Hohes Sparpotenzial

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Bisher haben viele Landwirte Solaranlagen auf ihren großen Dächern installieren lassen, um von der Einspeisevergütung zu profitieren. Dieses Geschäftsmodell funktioniert immer weniger, da die Vergütung schnell sinkt. Da stellt sich die Frage, ob sich die Anlagen auch über die Stromkostenersparnis finanzieren lassen, ohne dass ein Stromspeicher nötig ist.

Um das abzuschätzen, muss man analysieren, welche Anteile der Solarstromerzeugung zeitgleich mit dem Verbrauch erzeugt werden und welche Lasten verschoben werden können. Die Datengrundlage für den Bericht liefern die auf einem Praxisbetrieb ermittelten Elektroenergie-Verbrauchswerte der einzelnen Verbrauchsbereiche sowie die Auswertungen der Jahres- und Tageslastgänge der gesamten und anlagenbezogenen Strominanspruchnahme, die im Rahmen eines Langzeit-Messprogramms in dem Projekt „Energieeinsparung und Steigerung der Energieeffizienz in der Landwirtschaft in Bayern“ erhoben werden. Die Messungen werden durch das Institut für Landtechnik und Tierhaltung in Freising-Weihenstephan durchgeführt und ausgewertet.

Hoher Eigenverbrauch möglich

Beim Beispielbetrieb handelt es sich um einen Ferkelerzeuger- und Mastbetrieb aus Bayern mit einem Tierbestand von durchschnittlich 300 Zuchtsauen (siehe Kasten rechts). Er hat am 30. Januar 2012 eine Photovoltaikanlage mit 70 Kilowattpeak Leistung auf einer neuerrichteten Maschinen- und Lagerhalle mit einer Dachneigung von 18 Grad und Süd-Südwest-Ausrichtung in Betrieb genommen.

Im Abrechnungsjahr 2011, vor Inbetriebnahme der Photovoltaikanlage, lag der gesamte Stromverbrauch für das landwirtschaftliche Anwesen inklusive Wohnhaus bei rund 82.000 Kilowattstunden. Davon entfielen auf den landwirtschaftlichen Betrieb circa 68.000 Kilowattstunden. Der Strombezug konnte zu 55 Prozent in Niedertarifzeiten bezogen werden. Mit Inbetriebnahme der Photovoltaikanlage verringerte sich der Strombezug stark.

Die Anlage hat bis zum 10. Oktober 2012, also innerhalb von rund neun Monaten, 68.489 Kilowattstunden Solarstrom produziert. Davon wurden 36.689 Kilowattstunden ins Stromnetz eingespeist. Innerhalb dieses Zeitraums wurden vom Energieversorgungsunternehmen nur 12.509 Kilowattstunden im Hochtarifbereich und 19.696 Kilowattstunden im Niedertarifbereich bezogen. Der Stromverbrauch des landwirtschaftlichen Betriebes von 64.006 Kilowattstunden wurde somit durch 31.800 Kilowattstunden Solarstrom und 32.206 Kilowattstunden zugekauften Strom gedeckt. Der Eigenverbrauchsanteil des Solarstroms betrug damit im Untersuchungszeitraum 46,4 Prozent.

Analyse der Verbrauchertypen

Auf den Eigenverbrauch wirkt sich hier positiv aus, dass der Stromverbrauch des Zuchtbetriebes im Sommer ansteigt, da bei steigenden Temperaturen höhere Luftraten für die Stallklimatisierung nötig sind, und im Herbst und Winter wieder abfällt (siehe Grafik nächste Seite). Der Stromertrag der Solaranlage und der Elektroenergieverbrauch des Betriebes entwickeln sich im Jahresverlauf dadurch fast gleich. Das bedeutet, dass speziell in schweinehaltenden Betrieben Photovoltaikanlagen groß dimensioniert werden können und trotzdem ein großer Anteil des produzierten Solarstroms direkt verbraucht werden kann.

Dennoch ließ sich auch in diesem Betrieb der Eigenverbrauch steigern, indem die Lasten verschoben wurden. Eine Grundvoraussetzung für eine wirksame Einflussnahme auf den betrieblichen Lastgang ist, die einzelnen Verbrauchsbereiche zu kennen und deren Leistungsbedarf abzuschätzen.

