das umso größer wird, je mehr Stockwerke ein Gebäude hat. Und schließlich ist eine herkömmliche Solaranlage ebenso problematisch, wenn Sie eine Wohnung oder ein Haus mieten.

Ich gehöre zu den Menschen, die mit all diesen Hindernissen konfrontiert sind: Ich wohne in einer Wohnung, bin Mieter und habe nicht das Budget für eine herkömmliche Solaranlage. Allerdings bekomme ich viel Sonne ab. Meine Wohnung liegt in der Nähe von Barcelona in Spanien, einer Stadt mit einer durchschnittlichen Sonneneinstrahlung von fast 1.700 kWh/m2/Jahr (das ist auch der Durchschnittswert in den USA). Zudem sind der Balkon und alle Fenster der 60 m2 großen Wohnung nach Süden und Südwesten ausgerichtet, und es gibt keine Beschattung durch Bäume oder andere Gebäude.

Diese Bedingungen erlauben mir den Winter ohne Heizungsanlage zu überstehen, alleine nur auf Solarwärme und Thermounterwäsche angewiesen. Die Warmwasserversorgung erfolgt über einen Solarboiler, der vom Vermieter installiert wurde. Die Wäsche wird auf dem Balkon getrocknet. Als ich für ein Kunstprojekt mit Sonnenkollektoren bastelte, kam mir eine Idee: Wenn die Sonne schon so viel von meinem Wohnraum mit Energie versorgt, wäre es dann nicht auch möglich, Solarenergie von den Fensterbänken und dem Balkon zu ernten und meine Wohnung vom herkömmlichen Stromnetz zu befreien? Eine solche Solarstromanlage würde folgende, meiner Probleme lösen:

• Ich benötige keinen Zugang zum Dach.
• Ich kann die Anlage selbst installieren. Das macht sie viel billiger.
• Ich kann die Solarstromanlage mitnehmen, wenn ich an einen anderen Ort ziehe.

Offensichtlich stellt sich die Frage, ob ein solches andersartiges Solarsystem den erforderlichen Strom erzeugen kann. Als erstes Experiment beschloss ich, mein 10 m2 großes Büro zu Hause mit Solarzellen zu versorgen, die auf der 2,8 m langen Fensterbank entlang der Fenster des Büros und des angrenzenden Schlafzimmers angebracht sind.

Solarbetriebenes Heimbüro

Das Fenster in meinem Büro ist ziemlich klein (mit 1,5 m2 nimmt es nur die Hälfte der Wand ein). Im Schlafzimmer, das seit Jahren von drei IKEA SUNNAN-Lampen beleuchtet wird, besteht jedoch kein Bedarf an Strom. Daher steht die gesamte Fensterbank für die Stromversorgung des Arbeitszimmers zur Verfügung. Sie bietet genug Platz für fünf Solarmodule mit je 10 Watt, die mir 50 Watt Spitzenleistung liefern. Der Balkon wird dazu dienen, den Rest der Wohnung mit Strom zu versorgen. Auf die Pläne für dieses zweite Projekt wird am Ende dieses Artikels eingegangen.

Durch ihre Platzierung auf der Fensterbank werden die Solarmodule morgens vom Gebäude selbst beschattet. Sie erhalten direktes Sonnenlicht von etwa 10 bis 17 Uhr im Winter (insgesamt 7 Stunden) und von etwa 13 bis 21 Uhr im Hochsommer (insgesamt 8 Stunden). Die maximale Energieproduktion beträgt also etwa 400 Wh pro Tag.

Die Solarmodule sind parallel geschaltet und an einem Solarladeregler gekoppelt, dieser wiederum an einen 550 Wh Bleiakkumulatoren. Bei einer Entladungstiefe (DoD, englisch “Depth of discharge”) von 33 % und einem Batteriewirkungsgrad von 80 % ergibt sich ein maximaler Energiespeicher von etwa 150 Wh.

Kann man ein Homeoffice mit 50-Watt-Peak-Solarmodulen und einem 150-Wh-Energiespeicher betreiben?

Schauen wir uns nun den Energieverbrauch meines Homeoffices an, bevor es mit Solarstrom betrieben wurde. Die meiste Zeit des Tages sitze ich hier und arbeite, entweder recherchiere ich, schreibe oder baue und repariere Dinge. Geräte, die regelmäßig Strom verbrauchen, sind:

• Ein Laptop, der durchschnittlich 20 Watt Leistung benötigt.
• Ein externer Computerbildschirm, der 16,5 W Leistung benötigt.
• Zwei CFL-Lampen (20W und 12W) und eine LED-Lampe (3W).

Stromverbrauch im Homeoffice

Das sind 35 W tagsüber (wenn nur der Laptop und der Bildschirm in Betrieb sind) und 70 W nach Sonnenuntergang (Laptop, Bildschirm und Beleuchtung). Ich arbeite normalerweise morgens und abends, ungefähr von 10 bis 14 Uhr und von 20 bis 1 Uhr. Nachmittags erledige ich andere Dinge oder arbeite in der Bibliothek.

