Vom Stromumwandler zum Energiemanager

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Wie sehr es beim Thema Eigenverbrauch noch Aufklärungsbedarf gibt, zeigte sich kürzlich auf einer Veranstaltung zum Thema Stromnetze in München. Vom Vortrag des Netzbetreibers empört, springt ein Besucher im Publikum auf. „Die dezentrale Nutzung von Solarstrom haben Sie komplett weggelassen“, rief er aufgeregt in Richtung Podium. „Und überhaupt: Jetzt darf Solarstrom auch selbst verbraucht werden.“ Das wäre vielleicht nicht so überraschend, handelte es sich um einen fachfremden Einwurf. Doch der Besucherstellt sich als langjähriger Kämpfer für die Erneuerbaren vor. Die Menschen im Auditorium reagieren verwirrt. „Aber das darf er doch schon immer“, flüstert eine Frau aus der Münchner Umweltszene und lacht leise. „Er meint doch sicher, dass selbst verbrauchter Strom nun vergütet wird.“

Viele neue Systeme

Wer sich umhört, bemerkt schnell, dass selbst unter Anlagenbetreibern und Installateuren oft noch unklar ist, wie man den Eigenverbrauchsanteil steigern undvon der Vergütung profitieren kann. Das liegt auch daran, dass es bisher kaum wirtschaftliche Energiemanagementsysteme gibt. Ob die Systeme, die mehrere Wechselrichterhersteller seit kurzem anbieten oder in diesem Jahr auf den Markt bringen, dieses Defizit beheben, muss sich noch zeigen. Tatsache ist: Die Auswahl an Produkten zur Optimierung des Eigenverbrauchs wird größer.

Wer das Geschäftsfeld Energiemanagementsysteme für sich besetzt, ist noch offen. Modulhersteller wie Solarworld, Systemanbieter wie IBC Solar und MHHSolartechnik sowie Batteriehersteller wie Prosol Invest und Firmen wie E3 /DC, die Batteriesysteme für Elektroautos entwickelt haben, sind seit kurzem mit Produkten auf dem Markt – oder kündigten sie zumindest an. Doch auch die Wechselrichterhersteller Voltwerk Electronics, SMA Solar Technology und Kaco New Energy tummeln sich schon in dem Feld (siehe photovoltaik 09/2011, Seite 92).

Gut aufgehoben

Bernd Engel, Professor für Nachhaltige Energiesysteme an der Technischen Universität Braunschweig, sieht das neue Produkt bei den Wechselrichterherstellern gut angesiedelt. „Die 70-Prozent-Regel im EEG 2012 schreit ja geradezu nach Energiemanagementlösungen“, sagt Engel, der neben seiner Lehrtätigkeit als Vorstandsbeauftragter für Netzintegration bei SMA Solar Technology tätig ist. Denn laut der neuen Einspeisemanagement-Regelung müssen die Betreiber von Photovoltaikanlagen bis 30 Kilowatt Leistung die maximale Einspeisung auf 70 Prozent der installierten Generatorleistung reduzieren. Oder der Anlagenbetreiber muss dem Netzbetreiber erlauben, seine Anlage im Bedarfsfall herunterzuregeln. Für kleinere Anlagen eignet sich die erste Option. Hierbei kann der Wechselrichter bequem dafür sorgen, den Eigenverbrauch so zu steigern, dass keine Kilowattstunden verloren gehen.