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Betriebsbeschreibung

Wie hoch die Eigenverbrauchsquote ist, hängt von dem Stromverbrauchsprofil des Betriebs ab. Deshalb sind bei der Analyse die genauen Betriebsdaten wichtig.

Das Projektbeispiel ist ein Ferkelerzeugungsbetrieb mit 300 Zuchtsauen. 60 Prozent der Ferkel werden mit acht Kilogramm verkauft (7.500 bis 8.000 Ferkel pro Jahr), 40 Prozent werden aufgezogen und ausgemästet (2.500 Mastschweine pro Jahr).

Details zu den Stromverbauchern:

Baujahr ZS-Stall: Zucht und Aufzuchtbetrieb 2003

Lüftung: Zuluft über Porenkanäle, zentrale Oberflurabsaugung, Frequenzregelung, Einsatz von zwei transformatorgeregelten Wärmetauschern, Maststall: Frequenzregelung

Heizung: neue Biomasseheizung, Raum- und Zonenheizung, Ferkelnester: Warmwasserheizplatten (keine Infrarotstrahler), FAZ: Warmwasserheizplatten

Fütterung: Flüssigfütterung mit eigener Futteraufbereitungsanlage (Mahl- und Mischanlage)

Beleuchtung: Leuchtstoffröhren (58 Watt), Lichtprogramm im Deckenbereich.

Details zur Anlage:

Anlagengröße: 70 Kilowatt

Ausrichtung: Süd-Südwest

Dachneigung: circa 18 Grad

Kaufpreis: 120.000 Euro (das ist der Netto-Komplettpreis inklusive Montage und Wechselrichter)

Inbetriebnahme: Januar 2012

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Die Lüftung (Ventilatoren, Regelung, Stellmotoren und weitere Komponenten) benötigt mit 50 Prozent den größten Anteil am Strombedarf (siehe Grafik Verbraucher im Schweinezuchtbetrieb). Die Fütterungsanlage mit Futterzubereitung und Futtermischung (zum Beispiel Elevatoren, Rührwerke, Fördermotoren, Mühlen) liegt bei 25 Prozent des gesamten betrieblichen Elektroenergieverbrauchs. Horizontale Betriebsvergleiche lassen erkennen, dass Flüssigfütterungsanlagen im Gegensatz zu Trockenfütterungsanlagen deutlich mehr Strom beanspruchen. Weitere Verbrauchsbereiche des Betriebes sind die Beleuchtung (Leuchtstoffröhren), die Reinigung (Hochdruckreiniger), der Betriebsstrom für Heizung (Umwälzpumpen) und die Kühlung (Ventilator, Wasserpumpe).

Für eine realistische Einschätzung, inwieweit eine Verschiebung von Einsatzzeiten Vorteile für den Energiekonsum und dessen Steuerbarkeit bergen, bedarf es neben der Kenntnis des Jahreslastgangs und der gesamten Leistungsinanspruchnahme, ob diese jeweiligen Verbrauchsbereiche jahreszeitlichen Schwankungen unterworfen sind oder über das Betriebsjahr hinweg einen gleichbleibenden Strombedarf haben.

Verbrauchsbereiche, mit über das Jahr gleichbleibendem Strombedarf sind beispielsweise die Fütterung, die Futteraufbereitung und die Stimulationsbeleuchtung. Zu den Verbrauchsbereichen, die dem Witterungsverlauf unterworfen sind, gehören unter anderem die Lüftung, die Kühlung, der Betriebsstrom der Heizung und die Beleuchtung (siehe Grafik übernächste Seite). Erkennbar ist, dass vor allem die Lüftung einer jahreszeitlichen Schwankung unterliegt und auch einen entscheidenden Einfluss auf den Gesamtverbrauch hat. Die anderen Verbrauchsbereiche haben über das Jahr gesehen einen eher gleichbleibenden Stromverbrauch und auf den Gesamtverbrauch insgesamt einen geringen Einfluss.