Der Gesamtstromverbrauch in meinem Büro liegt also (im Durchschnitt) bei 500 Wh pro Tag, mit geringen Schwankungen zwischen Winter und Sommer. An bewölkten Tagen benutze ich morgens auch das Licht, was den Stromverbrauch auf 640 Wh pro Tag erhöhen kann. Dann gibt es noch einige Geräte, die gelegentlich Strom benötigen:

• Ein Laserdrucker, der für das Aufwärmen und den Druck von acht Textseiten 4Wh Energie verbraucht. Das entspricht dem Betrieb meiner Schreibtischlampe (5 W) für mehr als 45 Minuten.
• Ein Paar PC-Lautsprecher (1,5 W Leistung).
• Drei USB-Fahrradlampen (jede verbraucht 1,4 W beim Aufladen).
• Eine Digitalkamera, die während des Ladevorgangs 3 W verbraucht.
• Ein Ventilator, der 30 bis 40 Watt Leistung verbraucht.
• Ein Mobiltelefon (ein ganz einfaches), das alle paar Wochen aufgeladen wird.

Offensichtlich produziert meine Solarstromanlage nicht genug Energie, um mein Homeoffice mit Strom zu versorgen. Der normale Stromverbrauch an einem 9-Stunden-Arbeitstag beträgt mindestens 500 Wh, jedoch erhalte ich von den Fensterbänken maximal 400 Wh pro Tag. An bewölkten Tagen kann die Energiegewinnung je nach Art der Bewölkung nur 40 bis 200 Wh pro Tag betragen. Außerdem beträgt die Energiespeicherung unter idealen Bedingungen nur 150 Wh, während der größte Teil der Energie (350 Wh) nach Sonnenuntergang verbraucht wird.

Und doch bin ich hier und tippe diesen Artikel auf einem solarbetriebenen Laptop in einem Raum, der mit Solarenergie beleuchtet wird. Wie ist das möglich? Durch die Befolgung folgender Strategien:

• Maximieren der Solarstromgewinnung, indem die Neigung der Solarmodule der Jahreszeit entsprechend eingestellt wird.
• Minimieren des Stromverbrauches, indem ein Niederspannungsgleichstromnetz installiert und Gleichstromgeräte verwendet werden.
• Zwingen Sie sich, den Energiebedarf an dunklen Tagen zu senken, indem Sie vom Netz gehen.

Im Folgenden gehen wir auf diese Punkte näher ein. Meine Solaranlage ist seit November 2015 in Betrieb, zunächst mit nur zwei 10-W-Solarmodulen. Im Frühjahr kamen drei weitere Solarmodule hinzu.

1. Einstellen der Neigung der Solarmodule

Auf Dächern montierte Solarmodule haben in der Regel einen festen Winkel in Bezug auf die Sonne. Da die Höhe der Sonne im Laufe des Jahres schwankt, ist ein fester Winkel sehr oft ein schlechter Kompromiss. Solarmodule, die waagerecht auf einem Flachdach liegen, sind für die Energieerzeugung im Sommer relativ gut positioniert, für den Einsatz im Winter jedoch weit weniger. Geneigte Solarmodule hingegen sind im Winter viel besser, aber nicht so gut wie im Sommer. Auf schrägen Dächern wird der Winkel der Paneele oft durch die Dachneigung bestimmt, was nicht unbedingt der beste Winkel für die Solarstromerzeugung ist.

Ein Solarmodul, das optimal zur Wintersonne ausgerichtet ist, kann die Stromerzeugung im Vergleich zu einem horizontal angeordneten Panel verdreifachen

Die Anpassung des Neigungswinkels eines Solarmoduls an die jeweilige Jahreszeit steigert die Stromerzeugung im Winter erheblich. Im Dezember kann ein Solarmodul in Barcelona, das optimal auf die Wintersonne ausgerichtet ist, die Stromerzeugung im Vergleich zu einem horizontal angeordneten Panel verdreifachen. Da der Vorteil in den anderen Jahreszeiten viel geringer ist, beträgt die durchschnittliche jährliche Steigerung der Stromerzeugung weniger als 10 %. Die Neigung der Solarmodule ist jedoch der Schlüssel, um in den Wintermonaten, wenn die Wahrscheinlichkeit von Stromengpässen am Größten ist, genügend Solarstrom zu ernten.

In the case of a balcony or window sill solar PV system, adjusting the angle of the solar panels is as simple as watering the plants. Although you could make small adjustments every hour, day or month, adapting the angle two or four times per year is as far as you should go.

Bei einer Solarstromanlage auf dem Balkon oder der Fensterbank ist die Einstellung des Winkels der Solarmodule so einfach wie das Gießen der Pflanzen. Sie können zwar jede Stunde, jeden Tag oder jeden Monat kleine Anpassungen vornehmen, aber häufiger als zwei- bis viermal im Jahr ist es nicht notwendig.

