Da es sich um Teil II handelt möchte ich zunächst auf Teil I eingehen:
Im Faden
[Guide] Erneuerbare Energien und BTC Mining - Ein Kalkulationsversuch habe ich mich primär damit befasst, ob mit günstigem PV-Strom BTC-Mining sinnvoll praktiziert werden kann.
Die wesentliche Herausforderung war die geringe Auslastung der Miner, was die aktuelle und die letzte Miner-Generation aufgrund der hohen Anschaffungskosten hat unwirtschaftlich werden lassen.
Als Ergebnis konnte bei einer günstigen DIY Lösung (unter Außerachtlassung der Personalkosten) über einen Integrierten Akku aber zumindest eine Auslastung von ~50% realisiert werden, was Mining mit günstigen (aber ineffektiven) Minern der vorletzten Generation grundsätzlich profitabel machte. An diesen Ergebnissen soll nun angeknüpft werden.
Teil II erörtert Möglichkeiten eines saisonalen Energiespeichers (H2 Elektrolyse + Brennstoffzelle) zur Erhöhung der Auslastung, sowie zur Erschließung von Möglichkeiten der Kraft-Wärme-Kopplung für bessere Rentabilität. (Die Abwärmenutzung bei reinem PV-Mining sehe ich nicht als KWK, da sie antizyklisch zum Wärmebedarf entsteht und diesen nur sehr geringfügig decken kann).
Das angedachte Konzept sieht dabei etwa so aus (Grafik mit KI erstellt):
Dazu ein paar verbale Gedanken:
- Akku dient im Wesentlichen dem Tag/Nacht-Ausgleich mit dem Ziel teure Komponenten (Elektrolyseur>Miner) möglichst 24/7 zu betreiben
- H2 dient als Saisonspeicher, wobei die Wärmerückgewinnung für die Autarkie essentiell ist. Aus 100% elektrischer Energie werden ca. 70% H2 + 20% nutzbare Wärme und dann aus den 70% H2 ca. 30% Strom und ca. 30% nutzbare Wärme. Der Systemwirkungsgrad inkl Wärmerückgewinnung liegt bei 80%.
-BTC-Miner und Wärmepumpe agieren als Regeleinheit um den COP einzustellen. Bei massiven Stromüberschuss (Sommermodus) laufen primär die Miner bei COP=1, da eh zu viel wärme Erzeugt wird. Im Strom- oder Wärmedefizit (extrem kalter Wintertag, Ausfall Brennstoffzelle ggf. Netzbezug von Strom) kann dagegen die Wärmepumpe mit COP>5 (bei 20 zu 45 Grad) mehr Last übernehmen und den Wärmeoutput/Strominput steigern
WICHTIG: -Die Heizkostenersparnis ist wesentlicher Bestandteil der Kalkulation und essentiell für die Rentabilität. Das Bedeutet, das System ist Wärmegeführt und funktioniert sinngemäß nur, wenn die Abwärme sinnvoll genutzt werden kann (da zählt die Poolheizung nicht mit). Bei der gedanklichen Normierung auf ein Einfamilienhaus bedeutet das eher einen höheren Wärmebedarf durch mittlere Energieeffizienz (Klasse C-D), statt Passivhausstandard o.ä.
- Und wie wir uns vorstellen können und bei der Kalkulation gleich sehen werden ist die Mining Hardware in den Anschaffungskosten eher nachrangig, denn eigentlich geht es gar nicht nur um BTC Mining, sondern um ein
Konzept Digitaler Souveränität mit autarker Stromversorgung und mit BTC-Mining als Baustein für souveräne Finanzen
Dimensionierung: Ich hab versucht auf ein Einfamilienhaus zu normieren um die Werte und die Vergleichbarkeit besser verständlich zu machen. Klar ist aber auch, dass die Rentabilität bei größeren Objekten mit mehr Wärmebedarf und ggf. mehreren Minern (unterschiedlicher Generationen) deutlich steigen würde.
Zudem brauch so ein Konzept natürlich viel Strom, d.h. die nötige Dachfläche für PV, ich hab hier deshalb mal 50kWp als Basiswert angesetzt, was für ein normales EFH natürlich recht viel ist.
Auslegung:
- der PV-Ertrag wird mit 1000kWh /kWp angenähert, wobei die monatliche Verteilung entsprechend dem Deutschland-Profil von PVGIS übernommen habe (mit PVGIS.com kann man auch individuelle PV-Projekte komplett durchkalkulieren, ist auf jeden Fall einen Blick wert)
- der elektrische Grundbedarf wird auf 5000 kWh angesetzt, also 10% des Jahresertrages gleichmäßig verteilt auf alle Monate
- der Wärmebedarf wird mit 20.000 kWh thermisch angenommen, davon 75% Heizung und 25% Warmwasser
- der Heizwärmebedarf wird proportional zu Heiztagen verteilt (Gradtagzahl-Methode) und kann durch alle Wärmequellen gedeckt werden
- der Warmwasseranteil wird gleichmäßig auf alle Monate verteilt und soll nur durch Elektrolyseur bzw. Brennstoffzelle gedeckt werden
Einstellung:
Die freie Variable im System ist die Zielgröße der verfügbaren elektrische Dauerleistung im Winter. Je höher die Wärme-/Stromerzeugung der Brennstoffzelle, desto geringer das verbleibende Wärmedefizit welches durch Miner/Wärmepumpe zu decken ist, d.h. umso geringer ist auch der benötigte COP um beide Bilanzen auszugleichen. Ein geringerer COP ist dann gleichbedeutend mit einer höheren Miner Leistung im Winter.