Dirk Uwe Sauer, Professor für Elektrochemische Energiewandlung und Speichersystemtechnik am Institut für Stromrichtertechnik und Elektrische Antriebe an der RWTH Aachen, stimmt Engel zu. „Ich halte es in der Tat für sinnvoll, wenn der Wechselrichterhersteller hier in die Gesamtsystemverantwortung geht. Bei diesen Herstellern gibt es die größten Potenziale zur Nutzung von Synergien in Bezug auf das Management und die Elektronik“, sagt er. „Der Batteriehersteller oder ein anderer Systemintegrator müsste dagegen alle Komponentenseparat zusammenstellen und hat auch nur einen kleinen Teil der Wertschöpfungskette.“ Längst nicht jeder Wechselrichterhersteller ist der Meinung, dass es seine Aufgabe sei, zum Energiemanagement beizutragen. So sagt zum Beispiel Hans-Georg Schweikardt, Leiter des Bereichs Produktmanagement bei Sputnik Engineering: „Grundsätzlich kann das Energiemanagement von Gebäuden nicht Aufgabe von Wechselrichtern sein.“ Energiemanagement müsse prinzipiell auch für Gebäude ohne Photovoltaikanlage möglich sein. Sein Unternehmen verstehe den Wechselrichter daher eher als Teil eines Energiemanagementsystems, nicht als Energiemanager an sich. Folgerichtig bietet Sputnik aktuell auch keine Lösung zur Eigenverbrauchsoptimierung an.

Von einfach bis komplex

Die einfachste Möglichkeit, um Solarstrom selbst zu verbrauchen, lautet, zusätzlich zum Zähler für den erzeugten Solarstrom einen Zweirichtungszähler zu installieren. Die Differenz aus deneingespeisten und den bezogenen Kilowattstunden ergibt den Eigenverbrauch, der vergütet wird. Ein Einfamilienhausbesitzer, dessen Photovoltaikanlage etwa so viel Strom erzeugt, wie der Haushalt im Jahr verbraucht, kann ohne jede zusätzliche Einrichtung bis zu 30 Prozentseines Strombedarfs mit Solarstrom decken. Diesen Durchschnittswert hat auch Franz Breitwieser, Mitarbeiter im Bereich Systemtechnik bei Fronius International, errechnet.

„Die Eigenverbrauchsquote hängt hauptsächlich von zwei Parametern ab“, sagt er. „Dies ist einerseits das Verbrauchsverhalten, also zu welcher Zeit im Haushalt am meisten Strom verbraucht wird. Und andererseits das Verhältnis der Anlagengröße zum Jahresstromverbrauch.“ Photovoltaikanlagen, bei denen der Ertrag unter dem Stromverbrauch liegt, erreichen höhere Eigenverbrauchsquoten, überdimensionierte Anlagen geringere.

Die einfachste Lösung, den Eigenverbrauch zu erhöhen, lautet, Haushaltsgeräte dann einzuschalten, wenn die Anlage Strom produziert. Das kann der Anlagenbetreiber manuell oder mit Zeitschaltuhren machen.

Relais im Wechselrichter

Wer mit den Eigenverbrauch gezielter erhöhen will, kann auf Energiemanagementsysteme zurückgreifen, die nun auf den Markt drängen. Kaco New Energy brachte als erster Wechselrichterhersteller bereits vor über zwei Jahren solch ein Produkt, sein „Relais 33“, auf den Markt (siehe photovoltaik 04/2010, Seite 79). Danfoss Solar Inverters folgte im Oktober vergangenen Jahres mit einem Relais für seine Wechselrichterserie TLX Pro+. Mastervolt hat solch ein System im Angebot. Seit Februar dieses Jahres bietet nun auch Fronius International diese Funktion für drei Wechselrichterserien an.

Am Beispiel von Fronius geschildert, funktioniert ein Relais folgendermaßen: Das Relais, ein potenzialfreier Schaltkontakt, sitzt auf einer Einsteckkarte. An das Relais wird beispielsweise ein Funksender angeklemmt. Er steuert die Funksteckdose und so die Haushaltsgeräte. Der Installateur oder Anlagenbetreiber stellt nun am Wechselrichter einen Schwellenwert ein, zum Beispiel 2.000 Watt. Wenn dieser Wert überschritten wird, wird das Relais aktiviert, es steuert den Verbraucher an. Fällt die Leistung unter einen ebenfalls festgelegten Schwellenwert, zum Beispiel 1.800 Watt, wird der Verbraucher wieder deaktiviert. Bei den Serien Fronius IG TL und Fronius CL ist die sogenannte Signal Card serienmäßig integriert. Geringe Mehrkosten fallen nur an, wenn die Karte wie beim Fronius IG Plus nachgerüstet werden muss.