Es gibt noch einen weiteren Vorteil, wenn die Solarmodule in unmittelbarer Nähe sind: Sie können regelmäßig gereinigt werden. Auf Dächern montierte Solarmodule werden nur selten gereinigt, da das Dach in der Regel schlecht zugänglich ist. Die Verluste durch Staub und Schmutz werden mit 1 % der erzeugten Energie angenommen. Allerdings, in trockenen und staubigen Regionen sowie in verkehrsreichen Gebieten können sie bis zu 4-6 % betragen, wenn sie nicht regelmäßig gereinigt werden.⁴

Das Einstellen des Neigungswinkels eines Solarpanels auf der Fensterbank ist so einfach wie das Gießen der Pflanzen

Natürlich ist es wichtig, dass die Solarmodule auf keinen Fall von der Fensterbank fallen. Fensterbänke haben unterschiedliche Formen und Größen, sodass eine maßgeschneiderte Trägerkonstruktion erforderlich ist. Ich habe eine feste Metallstange an meiner Fensterbank, die zum Schutz von Pflanzgefäßen gedacht ist und mit der ich die Solarmodule sicher befestigen kann. Ich schätze mich glücklich, dass ich das habe, aber es zeigt auch, wie kleine Designänderungen einen großen Unterschied machen können. Als zusätzliche Sicherheitsmaßnahme habe ich den Holzsockel eines jeden Solarmoduls mit schweren Steinen zusätzlich beladen.

Das Hinzufügen eines Mechanismuses zur Veränderung der Neigung der Solarmodule verkompliziert die Trägerkonstruktion, da das bewegliche Teil genauso stabil sein muss wie die Basis. Nach einigen fehlgeschlagenen Versuchen habe ich einen Mechanismus gefunden, der zu funktionieren scheint, und zwar mit alten Meccano-Metallstreifen (2 bis 3 Schichten dick und mit größeren Schrauben und Muttern). Eine Stange ist mit dem Sockel der Trägerkonstruktion verbunden, die andere mit dem Holzbrett, das das Solarmodul trägt. Beide Stangen sind in der Mitte miteinander verbunden. Wenn ich diese Verbindung löse, kann ich die Länge der Stützen und damit den Winkel des Solarmoduls einstellen.

Solarfenster?

Einige Leser könnten meinen Ansatz für bald überholt halten, da mehrere Unternehmen an “Solarfenster” arbeiten: Glas, das gleichzeitig als Stromgenerator dient. Diese Technologie würde jedoch aus mehreren Gründen nicht so gut funktionieren wie verstellbare Sonnenkollektoren auf Fensterbänken.

Erstens sind Solarfenster meist exakt vertikal aufgestllt, was nie ein effizienter Winkel für die Erzeugung von Solarstrom ist — ihre Stromerzeugung ist etwa dreimal geringer als bei horizontalen Solarmodulen.⁵ Zweitens ist nicht möglich im Sommer, die Fenster zu öffnen oder die Rollläden herunterzulassen. Das würde mein Büro schnell überhitzen und eine Klimaanlage erforderlich machen.

Meine Solarstromanlage hingegen kann Strom erzeugen, während die Rollläden geschlossen und die Fenster geöffnet sind. Nicht zuletzt kann ein fensterintegriertes Solarmodul nicht mitgenommen werden, wenn man umzieht, während mein System vollständig mobil ist.

2. Entscheiden Sie sich für ein Niederspannungsgleichstromsystem

Herkömmliche Solarstromanlagen wandeln den von den Solarmodulen erzeugten Gleichstrom (DC) in Wechselstrom (AC, englisch “alternating current”) um, um ihn mit dem AC-Verteilungssystem des Gebäudes kompatibel zu machen. Da viele moderne Geräte intern mit Gleichstrom arbeiten, wird der Wechselstrom anschließend wieder in Gleichstrom umgewandelt. Die Gleichstrom/Wechselstrom-Umwandlung wird vom Wechselrichter vorgenommen, der zwischen dem Solarladeregler und dem Abnehmer sitzt. Die zweite Umwandlung erfolgt im (externen oder internen) AC/DC-Adapter der genutzten Geräte.

Der Nachteil dieser doppelten Umwandlung der elektrischen Stromart ist, dass sie zu erheblichen Energieverlusten führt. Dies gilt insbesondere für Halbleitergeräte wie LEDs und Computer, bei denen die kombinierten Verluste der Gleichstrom/Wechselstrom/Gleichstrom-Wandlung etwa 30 % betragen — siehe unseren früheren Artikel für weitere Einzelheiten. Da dies auch die Geräte sind, die den größten Teil der Last in meinem Homeoffice ausmachen, ist es sehr sinnvoll, diese Verluste zu vermeiden, indem ich stattdessen ein Niederspannungsgleichstromsystem aufbaue.

