Energiemanager für mehr Eigenverbrauch - Bandbreite reicht von Geräten zur Visualisierung der Energieströme bis zu komplexen Systemen mit Speichern

Das Jahr 2012 wird als Wendepunkt in die Geschichte der Photovoltaik eingehen, zumindest in Deutschland. Denn so wie das sogenannte Vorschaltgesetz 2004 dafür sorgte, dass Solarstromanlagen finanziell lukrativer wurden und die Nachfrage stieg, so bewirkt die diesjährige EEG-Novelle genau das Gegenteil. Nun steht nicht mehr die hohe Anlagenrendite im Vordergrund. Stattdessen sollen die Anlagenbetreiber – so das Ziel der Bundesregierung – ihren Solarstrom mehr und mehr selbst verbrauchen.
Insbesondere Anlagen auf Wohnhäusern und Gewerbebetrieben sind nun wirtschaftlich umso interessanter, je höher der Eigenverbrauch ist. Doch um hohe Eigenverbrauchsquoten zu erreichen, sind Energiemanagementsysteme nötig. Die kommen seit diesem Jahr vermehrt auf den Markt. Die Bandbreite reicht von einfachen Geräten zur Visualisierung der Energieströme bis hin zu komplexen Systemen mit integriertem Batteriespeicher.
Die einfachste Möglichkeit, Solarstrom selbst zu verbrauchen, lautet, zusätzlich zum Zähler für den erzeugten Solarstrom einen Zweirichtungszähler zu installieren. Dieser erfasst, wie viel Strom der Anlagenbetreiber einkauft bzw. verkauft. Laut Berechnungen von PV-Herstellern kann ein Einfamilienhausbesitzer, dessen PV-Anlage etwa so viel Strom erzeugt, wie der Haushalt im Jahr verbraucht, ohne eine zusätzliche technische Einrichtung durchschnittlich 30% seines Strombedarfs mit Solarstrom decken.
Die Eigenverbrauchsquote hängt von zwei Parametern ab. „Dies ist einerseits das Verbrauchsverhalten, also zu welcher Zeit im Haushalt am meisten Strom verbraucht wird, und andererseits das Verhältnis der Anlagengröße zum Jahresstromverbrauch“, erklärt Franz Breitwieser, Mitarbeiter im Bereich Systemtechnik bei dem österreichischen Wechselrichterhersteller Fronius International. Anlagen, bei denen der Ertrag unter dem Stromverbrauch liegt, erreichen höhere Eigenverbrauchsquoten, überdimensionierte Anlagen geringere.
Wer seinen Eigenverbrauchsanteil auf einfachem Wege erhöhen will, schaltet elektrische Geräte wie Wasch- und Spülmaschine dann ein, wenn die Sonne scheint und die Anlage Strom produziert. Der Anlagenbetreiber kann dies manuell oder mit Zeitschaltuhren tun. Alles darüber hinaus, also technische Lösungen zur Eigenverbrauchsoptimierung, werden als Energiemanagementsysteme bezeichnet.

Relais im Wechselrichter
Schon 2009 brachte der Wechselrichterhersteller Kaco New Energy eine einfache Lösung zur Steigerung des Eigenverbrauchs auf den Markt: ein Relais, das in den Wechselrichter integriert wird. Auch die Wechselrichterhersteller Danfoss Solar Inverters, Solutronic, Mastervolt und Fronius International haben ähnliche Produkte im Programm. Hintergrund damals war die Vergütung von selbst genutztem Solarstrom, die die Bundesregierung 2009 einführte, in diesem Jahr aber wieder aus dem EEG strich.
Am Beispiel von Fronius geschildert, funktioniert ein Relais zur Eigenverbrauchsoptimierung folgendermaßen. Der potenzialfreie Schaltkontakt sitzt auf einer Einsteckkarte im Wechselrichter. An das Relais wird ein Funksender angeklemmt, das Relais ist über zwei Kabel mit dem Sender verbunden. Der Sender steuert die Funksteckdose und über diese die Haushaltsgeräte. Der Installateur oder Anlagenbetreiber stellt nun am Wechselrichter einen Schwellwert ein, z.B. 2000 W. Wenn dieser Wert überschritten wird, wird das Relais aktiviert, es steuert den Verbraucher an. Fällt die Leistung unter einen ebenfalls festgelegten Schwellwert, z.B. 1800 W, wird der Verbraucher wieder deaktiviert. Bei dem System von Solutronic kann der Anlagenbetreiber auch einen Zeitpunkt angeben, zu dem die Geräte eingeschaltet werden sollen, oder auch die Mindestleistung der PV-Anlage.

