Erhöhter lokaler Eigenverbrauch zur optimalen Netzentlastung – Simulation des ZSW

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erhoehter-lokaler-eigenverbrauch-zur-optimalen-netzentlastungWird über Photovoltaikanlagen Solarstrom erzeugt, ist dieser emissionsfrei und kostengünstig. Jedoch kommen gerade tagsüber und hier insbesondere zur Mittagszeit die meisten Niederspannungsnetze mit den entstehenden Einspeisespitzen an ihre Grenzen. Diese sind einfach dafür nicht ausgelegt. Das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden Württemberg (ZSW) hat nun getestet, wie sich ein erhöhter lokaler Eigenverbrauch des Solarstroms auf die Entlastung des Netzes auswirken kann. Als Beispiel dient ein Einfamilienhaus. Dabei zeigen die Forscher unter anderem auf, dass mit einem innovativen Batteriespeichersystem (Solarbatterie), einer intelligenten Steuerung und einer Wärmepumpe die Erhöhung des Eigenverbrauchs von Solarstrom um bis zu 70% möglich ist.

Vermeidung einer hohen Netzeinspeisung

Durch die Verwendung intelligenter Speichersysteme könnte die Solarstrom-Netzeinspeisung auf 25% der Nenn-Leistung einer Photovoltaikanlage gesenkt werden. Hierbei wird an sonnenreichen Tagen insbesondere die Spitzeneinspeisung um die Mittagszeit gekappt. Die Forschungsarbeiten des ZSW wurden vom Bundesumweltministerium gefördert. Aktuell sind in Deutschland rund 35 Gigawatt Photovoltaik-Leistung installiert. Hierbei handelt es sich nicht nur um reine Sonnenenergie, sondern auch um Strom aus Windkraftanlagen. In den südlichen Regionen Deutschlands beträgt der Anteil an diesem Strommix im Frühjahr und im Sommer um die Mittagszeit wenigstens 30%. Viele Niederspannungsnetze sind nicht in der Lage, diesen überschüssigen, lokal erzeugten Strom sinnvoll an andere Verbraucher zu verteilen. Gerade in ländlichen Gebieten kommen diese Netze schnell an ihre Grenzen. Ziel ist es daher, einen möglichst hohen Eigenverbrauch zu erzeugen, um die örtlichen Stromnetze von überschüssigem Strom zu entlasten. Hiervon profitieren somit beide Seiten.

Der Solarstrom-Eigenverbrauch ist profitabler als eine Netzeinspeisung

Wie oben dargelegt, kann ein höherer Eigenverbrauch diese Situation der öffentlichen Netze entspannen. So ist für die Besitzer von Solarstromanlagen der Eigenverbrauch mit rund 15 Cent pro Kilowattstunde profitabler, als diesen Strom in das Netz einzuspeisen. Empfehlenswert sind in diesem Fall Solarbatterien, die den Anteil des selbst verbrauchten Solarstroms noch weiter erhöhen können. Ebenso kann die Steuerung einer Wärmepumpe mit einem thermischen Speicher zu diesem Zweck angepasst werden. Problematisch ist zurzeit, dass auch von einem erhöhten Eigenverbrauch nicht unbedingt die Stromnetze entlastet werden. Bei starker Sonneneinstrahlung sind die Batterien meist schon in der Mittagszeit vollgeladen. Insoweit wird der überschüssige Strom wiederum in das Netz eingespeist.

Die Technologien und Faktoren zur Berechnung der Wirtschaftlichkeit von Solar-Akkus finden Sie in unserem umfassenden Artikel „Wie rechnen sich Solarstromspeicher?„.

Eine intelligente Steuerung kann hier abhelfen

Zurück zu dem Beispiel mit dem Einfamilienhaus, welches mit vier Personen bewohnt wird und eine Grundfläche von 140 m² besitzt. Das ZSW gibt vor, dass auf dem Dach eine Photovoltaikanlage mit einer Leistung von 5 kW Nennleistung installiert ist. Zusätzlich ist noch ein Batteriespeichersystem mit 5 kWh Energieinhalt eingebunden. Schließlich soll noch eine Wärmepumpe mit einem thermischen Speicher zum Einsatz kommen. Über eine intelligente Steuerung werden beide Speicher zeitversetzt geladen. Dr. Jann Binder, Leiter des ZSW-Fachgebietes Photovoltaik – „Module Systeme Anwendungen“ erklärt, dass dieses dynamische Modell den Eigenverbrauch von 47% um weitere 13% erhöht. Somit wird die Spitzeneinspeisung fast vollständig reduziert. Man geht dabei von einer abgeregelten Energiemenge von nur einem Prozent aus.

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Eine Betriebsführung der Stromspeicher und der Wärmepumpe als Vorhersage für eine lokale Solarstrom-Erzeugung

Mithilfe einer neuen Betriebsführung für die Wärmepumpe und den Stromspeicher werden Vorhersagen getroffen in Bezug auf die lokale Photovoltaikstrom-Erzeugung und den Stromverbrauch des Einfamilienhauses aufgrund vorheriger Basisdaten. Die ZSW-Forscher haben zu diesem Zweck ein selbstlernendes Modell entwickelt. Hierbei werden optimale Lösungen für den Wärmepumpenbetrieb und den Batterieladezustand berechnet. Die Ergebnisse werden vom System weiterverarbeitet und dienen als Sollwertvorgabe. Untergeordnete Regler übernehmen die Steuerung der angeschlossenen Gerätekomponenten. Durch diese Simulation erhält man eine so genannte Win-Win-Situation, bei der sowohl die Netzbetreiber als auch die Anlagenbesitzer profitieren. Unter Berücksichtigung dieser Möglichkeiten könnten nach Angaben vom ZSW sogar viermal so viele Anlagen an das Stromnetz angeschlossen werden. Die Energiewende befasst sich nicht nur mit der Entwicklung und Investitionen neuer Erzeugungsanlagen, sondern muss auch die Anpassung der Infrastruktur und der Stromnetze im Auge behalten. Durch eine intelligente Steuerung könnte sich der Anpassungsaufwand jedoch erheblich reduzieren.

Bildquelle: © Uli Carthäuser / pixelio – www.pixelio.de

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