Wie auf einem Boot oder in einem Wohnmobil wird der 12-V-Gleichstrom meiner Solarmodule direkt von 12-V-Gleichstromgeräten verwendet oder in 12-V-Gleichstrombatterien gespeichert. Wenn meine Solarmodule ihre maximale Leistung von 50 W erzeugen, haben meine Geräte 50 W zur Verfügung. Wenn es sich um Batteriestrom handelt, gehen durch das Laden und Entladen der Batterie 20 % Energie verloren. Nun stehen 40 W für die Geräte zur Verfügung.

Die Entscheidung für ein Niederspannungsgleichstromsystem erhöht die Energieeffizienz um 40%.

In einer herkömmlichen Solarstromanlage, in der eine DC/AC/DC-Stromumwandlung stattfindet, hätten die Geräte dagegen nur 35 W zur Verfügung, und der Rest ginge bei der Energieumwandlung als Wärme verloren. Wenn in einem solchen System Bleiakkumulatorspeicher verwendet werden, bleiben nur 28 W Leistung übrig. Kurz gesagt, in meinem speziellen Fall vervielfacht die Wahl eines Gleichstromsystems die Stromerzeugung um das 1,4-fache.

Die Entscheidung für ein Gleichstromsystem spart nicht nur Energie, sondern auch Platz und Kosten. Es werden weniger Solarmodule benötigt, und man muss keinen Gleichstrom-Wechselrichter kaufen. Das ist ein teures Gerät, welches während der Lebensdauer einer Solarstromanlage mindestens einmal ausgetauscht werden muss. Das Wichtigste ist, dass Sie ein Niederspannungsgleichstromsystem selbst bauen können, selbst wenn Sie so ungeschickt sind wie ich. Ein Niederspannungsgleichstromnetz (bis zu 24 V) ist sicher zu handhaben, da es keine Gefahr eines Stromschlags birgt.⁶ Wenn man alle Kosten zusammenzählt, habe ich mein Homeoffice für weniger als 400 Euro vom herkömmlichen Netz genommen.

Wo findet man Gleichstromgeräte?

Der Einbau eines Gleichstromsystems setzt die Verwendung von gleichstromtauglichen Geräten voraus. Da so viele moderne Geräte intern mit Gleichstrom arbeiten, bedeutet dies jedoch nicht, dass man alles neu kaufen muss. Um die Beleuchtung in meinem Büro anzupassen, habe ich einfach die Netzstecker von den Stromkabeln abgeschnitten und durch DC-kompatible Stecker ersetzt, die direkt in meinen Solarladeregler passen, und die Glühbirnen durch 12V-LED-Birnen ersetzt. Um den Laptop mit Gleichstrom zu betreiben, habe ich das Netzteil durch ein DC-kompatibles Netzkabel ersetzt, das es auch für Autos gibt. Diese Netzkabel kann man für jedes erdenkliche Laptop-Modell kaufen.

Bei anderen Geräten ist die Anpassung schwieriger, weil sich der AC/DC-Adapter im Gerät selbst befindet. Ich habe zum Beispiel noch nicht herausgefunden, wie ich meinen externen Computerbildschirm so umbauen kann, dass er direkt mit Gleichstrom betrieben werden kann.

Geräte, die nicht umgerüstet werden können, sind in der Regel in einer 12-V-Ausführung Gleichstrom erhältlich. Beispiele sind Kühlschränke, langsame Kocher, Fernseher, Luftkompressoren oder Elektrowerkzeuge. Diese können teurer sein als ihre Wechselstrom-Gegenstücke, da sie in viel kleineren Mengen hergestellt werden. Gleichstromkühlschränke sind sehr teuer, weil sie eine Vakuumisolierung verwenden. Während dies in einem Wohnmobil oder Segelboot, wo der Platz begrenzt ist, sinnvoll ist, stellt es in einem gewöhnlichen Gebäude nur unnötige Kosten dar.

Die Zigarettenanzünderbuchse in Autos, die ursprünglich für die Stromversorgung eines elektrisch beheizten Zigarettenanzünders konzipiert wurde, ist seit Jahrzehnten der de facto Standard-Gleichstromanschluss. In jüngster Zeit ist ein weiteres Niederspannungsgleichstromverteilungssystem hinzugekommen: der USB-Anschluss. USB-Kabel arbeiten mit 5 V Gleichstrom und können sowohl Daten als auch Energie übertragen. Sie versorgen heute viele Geräte der Unterhaltungselektronik mit Strom.

Derzeit werden diese Geräte über den USB-Anschluss eines Laptops oder Desktop-Computers aufgeladen, sie könnten aber auch direkt an eine Solarstromanlage angeschlossen werden. Während das Standard-USB-Kabel eine maximale Leistung von nur 10 Watt hat, ermöglicht der neuere USB-PD-Standard Geräte mit einer Leistungsaufnahme von bis zu 100 Watt.