Einfache Lastverschiebung

Der Lastgang beschreibt den zeitlichen Verlauf der erzeugten oder abgenommenen Leistung während einer bestimmten Zeitperiode. Für jeden Betriebstyp, für jedes Produktionsverfahren, aber auch für jeden einzelnen Betrieb gibt es ein individuelles Lastprofil, das aber auch einem ständigen Wandel unterzogen ist.

Um sinnvolle Veränderungen des Lastmanagements durchzuführen, ist es unbedingt notwendig, sämtliche Verfahrensabläufe, die entsprechenden Verbrauchsbereiche und den zeitlichen Ablauf der Leistungsinanspruchnahme während des Tages und auch in den verschiedenen Jahreszeiten zu kennen.

Die Regelung der Lüftung als Hauptenergieverbraucher wird durch jahreszeitliche und tägliche Temperaturschwankungen bestimmt. Eine Lastverschiebung ist daher kaum durchführbar.

Außer der Jahreszeit spielt insbesondere in der Schweinehaltung der Produktionsrhythmus eine entscheidende Rolle. Der Arbeitsablauf bestimmt den Lastgang. Bestimmte Arbeiten werden zu einem festgelegten Zeitpunkt ausgeführt, zum Beispiel wird fünf Tage vor dem Besamen die Stimulationsbeleuchtung täglich 14 Stunden eingeschaltet, beim Abferkeln und je nach betrieblichem Organisationsablauf werden drei bis sechs Tage lang über den Ferkelnestern bei den meisten Ferkelerzeugerbetrieben Infrarotstrahler eingesetzt. Auch die Reinigungsintervalle sind abhängig vom Produktionsrhythmus, so werden bei der Stallbelegung im Rein-Raus-Verfahren die einzelnen Abteile immer zwischen dem Ausstallen und dem neuen Einstallen komplett gereinigt.

Die Fütterung ist bei den meisten Betrieben an feste Zeitintervalle gebunden. Der Zeitpunkt bestimmter Arbeitsabläufe kann jedoch verschoben werden, wie hier im Beispiel das Mischen und die Zubereitung des Futters. Vor Inbetriebnahme der Photovoltaikanlage erfolgte die Futterzubereitung zwischen 20:00 und 2:00 Uhr in den Niedertarifzeiten. Nach Anschluss der Photovoltaikanlage verlagerte der Betriebsleiter die Futterzubereitung in die Mittagszeit, da hier die Erträge aus der Solaranlage relativ hoch sind, und profitiert somit vom direkt erzeugten Strom (siehe Grafik Tageslastgänge).

Aufgrund hoher solarer Einstrahlung in den Sommermonaten ist die Verlagerung weiterer Verbrauchsbereiche sinnvoll. So kann zum Beispiel die Futteraufbereitung mit einer Hammermühle zu anderen Zeiten stattfinden. Um jedoch Spitzenlastzeiten zu vermeiden, sollte die Futteraufbereitung vor oder nach dem Mischvorgang stattfinden.

Die anderen Verbrauchsbereiche, wie Beleuchtung, Betriebsstrom Heizung, Reinigung und Kühlung, spielen eine untergeordnete Rolle, da hier die Betriebszeiten zeitlichen Arbeitsabläufen untergeordnet oder temperaturabhängig sind.

Die im Januar 2012 in Betrieb genommene 70-Kilowattpeak-Anlage kostete rund 120.000 Euro. Ohne Eigenstromnutzung liegt die Rendite (der interne Zinssatz) bei rund 8,8 Prozent, unterstellt man einen Durchschnittsertrag von 950 Kilowattstunden pro Kilowattpeak. Durch eine Eigenstromnutzung von rund 40 Prozent erhöht sich die Rendite auf 9,9 Prozent, gerechnet über 20 Jahre Anlagenlaufzeit. Bei 60 Prozent Eigenstromnutzung läge der Wert sogar bei 10,8 Prozent, da mehr teurer Netzstrom durch wesentlich günstigeren Eigenstrom ersetzt werden könnte. Der Betreiber dieser Anlage bekommt durch das bis April gültige EEG allerdings auch einen Eigenverbrauchsbonus von 6,85 bis 11,23 Cent pro Kilowattstunde.