Andererseits frisst eine zu hohe Winterleistung den PV-Sommerüberschuss auf (Faktor 3.3x) und verteuert somit den Minerstrom.
Effektiv bekommt man hier aber einen "Schieberegler" um Auslastung und Strompreis dem System anzupassen.
Anbei mal exemplarisch die Berechnung für 1,5 kW Dauerleistung im Winter.
Wie man sieht, hat die Wärmepumpe eine nachgeordnete Rolle, sodass man bei ~95% Autarkie auch ohne auskommen würde und dann ein System hätte in dem der Warmwasserbedarf durch Elektrolyseur+Brennstoffzelle und der Heizbedarf durch den Miner gedeckt würde.
Wer damit selber etwas rumspielen möchte, kann das Modell in claude.ai mit folgendem Prompt aufrufen (und bei Bedarf anpassen):
# PV-H2-System Energiebilanz – Wiederverwendbarer Prompt
Erstelle ein interaktives HTML-Widget zur monatlichen Energiebilanzierung eines autarken PV-H2-Heizsystems. Das Widget enthält einen Schieberegler für die Brennstoffzellen-Dauerleistung und zeigt vier Diagramme: Strombilanz, Wärmebilanz, H2-Speicherbilanz mit Füllstandskurve sowie Metric-Cards.
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## ANNAHMEN (hier anpassen)
```
PV_ANNUAL = 50.000 kWh/Jahr // Jährlicher PV-Ertrag
GL_ANNUAL = 5.000 kWh/Jahr // Elektrische Grundlast (gleichmäßig verteilt)
HEAT_ANNUAL = 15.000 kWh/Jahr // Heizbedarf (nach Heizgradtagen verteilt)
WW_ANNUAL = 5.000 kWh/Jahr // Warmwasserbedarf (gleichmäßig verteilt)
EL2H2 = 0,70 // Elektrolyseur: Strom → H2 (Wirkungsgrad)
EL2HT = 0,20 // Elektrolyseur: Strom → nutzbare Wärme
FC_EL = 30/70 // Brennstoffzelle: H2 → Strom
FC_HT = 30/70 // Brennstoffzelle: H2 → Wärme
COP_WP = 5 // Wärmepumpe COP
COP_MN = 1 // BTC Miner COP (= Direktheizung)
H2_ZIEL = 105% // Sommererzeugung relativ zum Winterverbrauch
H2_START = 6.000 kWh // Füllstand H2-Speicher zu Beginn Januar
BZ_START = 1,5 kW // Startwert Schieberegler BZ-Dauerleistung
WINTER = Nov, Dez, Jan, Feb // Nur BZ, kein Elektrolyseur
ÜBERGANGSMONATE = Mär, Okt // BZ nachts (50% der Zeit), Elektrolyseur tags
SOMMER = Apr–Sep // Nur Elektrolyseur, keine BZ
```
**Monatliche Verteilungsschlüssel:**
- PV-Ertrag (PVGIS-orientiert): Jan 3%, Feb 4,5%, Mär 7,5%, Apr 10,5%, Mai 13%, Jun 14%, Jul 13,5%, Aug 12,5%, Sep 9,5%, Okt 6,5%, Nov 3,5%, Dez 2%
- Heizgradtage: Jan 20%, Feb 17,5%, Mär 13%, Apr 7%, Mai 2%, Jun–Aug 0%, Sep 1,5%, Okt 6,5%, Nov 14%, Dez 18,5%
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## MODELLLOGIK
### Systemmodi nach Monat
**WINTER (Nov, Dez, Jan, Feb):**
- Brennstoffzelle läuft konstant 24/7 mit eingestellter Dauerleistung [kW]
- H2-Verbrauch: `bzH2 = bzKW / FC_EL * Stunden`
- BZ-Wärme deckt zuerst Warmwasser (Hochtemperatur), dann Heizung
- Stromüberschuss = PV + BZ_Strom − Grundlast
- Restlicher Heizbedarf wird durch Miner+WP gedeckt
- Benötigter COP = Restheizlast / Stromüberschuss
- COP > 5: nur Wärmepumpe
- COP < 1: nur Miner (Überschuss → Notkühler)
- 1 ≤ COP ≤ 5: Mischbetrieb mit `alpha = (5 − COP) / 4` (Miner-Anteil)
- Notkühler = Σ Wärmeerzeuger − (Heizung + WW)
**SOMMER (Apr–Sep):**
- Kein BZ-Betrieb
- Elektrolyseur läuft gleichmäßig (proportional zu Monatsstunden)
- Ely-Strom für WW: `elyEl_WW = ww[m] / EL2HT`
- Ely-Strom für H2-Produktion: Restbedarf bis Jahresziel gleichmäßig verteilt