Bewölkte Tage

Die Entscheidung für ein Gleichstromsystem hat den Stromverbrauch in meinem Homeoffice erheblich gesenkt. Der Stromverbrauch meines Laptops ist um etwa 20 % gesunken. Durch die Umstellung auf direkt Gleichstrom betriebene LED-Lampen hat sich der Stromverbrauch für die Beleuchtung von 35 auf 16 W halbiert. Ausgehend von dem oben beschriebenen 9-Stunden-Arbeitstag ist der tägliche Energieverbrauch der regelmäßig genutzten Geräte in meinem Heimbüro von 500 auf 350 Wh pro Tag gesunken. Damit liegt der durchschnittliche Energieverbrauch unter der Energieproduktion an sonnigen Tagen (400 Wh), die in meinem Wohnort reichlich vorhanden sind.

In Wirklichkeit werden der externe Bildschirm und der Laserdrucker weiterhin vom herkömmlichen Stromnetz gespeist. In den oben genannten 350 Wh Energieverbrauch ist die hypothetische Verwendung eines externen Gleichstrombildschirms (der gegenüber der Wechselstromversion 15 % Strom spart) enthalten, nicht aber der Energieverbrauch des Druckers. An sonnigen Tagen habe ich jedoch einen beträchtlichen Stromüberschuss, was darauf schließen lässt, dass ich auch den externen Bildschirm und den Drucker betreiben könnte. Selbst an teilweise bewölkten Tagen ist Energie im Überfluss vorhanden.

Jedoch, an bewölkten Tagen, wenn die Stromerzeugung zwischen 40 und 200 Wh pro Tag liegt, ist der Energieverbrauch zu hoch. Natürlich könnte man das Problem lösen, indem man mehr Solarmodule und Batterien hinzufügt, aber das ist nicht der richtige Weg, weil die Solarstromanlage dann teurer, weniger praktisch und weniger nachhaltig wird.

An sonnigen oder teilweise bewölkten Tagen habe ich mehr als genug Strom. An bewölkten Tagen muss ich den Energiebedarf reduzieren.

To guarantee a daily 350 Wh of electricity during three consecutive heavy overcast days in December (a worst case scenario of only 40 Wh energy production per day), I would need to increase solar power capacity fourfold, from 50 to 200W peak capacity, and provide at least five times more batteries.

Um an drei aufeinander folgenden, stark bewölkten Tagen im Dezember täglich 350 Wh Strom zu garantieren (im schlimmsten Fall habe ich nur 40 Wh Energieproduktion pro Tag), müsste ich die Solarstromkapazität um das Vierfache erhöhen, von 50 auf 200 W Spitzenleistung, und mindestens fünfmal so viele Batterien bereitstellen.

Es wäre zwar möglich, 200 W auf den Fensterbänken zu installieren, aber in diesem Fall würden die Solarmodule das Sonnenlicht und die Wärme davon abhalten, in die Räume zu gelangen, was kontraproduktiv wäre. Außerdem würde ich die meiste Zeit des Jahres viel zu viel Strom produzieren.

3. Anpassung der Energienachfrage an das verfügbare Angebot

Es gibt noch eine andere Möglichkeit, die Zahlen in Einklang zu bringen, wenn nicht genügend Sonne vorhanden ist, nämlich weniger Energie zu verbrauchen. Der Vorschlag, den Energieverbrauch zu senken, ist ziemlich umstritten, aber es gibt erstaunlich viele Möglichkeiten, den Energieverbrauch zu senken, ohne auf Schreibmaschine und Kerzen zurückgreifen zu müssen. Hier sind einige Möglichkeiten für mein Homeoffice:

• Ich könnte einen zweiten Arbeitstisch direkt neben dem Fenster installieren. Dadurch entfällt die Notwendigkeit einer künstlichen Beleuchtung an dunklen Wintertagen, was mir an Tagen mit geringer Stromproduktion mindestens weitere 40 Wh einspart.
• Ich könnte an Tagen mit geringer Sonneneinstrahlung abends weniger Licht benutzen. Die meiste Zeit des Jahres steht mir genügend Energie zur Verfügung, um alle Lampen im Raum zu verwenden. An den meisten Tagen komme ich jedoch mit nur zwei Lampen aus, und wenn nötig, könnte ich eine einzige 5- oder sogar 3-W-Lampe verwenden. Wenn die Solarenergie am geringsten ist, habe ich mit der Letzteren immer noch mehr als 13 Stunden Licht. Ich werde nie eine Nacht im Dunkeln verbringen müssen.
• Ich könnte die Lasten auf sonnige Nachmittage verlagern. Selbst im Winter können die Batterien an sonnigen Tagen bereits um 14 oder 15 Uhr voll aufgeladen sein. Wenn ich das System in diesen Zeiten zusätzlich belaste, nutze ich die Sonnenenergie, die sonst ungenutzt bliebe. In dieser Zeit kann ich die Fahrradbeleuchtung, die Digitalkamera oder das Telefon aufladen oder den 12-V-Lötkolben (mein einziges Elektrowerkzeug) oder den Drucker benutzen. Im Sommer kann ich die überschüssige Energie nutzen, um zwei kleine USB-Lüfter zu betreiben, und das ist natürlich die Zeit, in der ich die Lüfter am meisten brauche.