Kosten des Eigenstroms

Die gesamten Jahreskosten der Anlage belaufen sich im Jahr über 20 Jahre auf 12.289 Euro. Als Kapitalverzinsung wurde ein Zinsansatz von fünf Prozent berechnet. Reparaturrückstellungen, Zählermiete, Versicherung und sonstige Kosten wurden ebenfallsberücksichtigt. Von insgesamt durchschnittlich erzeugten 63.500 Kilowattstunden Sonnenstrom werden 60 Prozent verkauft. Die Erlöse belaufen sich auf 9.044 Euro. Für die selbst verbrauchten rund 25.400 Kilowattstunden (40 Prozent) erhält der Betreiber zusätzlich 2.148 Euro Eigenverbrauchsbonus. Als Saldo ergeben sich die auf den Eigenstrom entfallenden Kosten – insgesamt 1.098 Euro (Rechnung für 2013, siehe Kasten rechts).

Um zu erkennen, wie groß die Ersparnis durch den Eigenverbrauch ist und ob er sich lohnt, lässt sich ein Eigenverbrauchsstrompreis errechnen. Das Ergebnis in diesem Fall: Eine Kilowattstunde selbst verbrauchter Solarstrom kostet den Betreiber nur gut 4,3 Cent.

Die Strombezugskosten liegen für den Betrieb zurzeit bei 18 Cent pro Kilowattstunde. Nimmt man eine moderate Inflation von einem Prozent an, ist der durchschnittliche Strompreis über die nächsten 20 Jahre 19,87 Cent pro Kilowattstunde. Bei 40 Prozent Eigenverbrauch spart der Betreiber im Schnitt fast 4.000 Euro.

Der Eigenstrompreis hängt jedoch von der Eigenverbrauchsquote ab, da die Vergütung für den nicht verbrauchten Strom mit in die Rechnung einfließt. Bei reinem Selbstverbrauch liegt der Eigenstrompreis bei 8,9 Cent pro Kilowattstunde. Auch dieser Betrag liegt noch deutlich unter den Strombezugskosten.

Neue Anlagen lohnen sich

Mit Blick auf die heutige Situation kann man festhalten: Zwar ist der Betrieb von Photovoltaikanlagen aufgrund deutlich abgesenkter Einspeisevergütungen und des Wegfalls des Eigenverbrauchsbonus ökonomisch nicht mehr ganz so interessant wie vor April 2012. Aber mit weiter rückläufigen Anlagepreisen wird sich künftig der Schwerpunkt beim Betrieb von Photovoltaikanlagen hin zur Eigenstromnutzung verschieben. Und durch hohe Eigenstromanteile lassen sich auch heute noch gute Renditen und vor allem günstige Eigenstrompreise auf lange Frist realisieren.

Hierzu ein Beispiel. Angenommen, ein Nachbar unseres Landwirts wollte dem Vorbild seines Kollegen nacheifern und im Januar 2013 eine 70-Kilowattpeak-Anlage in Betrieb nehmen. Welcher Eigenstrompreis ergäbe sich für ihn? Nachdem die Preise für PV-Anlagen nach wie vor rückläufig sind, wird unterstellt, dass sich die Investition für die Anlage

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Kosten des Eigenstroms

Es gibt diverse Methoden, die Wirtschaftlichkeit von Anlagen zu beschreiben. Gerade bei Anlagen, die sich über die Stromkostenersparnis durch Eigenstromverbrauch teilweise finanzieren, bietet es sich neben einer klassischen Renditeberechnung auch an, die Kosten des Eigenstroms zu berechnen, den Eigenstrompreis. Dieser lässt sich direkt gegen die Kosten des Strombezugs aufrechnen. Die Berechnung ist zum Beispiel mit dem von unserem Institut bereitgestellten PV-Eigenstromrechner möglich. Er arbeitet mit Excel und ist frei erhältlich unter:

www.landwirtschaft-bw.de

Klicken Sie auf Landwirtschaft -> Erneuerbare Energien -> Photovoltaik -> Photovoltaik – Eigenstromrechner Version 1.1