Nur Visualisierung
Unter der Produktbezeichnung Energiemanagementsystem läuft auch die „Vision Box“ von Conergy. Hier steht das Monitoring – neben der Anlagenüberwachung –im Mittelpunkt. Auf einem Display können Anlagenbetreiber ihren Solarertrag sowie den Stromverbrauch ablesen. Durch Kurven und Graphen anschaulich visualisiert, erkennt der Verbraucher sofort, wann seine Anlage mehr Strom produziert, als er gerade verbraucht. Will er seinen Verbrauch erhöhen, muss er aber selbst aktiv werden. „Man kann dann entsprechend Geräte einschalten“, sagt Conergy-Pressesprecherin Antje Stephan. Tests in der Pilotphase hätten ergeben, dass Verbraucher ihren Eigenverbrauchsanteil auf diese Weise auf 35% erhöhen können. Das Gerät ist schon seit Oktober 2010 auf dem Markt. Seit diesem Jahr gibt es die Vision Box auch als App für die Apple-Geräte iPhone und iPad.
Wer seinen Eigenverbrauchsanteil noch weiter steigern will, benötigt ein Energiemanagementsystem mit Batteriespeicher. Auf der Solarfachmesse Intersolar im Juni in München präsentierten über 100 Aussteller solche Produkte. Bei genauerem Hinsehen ist das Produktangebot aber nicht so vielfältig, wie es zunächst scheint.

Energiemanager mit Speicher
Energiemanager mit Batteriespeicher, auch Speicher- oder Batteriespeichersysteme genannt, sorgen dafür, dass der Solarstrom auf dreierlei Arten verwendet werden kann: Er kann in das Hausnetz oder in das öffentliche Netz eingespeist werden, oder er wird für die spätere Nutzung in Batterien zwischengespeichert.
Will jemand möglichst viel PV-Strom selbst verbrauchen, wird er den Solarstrom zunächst in das Hausnetz einspeisen und seine Haushaltsgeräte und Unterhaltungselektronik damit betreiben. Produziert die Anlage mehr Solarstrom, als der Haushalt gerade benötigt, sorgt der Energiemanager dafür, dass der überschüssige Solarstrom in der Batterie gespeichert wird. Ist die Batterie voll, wird der Strom in das öffentliche Netz eingespeist. Solche Systeme können den Haushalt also auch bei Stromausfall mit Elektrizität versorgen.
Für diese Funktionen benötigen Energiemanagementsysteme vier Hauptkomponenten: einen Laderegler für die Einspeisung des Stroms in das Hausnetz, eine oder mehrere Batterien zur Speicherung des Solarstroms – üblich sind Blei- oder Lithiumbatterien – sowie einen Wechselrichter zur Einspeisung des PV-Stroms in das öffentliche Netz. Wie der Solarstrom gerade verwendet wird, regelt eine Steuerung. Diese Regelung wird auch gelegentlich als Energie- oder Batteriemanagementsystem bezeichnet. Zur Abgrenzung von den kompletten Systemen soll sie hier Batteriemanagementsystem oder Batteriemanager heißen.

Vorreiter bei Batteriesystemen
Die Bonner Solarworld AG sagt von sich selbst, dass sie als „erster Hersteller weltweit und bereits seit Anfang 2011“ ein komplettes Batteriesystem im Programm gehabt habe. Auf der Solarfachmesse Intersolar im Juni in München stellte Solarworld nun die nächste Generation vor. Der „Sun Pac K 10.9“ integriert nach Firmenangaben erstmalig die Lade- und Entladefunktion in einem dreiphasigen Speicher-Wechselrichter. Dadurch werde kein zusätzlicher Laderegler mehr benötigt, wodurch sich der Wirkungsgrad steigere, teilte Solarworld mit.
Früh dabei war auch SMA Solar Technology. Der Wechselrichterhersteller brachte zunächst sein „Sunny Backup-System“ für die Stromversorgung bei Netzausfall auf den Markt. Es folgte die „Meter Box“, die die Ströme für den Netzbezug, die Einspeisung und den Eigenverbrauch erfasst und sie an das Backup-System weitergibt. Seit diesem Jahr komplettiert der „Sunny Home Manager“ das Energiemangementsystem. Der „Sunny Home Manager“ kann variable Stromtarife berücksichtigen, was eine Premiere in dem Markt ist.
Nach Aussage von SMA kann ein „typischer“ Vierpersonenhaushalt mit einer 5-kW-Anlage seinen Eigenverbrauch mit diesem Kombipaket, zu dem eine Batterie mit 6 hWh Speicherkapazität gehört, auf bis zu 65% steigern. Allerdings hängt auch diese Quote von den oben geschilderten Parametern und insbesondere von dem Verbraucherverhalten ab.