Es gibt erstaunlich viele Möglichkeiten, den Energieverbrauch zu senken, ohne auf Schreibmaschine und Kerzen zurückgreifen zu müssen

• Ich könnte meine Arbeitszeiten ändern. Wenn ich es schaffe, von 9 Uhr morgens bis 18 Uhr abends zu arbeiten, anstatt morgens und abends, spare ich doppelt soviel Energie. Ich bräuchte keine Beleuchtung mehr, außer für etwa eine Stunde im Winter (das spart 70 bis 80 Wh pro Tag). Zweitens, würde ich mehr Strom verbrauchen, während er erzeugt wird, und dadurch 20 % der Lade- und Entladeverluste beim Betrieb des Laptops in der Nacht und am Morgen vermeiden (was weitere 30 Wh einspart). Wenn ich meinen Arbeitsplan ändere, würde der tägliche Stromverbrauch auf etwa 125Wh sinken, weniger als die Hälfte der maximalen Stromerzeugung. Außerdem stünde die gesamte Batteriekapazität für bewölkte Tage zur Verfügung, da nachts kein Strom verbraucht wird.
• Ich könnte die Computerarbeit an die Sonnenverhältnisse anpassen. Es gibt einen bemerkenswerten Unterschied im Stromverbrauch des Laptops zwischen dem Schreiben (etwa 15 W) und dem Surfen im Internet (etwa 25 W). Mit anderen Worten: Ich kann fast doppelt so lange arbeiten, wenn ich schreibe, was ich immer dann tun könnte, wenn die verfügbare Energie knapp ist.
• Ich könnte meinen externen Computerbildschirm verstecken. Er kann für manche Arbeiten sehr praktisch sein, da er sowohl einen Bildschirm zum Lesen als auch einen zum Schreiben bietet, aber die meiste Zeit über verschwendet er nur Energie, ohne besonders nützlich zu sein. Durch den Verzicht auf den externen Bildschirm könnte ich weitere 150 Wh pro Tag einsparen. Allerdings würde dadurch wahrscheinlich der Drucker stärker beansprucht, sodass sich erst noch zeigen muss, ob diese Option wirklich Energie spart.
• An aufeinanderfolgenden, stark bewölkten Tagen könnte ich auf drastischere Maßnahmen zurückgreifen, z. B. in der Bibliothek arbeiten.

Wenn ich mein Barometer im Auge behalte und ein bisschen flexibel bin, ist es gar nicht so schwer, die Arbeit je nach Wetterlage anzupassen. Bislang habe ich diese Möglichkeiten jedoch vor allem für die Beleuchtung genutzt, weniger bei der Arbeit mit dem Laptop. Das hat nichts damit zu tun, dass die Computernutzung weniger flexibel ist als die Beleuchtung. Vielmehr ist es eine Folge des Aufbaus des Systems.

Dies wurde durch die etwas ungeschickte Art und Weise deutlich, wie ich mein Experiment aufgebaut habe. Natürlich wollte ich die Anlage im tiefsten Winter testen, bevor ich darüber schreibe. Allerdings hatte ich zu diesem Zeitpunkt nur zwei Solarzellen. Daher testete ich zunächst mein solarbetriebenes Homeoffice, indem ich den Laptop zwei Wochen lang mit Solarenergie versorgte (während ich die Lampen mit herkömmlichem Netzstrom betrieben habe), gefolgt von einem zweiwöchigen Test, bei dem die Lampen mit Solarenergie betrieben wurden (und der Computer mit herkömmlichem Netzstrom).

Für meine Beleuchtung ist es unmöglich, auf das herkömmliche Stromnetz zurückzugreifen, da ich die Stromkabel aller Lampen abschneiden musste, um sie mit dem 12-V-Gleichstromnetz kompatibel zu machen.

Die Ergebnisse waren in beiden Zeiträumen bemerkenswert unterschiedlich. Mit dem Laptop konnte ich immer auf Netzstrom zurückgreifen, indem ich einfach das Netzkabel umlegte. Es gab also keine äußeren Faktoren, die mich dazu zwangen, meine Arbeitsweise zu ändern, um an einem dunklen Tag innerhalb der Grenzen des Energiebudgets zu bleiben. Bei der Beleuchtung war es jedoch unmöglich, auf den Netzstrom zurückzugreifen. Ich musste die Stromkabel aller Lampen kürzen, um sie mit dem 12-V-Gleichstromnetz kompatibel zu machen, was bedeutete, dass ich sie nicht mehr mit Wechselstrom aus dem herkömmlichen Netz betreiben konnte.