Mehrere Optionen

Bei der Energiemanagementfunktion, die Solutronic seit dem dritten Quartal 2011 anbietet, muss der Anlagenbetreiber eine Software auf den Wechselrichter aufspielen. Kunden können sie kosten- los auf der Firmenwebsite herunterladen. Bei den Wechselrichtern der Serien 100 und 120 benötigt er zusätzlich die „Solcombox“.

Auch hier wird der Wechselrichter über Relais, digitale Ausgänge und Kabel an den Verbraucher angeschlossen. Bis zu vier Haushaltsgeräte, beispielsweise Waschmaschine, Spülmaschine, Poolheizung und Trockner, kann ein Haushalt an einen Solutronic-Wechselrichter anschließen. Über die Software definiert der Nutzer, unter welchen Umständen die elektrischen Geräte eingeschaltet werden sollen. So kann er zum Beispiel einen Zeitpunkt festlegen. Möglich ist es auch, die Geräte ab einer bestimmten Mindestleistung der Photovoltaikanlage und dazu spätestens ab einer bestimmten Uhrzeit zuschalten zu lassen. Durch diese Wahlmöglichkeiten unterscheidet sich diese Energiemanagementfunktion von dem Fronius-Relais, bei dem allein der Schwellenwert ausschlaggebend ist. Wetterprognosen beziehen beide Produkte nicht ein.

Meteocontrol, Anbieter von Monitoringlösungen und Wetter-Services aus Augsburg, brachte schon 2010 den sogenannten Web Log Comfort auf den Markt. Der Datenlogger gleicht den produzierten Solarstrom mit dem Verbrauch im Haushalt ab und schaltet auf Wunsch Verbraucher zu. Als zusätzlichen,kostenpflichtigen Service liefert Meteocontrol Wetterdaten per Internet dazu. In dem Fall kann ein Anlagenbesitzer beispielsweise programmieren, dass sich die Waschmaschine nur einschalten soll, wenn laut Wettervorhersage die Sonne scheint und das für mindestens zwei Stunden.

Eine internetbasierte Lösung für die Eigenverbrauchserhöhung kündigte auch Diehl Ako für dieses Jahr an. Über die Online-Steuerzentrale Platinum Webmaster Home ist es nach Angabe des Herstellers möglich, eine beliebige Anzahl von Verbrauchern zu steuern und das zu visualisieren. „Die Einbindung von Wetterdaten steht auf der Roadmap und wird in jedem Fall 2012 realisiert werden“, kündigt Armin Steck, Leiter des Bereichs Produktmanagement Photovoltaik bei Diehl Ako, an.

Variable Stromtarife nutzen

Auch SMA Solar Technology bezieht schon Wetterprognosen mit ein. Bei dem Sunny Home Manager, den das Niestetaler Unternehmen in diesem Quartal auf den Markt bringt, ist dieser Service sogar Standard.

Der Sunny Home Manager ist die dritte Komponente in dem modularen Energiemanagementsystem von SMA. Basis ist das Gerät Sunny Backup, das der Hersteller für die Stromversorgung bei Netzausfall entwickelte. Dieses ergänzte SMA im vergangenen Jahr um die Meter Box. Sie erfasst die Ströme für den Netzbezug, die Einspeisung und den Eigenverbrauch und gibt diese an das Backup-System weiter. Die darin enthaltene Batterie speichert Strom für die Nacht zwischen und erhöht so den Eigenverbrauch. Der Sunny Home Manager wiederum überwacht dieAnlage, visualisiert alle Energieflüsse im Haushalt und gibt Handlungsempfehlungen zum manuellen Einschalten von Verbrauchern oder steuert per Bluetooth Funksteckdosen, an denen Verbraucher angeschlossen sind. Darüber hinaus hat er eine Funktion, die es bisher so noch nicht auf dem Markt gibt. Das Gerät berücksichtigt variable Stromtarife. Bei der Steuerung von Verbrauchern bezieht es also folgende Parameter ein: die Erzeugungsprognose, das Lastprofil des Haushalts, das Lastprofil der einzelnen Haushaltsgeräte, unterschiedliche Stromtarife und die aktuelle Erzeugungs- und Verbrauchssituation.