Modulare Systeme
Modulare Systeme sind die eine Variante von Energiemanagementsystemen, die andere sind sogenannte „All-in-one“-Lösungen. Bei Letzterem befinden sich alle Komponenten in einem Gehäuse oder Schrank.
Beiden ist gemeinsam, dass sie von sehr unterschiedlichen Anbietern entwickelt oder auch nur vertrieben werden. Modul- und Wechselrichterhersteller, Produzenten von Batterien und von Batteriemanagementsystemen ebenso wie Großhändler und Systemhäuser tummeln sich im Markt. Ihrem ursprünglichen Geschäftsfeld entsprechend, stellen sie ihre Energiemanager zusammen.
Ein Hersteller von wieder aufladbaren Batterien nimmt die hauseigenen Akkus und kombiniert sie mit Wechselrichtern und Batteriemanagementsystemen von Fremdanbietern. Ein Beispiel ist Leclanché, ein Schweizer Hersteller von Lithium-Ionen-Batterien. Das Unternehmen bietet sein „Home Energy System“ wahlweise mit dem „Sunny Home Manager“ von SMA oder mit dem Batteriemanagementsystem Power-Router des niederländischen Herstellers Nedap N.V. an. Nedap bezeichnet sein Produkt, das Batteriemanager, Laderegler und Wechselrichter beinhaltet, als „Energieverwaltungssystem“. Diese erste Variante führte Nedap schon 2009 in den Markt ein. 2013 soll das Speichersystem „Power-Router Solar Batterie“ mit Lithium-Ionen-Batterien dazu kommen.
Ist der Anbieter ein Wechselrichterhersteller, so nimmt er seine eigenen Wechselrichter und kombiniert sie mit Batterien anderer Hersteller. Für letzteres entschied sich Kostal Solar Electric. Kostal stellte auf der Intersolar das System „Piko BA“ vor. Es besteht aus dem neuen „Piko-Speicherwechselrichter“ von Kostal, der Laderegler und Wechselrichter in einem Gehäuse beherbergt, und einem separaten Blei-Gel-Batteriesystem von Hoppecke.
PV-Unternehmen, die weder das eine, noch das andere herstellen, also z.B. Systemanbieter, stellen sich ihre Energiemanagementsysteme nach Belieben zusammen. So bietet z.B. Phoenix Solar seit diesem Sommer ebenfalls den „Power-Router“ von Nedap an. Der Systemanbieter und Projektierer aus Sulzemoos kombiniert ihn mit Bleibatterien. Auch Hawi Energietechnik aus Eggenfelden bietet ein Nedap-System mit Bleibatterie an. Bei Donauer Solartechnik gibt es den Nedap „Power-Router“ anfänglich nur mit Blei-Akku, später soll noch die Variante mit Lithium-Ionen-Batterie dazu kommen. Beide Varianten bietet auch Winaico Deutschland an.
Das Speichersystem „Sonnenbatterie“ auf Lithium-Ionen-Basis mit einer Kapazität von nun 4,6 bis 41 kWh wiederum ist ein Produkt des Herstellers Prosol Invest Deutschland. Das Unternehmen aus Wildpoldsried verweist auf 18 Monate Markterfahrung und nennt als Vertriebspartner Juwi, Diehl Ako, Die Energieinsel, 3 + Solar, Relatio ES, Soventix und Energeticum. 