In den Zeiten, in denen wenig Strom verbraucht wird, hatte ich keine andere Wahl, als den Energiebedarf für die Beleuchtung zu senken, und genau das habe ich getan, und zwar ziemlich mühelos, muss ich sagen. Ich habe mir schnell einen zusätzlichen Schreibtisch am Fenster eingerichtet, um morgens kein künstliches Licht zu verwenden, ich habe das Licht ausgeschaltet, wenn ich den Raum verlassen habe, und ich habe mit nur einer 5-Watt- oder sogar einer 3-Watt-Glühbirne gearbeitet, wenn es nötig war.

Fünf Monate später habe ich mich völlig daran gewöhnt, die Beleuchtung an die verfügbare Sonnenenergie anzupassen. Andererseits schließe ich meinen Laptop immer wieder an das Stromnetz an, wenn die Energie knapp wird. Und warum? Weil ich das kann.⁷

Folglich scheint die Abkehr vom herkömmlichen Netz der Schlüssel zu sein, um den Energiebedarf erheblich zu senken.⁸ Eine begrenzte Energieversorgung fördert auch den Einsatz energieeffizienterer Technologien. Die Energieeinsparungen, die ich beispielsweise durch den Austausch der beiden verbliebenen herkömmlichen Lampen durch LEDs erzielt habe, hätten auch ohne den Bau einer Solarstromanlage erreicht werden können. Diese Option kam mir jedoch erst in den Sinn, nachdem ich mich der Herausforderung gestellt hatte, das Büro mit Solarstrom zu versorgen.

Die Fortschritte in der energieeffizienten Technologie werden die Möglichkeiten meines netzunabhängigen Systems ständig erweitern, ohne dass die Gefahr von Rebound-Effekten besteht.

Wenn ich nicht auf das herkömmliche Stromnetz zurückgreifen könnte, würde ich mir wahrscheinlich auch einen energieeffizienteren Laptop zulegen.⁹ In Zukunft könnte ich auch auf Lithium-Ionen-Batterien umsteigen, die weniger Verluste haben als Blei-Säure-Batterien. Wenn ich in energieeffizientere Technologie investiere, könnte ich den Computer und die Beleuchtung länger mit der gleichen Anzahl von Solarzellen betreiben. Bei einer begrenzten Stromversorgung besteht kein Risiko von Rebound-Effekten, die diese Vorteile zunichtemachen.

Baue mehrere Solarstromanlagen

Wie zu Beginn des Artikels erwähnt, ist das solarbetriebene Homeoffice nur der erste Schritt zur Umstellung der gesamten Wohnung auf Solarstrom und zur vollständigen Unabhängigkeit vom Stromnetzes. Das zweite Projekt wird die Installation einer Solaranlage auf dem 6 Meter langen Balkon vor dem Wohnzimmer und der (offenen) Küche sein. Sie wird die Beleuchtung, die Stereoanlage, den Wifi-Router, die gesamte Computernutzung außerhalb des Büros und alle Küchengeräte versorgen.

Dieses zweite Experiment ist aus zwei Gründen viel schwieriger. Erstens, das Wohnzimmer und die Küche werden auch von der zweiten Person in diesem Haushalt genutzt, was die Verwaltung des Energieverbrauchs komplizierter macht. Außerdem haben wir zwar keinen Toaster, keine Kaffeemaschine und keine Mikrowelle, aber in der Küche steht ein viel genutztes Hochleistungsgerät: der Elektroherd.

Da man zu viele Solarmodule und Batterien bräuchte, um den elektrischen Kochherd zu betreiben, soll er durch nichtelektrische Alternativen ersetzt werden: ein oder zwei Solarkocher, ein feuerloser Kocher und ein Raketenherd für den Morgenkaffee. Durch die Nutzung der direkten Sonnenwärme können wir den Platz auf dem Balkon viel effizienter nutzen. Ein weiterer Plan ist der Bau eines Low-Tech-Lebensmittelaufbewahrungssystems, das den Großteil der Lebensmittel außerhalb des Kühlschranks lagern kann, um dieses energieintensive Gerät so klein wie möglich zu halten oder ganz abzuschaffen.

Die Solarstromanlage auf dem Balkon wird völlig unabhängig von der Solarstromanlage auf der Fensterbank sein.

Die Solarstromanlage auf dem Balkon wird völlig unabhängig von der Solarstromanlage auf der Fensterbank sein. Dieser Ansatz hat mehrere Vorteile. Wie wir im vorherigen Artikel gesehen haben, sind die Kabelverluste in einem Niederspannungsgleichstromsystem relativ hoch. Die Einrichtung mehrerer unabhängiger Systeme schränkt die Kabellänge (und den Kabelsalat) erheblich ein.

Zweitens kann durch die Installation separater Systeme der Gesamtstromverbrauch 150 Watt übersteigen — dies ist die Sicherheitsgrenze für ein 12-V-Gleichstromsystem. Drittens kann man mit mehreren Systemen klein anfangen und das System schrittweise erweitern. Dies vermeidet hohe Anfangskosten und ermöglicht es Ihnen, aus Ihren Fehlern zu lernen.