Nach Firmenangaben kann ein „typischer Vierpersonenhaushalt“ mit einer Fünf-Kilowatt-Anlage seinen Eigenverbrauch mit diesem Kombipaket inklusive einer Batterie mit sechs Kilowattstunden Speicherkapazität auf „bis zu 65 Prozent“ steigern. Allerdings ist auch hierbei zu bedenken, dass die tatsächlich erreichte Eigenverbrauchsquote von den oben beschriebenen Parametern abhängt.

Mit Eigenverbrauchsquoten in ähnlicher Größenordnung werben Kaco New Energy, Solutronic und Schüco International, die in diesem Jahr Energiemanagementsysteme mit integriertem Wechselrichter und Batterie auf den Markt bringen.

Integrierte Lösungen

Bei Kaco trägt das Energiespeicher-system den Namen Powador-gridsave. Das Standgerät optimiert den Eigenverbrauch, versorgt den Haushalt bei Netzausfall mit Strom, ermöglicht den Inselbetrieb und übernimmt die Laststeuerung. Komponenten sind ein Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler, eineLithium-Ionen-Batterie mit 4,7 Kilowattstunden Kapazität, eine Einrichtung zur Netzfreischaltung und ein Energiemanagementsystem. Der Regler steuert die Betriebszustände: Einspeisen, Batterie laden und Inselbetrieb. Das Gehäuse kann bis zu drei Batterien beherbergen. „Für die Zukunft sind auch Geräte mit externen Kaco-Wechselrichtern geplant“, sagt Produktmanagerin Anke Richter.

Solutronic entwickelte mit dem Osnabrücker Hersteller von Speichersystemen E3 /DC zusammen den Sol-Energymanager. Das Stromspeicher- und Steuerungssystem beinhaltet einen Wechselrichter vom Typ Solplus 40 S2, den Solutronic eigens für den Energiemanager entwickelte, weiterhin einen Batteriewechselrichter von E3 /DC sowie eineLithium-Ionen-Batterie von Sanyo. „Momentan ist eine Batterie mit einem 5,4-Kilowattstunden-Speicher vorgesehen. Das System kann aber mit einer zweiten Batterie erweitert werden“, erklärt Produktmanagerin Sibylle Scheuerle-Kraiss. Dies könne notwendig sein für Verbraucher, die tagsüber kaum eigenen Strom abnehmen und daher eine höhere Speicherkapazität benötigen. Die Batterie könne auch dazu dienen, nachts günstigen Nachtstrom zu laden und ihn tagsüber wieder abzugeben. Der Energiemanager, der an den Wechselstromkreis gekoppelt wird, soll im zweiten Quartal in die Serienfertigung gehen und ab Juni erhältlich sein.

Ein ähnliches Konzept verfolgt Schüco International. Das Bielefelder Unternehmen kündigte für das Ende des zweiten Quartals einen Energiemanager in den Varianten SPE 4000 und SPE 8000 an. Die Geräte unterscheiden sich durch die Kapazität der Lithium-Ionen-Batterie. Die erste Variante hat eine Kapazität von vier Kilowattstunden, die zweite acht. Der Wechselrichter ist ein fester Bestandteil des Energiemanagers. Er ist DC -seitig mit der Batterie verbunden. „Das bringt deutlich höhere Systemwirkungsgrade als ein AC-gekoppeltes System“, sagt Sascha Beverungen, Leiter des Bereichs Produktmanagement und Entwicklung E3 bei Schüco International (siehe auch Artikel Seite 71).