Ein Beispiel für eine Anlage, die im Januar 2013 errichtet wird, zeigt, wie das Programm den Eigenstrompreis berechnet und dass sich eine solche Anlage trotz reduzierter Einspeisevergütung noch rechnet. Die Herstellungskosten des Anlagenbeispiels mit 70 Kilowattpeak Leistung belaufen sich auf 91.000 Euro. Die Abschreibung der Anlage sowie eine Verzinsung des Kapitals mit fünf Prozent (Annuitätenmethode) verursachen Kosten von rund 8.000 Euro pro Jahr. Hinzu kommen betriebsgebundene Kosten wie Wartung/Instandhaltung und Zählermiete in Höhe von geschätzt 320 Euro pro Jahr sowie Kosten für Versicherung und Steuererklärung von etwa 570 Euro pro Jahr. Insgesamt belaufen sich die durchschnittlichen Jahreskosten damit auf rund 8.890 Euro. Spielt die Anlage diese Kosten in jedem der 20 Jahre nach Inbetriebnahme wieder ein, wurde das eingesetzte Kapital also mit fünf Prozent internem Zinsfuß verzinst.

Bei einem durchschnittlichen Solarertrag von 950 Kilowattstunden pro Kilowattpeak im ersten Jahr und jährlicher Systemalterung von angenommen 0,5 Prozent jährlich kann der landwirtschaftliche Betrieb etwa 40 Prozent des erzeugten Stroms selbst nutzen. Die auf den eigengenutzten Strom entfallenden Kosten errechnen sich aus den durchschnittlichen Jahreskosten von 8.890 Euro abzüglich der Erlöse aus Einspeisevergütung von 5.911 Euro (Vergütungssätze im Januar 2013: 0 bis 10 kWp = 0,1702 €/kWh; >10 bis 40 kWp = 0,1614 €/kWh; >40 bis 1.000 kWp = 0,1440 €/kWh; das heißt für die Beispielanlage erhält der Betreiber 15,49 Cent pro Kilowattstunde). Der Eigenstrom verursacht im Beispiel damit Jahreskosten in Höhe von 2.979 Euro. Umgelegt auf die selbst verbrauchten 25.392 Kilowattstunden sind das rund 11,7 Cent pro Kilowattstunde.

Der Eigenstrompreis, der ja die Jahreskosten decken muss, hängt jedoch von der Eigenverbrauchsquote ab, da die Vergütung für den nicht verbrauchten Strom mit in die Rechnung einfließt. Würde man den gesamten Strom selbst verbrauchen, fielen für jede Kilowattstunde rund 14,0 Cent pro Kilowattstunde an.

Solange der Eigenstrompreis unter den Kosten für den Strombezug liegt, lässt sich eine Anlage mit dem Eigenverbrauch so finanzieren, dass die Rendite in dem Rechenbeispiel mindestens bei fünf Prozent liegt.

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nur noch auf 91.000 Euro beläuft. Bei einem 40-prozentigen Eigenverbrauchsanteil ergäben sich dann Kosten von rund 11,7 Cent pro Kilowattstunde (siehe Kasten oben). Der Vorteil gegenüber dem Stromzukauf läge in diesem Betrieb immerhin noch bei rund 2.000 Euro pro Jahr.

In Zukunft ergeben sich durch die Zwischenspeicherung des Solarertrages gerade in dem betrachteten Beispiel große Möglichkeiten. Da sich der durchschnittliche Solarertrag und der durchschnittliche Verbrauch über das Jahr sehr ähnlich verhalten, hat schon die reine Speicherung für den Nachtverbrauch einen großen Effekt Damit lassen sich durch einen verhältnismäßig kleinen Speicher bei richtiger Dimensionierung der Solaranlage sehr hohe Autarkie- und Eigenverbrauchsanteile erreichen. Da Speicher außerdem preisgünstiger werden, könnten sich bei Betrieben mit ähnlichem Lastgang in absehbarer Zeit Solaranlagen ganz ohne Vergütung rechnen.

Josef Neiber forscht an der Bayerischen Landesanstalt für Landwirtschaft (LfL), Institut für Landtechnik und Tierhaltung. Werner Schmid arbeitet bei der Landesanstalt für Entwicklung der Landwirtschaft und der ländlichen Räume Schwäbisch Gmünd in Baden-Württemberg (LEL).

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