Aus Fehlern lernen

Tatsächlich war es ein solcher Fehler, der mich dazu gebracht hat, selbst in meinem relativ kleinen 10 m2 großen Heimbüro zwei getrennte Systeme zu installieren. Die beiden Solarmodule vor dem Büro sind mit der Hälfte der Batterien verbunden (für die Beleuchtung), während die drei Solarmodule vor dem Schlafzimmer mit der anderen Hälfte verbunden sind (für die Stromversorgung des Laptops).

Das liegt daran, dass ich meinen ersten Solarladeregler kurzgeschlossen habe und einen zweiten kaufen musste, während der erste repariert wurde. Entweder das oder drei Wochen lang kein Licht. Ein letzter Vorteil mehrerer Systeme ist also die höhere Zuverlässigkeit: Wenn ein System ausfällt, gibt es immer noch Strom.

Wenn das zweite Experiment erfolgreich ist, was natürlich noch abzuwarten ist, ist geplant, den Vertrag mit unserem Stromversorger, der im Dezember verlängert werden soll, zu beenden. Natürlich wäre es praktisch, weiterhin an das Stromnetz angeschlossen zu sein, aber es gibt zwei wichtige Gründe, dies nicht zu tun. Der erste Grund wurde bereits genannt: Die Abkehr vom herkömmlichen Stromnetz setzt die Kreativität und den Willen zur Senkung des Energiebedarfs frei.

Sollte das zweite Experiment erfolgreich sein, was natürlich noch abzuwarten ist, ist geplant, den Vertrag mit unserem Stromversorger zu kündigen.

Einige wichtige Herausforderungen bleiben bestehen, vor allem die Waschmaschine, das Badezimmer und der Laserdrucker. Das Problem mit der Waschmaschine und dem Bad ist, dass sie sich auf der Nordseite des Gebäudes befinden, weit weg von den Solarmodulen. Wir könnten in einen Waschsalon gehen, aber es gibt keinen in der Stadt. Eine pedalbetriebene Waschmaschine benötigt Platz, den wir nicht haben.

Der Laserdrucker könnte mit einem Wechselrichter betrieben werden, der auch für den Betrieb anderer gelegentlich genutzter Geräte, die nicht mit 12 V Gleichstrom betrieben werden, nützlich sein kann. Allerdings wäre dafür ein relativ großer und teurer Wechselrichter erforderlich, da die Einschaltleistung des Geräts über 400 Watt liegt. Glücklicherweise habe ich das herausgefunden, bevor ich ein weiteres teures Gerät kaputt gemacht habe.

Bevor Sie beginnen

Bevor Sie sich für die Installation einer kleinen Solarstromanlage entscheiden, sollten Sie einige Dinge bedenken:

• Sie brauchen genügend Sonne. Solarmodule auf Balkonen und Fensterbänken funktionieren nicht überall. Eine ähnliche Anlage wie meine, aber 1.000 km weiter nördlich, würde im Durchschnitt nur die Hälfte des Stroms produzieren, mit einem viel größeren Unterschied zwischen Winter und Sommer.
• Sie brauchen die richtige Belichtung. Selbst wenn Sie in einem sonnigen Klima leben, sollten Sie nicht daran denken, Solarstrom zu ernten, wenn Fenster oder Balkone nach Norden, Nordwesten oder Nordosten ausgerichtet sind. Auch die Abschattung durch andere Gebäude oder Bäume kann Ihre Bestrebungen zunichtemachen. Sie brauchen täglich mindestens 4 Stunden direkte Sonneneinstrahlung auf die Module.
• Sie müssen bereit sein, Ihren Energieverbrauch zu senken. Nur wenige Wohnungsbewohner werden über genügend Platz verfügen, um ausreichend Solarstrom für einen energieintensiven Lebensstil zu erzeugen.
• Es kann unmöglich sein, einige Fenster vollständig zu schließen. Die Kabel der Solarmodule gelangen in meine Wohnung, indem ich das Schiebefenster des Büros leicht öffne. Im Winter decke ich diesen Spalt mit Kork ab. Da ich nicht heize, geht keine Energie verloren, aber unter anderen Umständen könnte das problematisch sein. Sie sollten wahrscheinlich kein Loch durch das Fenster oder die Wand bohren, wenn Sie die Wohnung mieten.
• Die Umstellung Ihrer Wohnung auf Solarenergie macht Sie nicht zu “100 % nachhaltig “. Für die Herstellung von Solarmodulen und Batterien werden fossile Brennstoffe verwendet. Der von mir erzeugte Strom ist wahrscheinlich pro kWh CO2-intensiver als der spanische Netzstrom, zumal meine Solarmodule und Batterien in China hergestellt werden. Der einzige Grund, warum mein System nachhaltiger ist als die Nutzung von Netzstrom, ist, dass es mich zwingt, den Stromverbrauch erheblich zu senken.