Frage nach der Wirtschaftlichkeit

Der Photovoltaikgenerator ist auf 5,5 Kilowatt Leistung begrenzt. Das Gerät sei bei 5.000 Kilowattstunden Ertrag im Jahr und einem jährlichen Verbrauch ab circa 3.000 Kilowattstunden wirtschaftlich, sagt Sascha Beverungen.

Allerdings räumt auch er ein, dass die Wirtschaftlichkeit vom Verbrauch abhängt. Bei dem Vier-Kilowattstunden-System und einem Ertrag von 5.000 Kilowattstunden im Jahr könne ein Nutzer, der einen Verbrauch von 4.000 Kilowattstunden im Jahr habe, eine Eigenverbrauchsquote von 49 Prozent erreichen. Bei einem Verbrauch von 7.000 Kilowattstunden steige die Quote auf circa 65 Prozent.

Den Preis für das System nennt er nicht. Auch die anderen Hersteller halten sich bei den Kosten bedeckt. Kaco-Produktmanagerin Anke Richter antwortet auf die Frage nach dem Preis und der Wirtschaftlichkeit etwa: „Wir haben das Ziel, uns an der Amortisationsdauer von Photovoltaikanlagen zu orientieren.“ Hierfür werden gemeinhin zehn bis zwölf Jahre angenommen. Über die Frage, ob sich ein Speichersystem rechnet, scheiden sich derzeit aber noch die Geister. „Unsere Analysen zeigen, dass sich der Einsatz von zum Beispiel Batterien zurzeit kommerziell nicht lohnt“, sagt etwa Ralf Dajek, Produktmanager bei Danfoss Solar Inverters. Deshalb plane das Unternehmen kurzfristig auch keine Produkte zur Stromspeicherung in Batterien undRückspeisung für den Eigenverbrauch beziehungsweise das Netz.

Auch Franz Breitwieser von Fronius ist skeptisch. Im Haushalt sei es derzeit noch schwierig, die Investition wieder reinzuholen, sagt er. Zudem gibt er zu bedenken, dass mit den gängigen Batterietechnologien auf Blei-Gel- und Lithium-Ionen-Basis zwar eine Kurzzeitspeicherung möglich sei, nicht aber eine Speicherung über einen längeren Zeitraum.

Sputnik-Produktmanagement-Leiter Hans-Georg Schweikardt sieht noch eine andere Hürde: „Ohne definierte Schnittstellen und Standards und deren Verbreitung in Endgeräten sind die Anstrengungen der Photovoltaikbranche eher als Übergangslösung als eine langfristige Systemlösung zu sehen“, meint er. Derzeit müssen Haushalte je nach Hersteller zwischen 25 und 30 Euro für eine Funsteckdose mit Funksender rechnen. Wenn es erst einmal genormte Eingänge an den Geräten gibt, entfallen diese zusätzlichen Kosten.

Dass Energiemanager für größere Anlagen und höheren Verbrauch lohnenswerter sind, sehen zumindest die Anbieter von komplexen Energiemanagern so. Aus ihrer Sicht rentieren sie sich bei Einfamilienhäusern, kleinen Gewerbebetrieben, öffentlichen Einrichtungen, Hotels und für Landwirte. Die Nachfrage sei auf jeden Fall da, betonen alle befragten Unternehmen. Doch vielleicht müssen auch erst einmal die Strompreise so weit steigen, dass auch Anlagenbetreiber, die nicht in die Kategorie „Idealisten“ fallen, mehr in Richtung Eigenverbrauch denken.

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Wie viel darf ein EnergieManagenement oder Batteriesystem kosten?

Geht es dem Betreiber des Eigenverbrauchssystems ums Geld, muss man Renditen berechnen. Es zeigt sich, dass selbst wenn 70 Prozent des Solarstroms selbst verbraucht werden, die Zusatzkosten nur zwischen 500 und 1.000 Euro pro Kilowattpeak liegen dürfen, damit die Rendite einer kleinen Photovoltaikanlage nicht sinkt. Eine ausführliche Darstellung finden Sie unter dem Webcode 0042 auf der Website

www.photovoltaik.eu

###MARGINALIE_END###

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