- Ely-Wärme deckt zuerst Warmwasser, dann Heizung
- Stromüberschuss (PV − Grundlast − Ely) → Miner+WP nach COP-Logik
- Notkühler = Σ Wärmeerzeuger − (Heizung + WW)
**ÜBERGANG (Mär, Okt):**
- BZ läuft nachts (50% der Monatsstunden)
- Elektrolyseur tagsüber auf 50% des Sommer-Durchschnittswerts
(mindestens so viel wie für WW-Deckung nötig)
- Notkühler = Σ alle Wärmeerzeuger − (Heizung + WW)
### H2-Speicher
- Winterverbrauch = Σ bzH2 über alle Wintermonate
- Sommerziel = Winterverbrauch × 1,05
- Startfüllstand Januar = H2_START (fest vorgegeben, keine automatische Berechnung)
- 13-Punkte-Kurve: Anfang jedes Monats (Jan–Dez) + Ende Dez
### Bilanzprinzip
Alle Monatsbilanzen müssen exakt ausgeglichen sein:
- Strom: PV + BZ_El = Grundlast + Ely_El + Miner_El + WP_El
- Wärme: BZ_Ht + Ely_Ht + Miner_Ht + WP_Ht = Heizung + WW + Notkühler
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## DARSTELLUNG
### Schieberegler
- BZ-Dauerleistung: 0,5 bis 5,0 kW, Schrittweite 0,1 kW, Startwert 1,5 kW
- Metric-Cards: H2-Winterverbrauch, H2-Sommerziel (105%), H2-Startfüllstand, Notkühler-Jahressumme
### Diagramm 1: Strombilanz (gestapeltes Balkendiagramm, 2 Säulen pro Monat)
- Linke Säule = Erzeuger (stack 'ez'): PV (gelb #F5A623), Brennstoffzelle (dunkelblau #185FA5)
- Rechte Säule = Verbraucher (stack 'vb'): Grundlast (grau #888780), Elektrolyseur (hellblau #85B7EB), BTC Miner (Bitcoin-Orange #F7931A), Wärmepumpe (lila #7F77DD)
### Diagramm 2: Wärmebilanz (gestapeltes Balkendiagramm, 2 Säulen pro Monat)
- Linke Säule = Verbraucher (stack 'vb'): Warmwasser unten (dunkelrot #A32D2D), Heizung (hellrot #F09595), Notkühler (grau #888780)
- Rechte Säule = Erzeuger (stack 'ez'): BZ-Wärme (dunkelblau #185FA5), Ely-Wärme (hellblau #85B7EB), Miner-Wärme (Bitcoin-Orange #F7931A), WP-Wärme (lila #7F77DD)
### Diagramm 3: H2-Speicherbilanz + Füllstand (gemischtes Bar/Line-Diagramm)
- Alle Balken und Linienpunkte auf derselben x-Position pro Monat (stack 'bilanz')
- Erzeugung (Elektrolyseur): grün (#1D9E75), nach oben
- Verbrauch (Brennstoffzelle): blau (#185FA5), nach unten (negative Werte)
- In Übergangsmonaten (Mär, Okt): beide Balken sichtbar, einer nach oben, einer nach unten
- Füllstandskurve: orange (#F7931A), 13 Punkte (1.Jan bis 31.Dez), im Vordergrund (order:1), mit Fill
- Y-Achse: Nulllinie = H2_START (6.000 kWh); Beschriftung zeigt absolute kWh-Werte
- Tooltip zeigt absolute Füllstandswerte
### Technisch
- Chart.js 4.4.1 von cdnjs.cloudflare.com
- Custom HTML-Legenden (keine Chart.js-Standard-Legenden)
- Alle angezeigten Zahlen gerundet (Math.round, toLocaleString('de'))
- Responsive, maintainAspectRatio: false
- Balken-Datasets: order:2, Linie: order:1 (Linie im Vordergrund)
- Stacks: 'ez' = Erzeuger, 'vb' = Verbraucher, 'bilanz' = H2-Bilanz
Die Wirtschaftlichkeitsberechnung habe ich aktuell erstmal weg gelassen, weil sie primär davon abhängt welche Preise ich für die gesparten kWh Strom/Wärme ansetze. Wie man die Rentabilität des Miners in diesem Konzept separat betrachten soll weiß ich nicht so recht. Vielleicht habt ihr dazu noch Vorschläge?!
PS: Falls Ihr sonst noch Fehler findet, macht mich gerne darauf aufmerksam....