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All-in-one-Geräte
Auf diverse Vertriebspartner kann auch die E3/DC GmbH aus Oldenburg verweisen. Das Unternehmen, eine Ausgründung des Oldenburger Energieversorgers EWE, entwickelte ein Batteriemanagementsystem und kombinierte es mit anderen Produkten zu einem All-in-one-Gerät. Der Wechselrichter kommt von Solutronic, das Lithium-Ionen-Batteriesystem von Panasonic. Das Ganze steckt in einem Gehäuse und ist entweder als Wandgerät oder mit Standfuß erhältlich.
E3/DC vertreibt das Produkt unter dem Namen „S 10 – Hauskraftwerk“, Solutronic hat es unter dem Namen „Sol-Energymanager“ im Programm. Solutronic hatte den Prototypen schon im vergangenen Jahr auf der Intersolar vorgestellt, doch erst im Juni dieses Jahres ging das Gerät in die Serienfertigung. Als Zielgruppen nennt Solutronic Einfamilienhäuser und Kleinbetriebe. Der Energymanager ist auf eine PV-Anlagengröße bis 4,5 kW Leistung ausgelegt. Standard ist eine Batterie mit einer Speicherkapazität von 5,4 kWh, es können auch zwei Batterien eingebaut werden, sodass die Speicherkapazität bei 10,8 kWh liegt.
Als weitere Vertriebspartner nennt Nadine Schubert, kaufmännische Mitarbeiterin bei E3/DC, Aleo Solar, AS Solar, Relatio ES, Alpin-Solar, SES 21, Schönau Berlin und Solen Energy.
Nachdem das modulare System komplett ist, präsentierte SMA auf der Intersolar nun ebenfalls ein integriertes Speichersystem für die Wandmontage. Bei dem Produkt „Sunny Boy 5000 Smart Energy“ sind der SMA-Wechselrichter und die Lithium-Ionen-Batterien mit einer nutzbaren Kapazität von 2 kWh in ein Gehäuse eingebaut. Das Gerät soll ab 2013 erhältlich sein.

Bis zu 80% Eigenverbrauch
Eigenverbrauchsquoten bis zu 70 oder 80% sollen die Nutzer mit den Energiemanagementsystemen von Schüco International, Kaco New Energy und Voltwerk erzielen können. Sie bieten Energiemanager, die vom Format her an Zentralwechselrichter erinnern.
Bei Schüco gibt es zwei Varianten. Das System mit dem Namen „SPE-4000 LT 50“ ist für einen 4-Personen-Haushalt mit einem „klassischen Energieverbrauch“ von etwa 5000 kWh im Jahr und einer 5,5-kW-Anlage auf dem Dach ausgelegt. Die Lithium-Ionen-Batterie hat eine Speicherkapazität von 4 kWh. Nach Aussage von Schüco könne der Haushalt so etwa 55% des benötigten Stroms selbst erzeugen.
Das System 8000 hat eine doppelt so große Speicherkapazität (8 kWh). Damit sei ein Eigenverbrauchsanteil von bis zu 80% möglich, teilt Schüco mit. Um solch eine hohe Quote zu erreichen, empfehle es sich, zusätzlich eine Wärmepumpe oder ein Elektromobil mit dem Solarstrom zu speisen.
Bei Schüco geht die Testphase ihrem Ende zu, Ende Oktober sollen die Energiemanager in die Serienfertigung gehen. Bei Kaco New Energy hat sich die Markteinführung noch einmal verschoben. Nach Aussage von Pressereferent Kai Block soll der Energiemanager „Powador Gridsave“ nun Anfang 2013 auf den Markt kommen. In das Gehäuse lassen sich bis zu fünf Lithium-Ionen-Batterien mit jeweils 1,35 kWh Kapazität einsetzen, sodass das Gerät eine Gesamtspeicherkapazität von 6,75 kWh hat. Anwendungsbereiche sieht Kaco bei Ein- und Mehrfamilienhäusern, aber auch in der Landwirtschaft und bei Gewerbebetrieben.
Vorreiter bei den großformatigen Energiemanagern war jedoch Voltwerk mit seinem „VS5 Hybrid“. Neben Voltwerk, die nun zur Bosch-Gruppe gehören, vertreibt z.B. Conergy diesen Energiemanager unter dem Namen „Sonnenspeicher“.

Weite Preisspanne
Zu den Preisen halten sich viele Hersteller bedeckt. Sie verweisen darauf, dass sie an Vertriebspartner liefern, die wiederum eigene Verkaufspreise kalkulieren. In jedem Fall ist die Pressespanne bei den Systemen weit, wie einige Beispiele zeigen. Für den Sol-Energymanager lautet die unverbindliche Preisempfehlung von Solutronic 10000 Euro. Das System „Hawi-PV-Manager S“ inklusive Power-Router, acht Bleibatterien mit einer Gesamtspeicherkapazität von 5,28 kWh und Schrank erhalten Endverbraucher für „unter 10000 Euro“. Samsung/SDI nennt für sein „Home System“ mit fünf Lithium-Ionen-Batterien und insgesamt 5,8 kWh Speicherkapazität einen Preis von 1 US $ per Watt, allerdings für Händler. Für dieses System wären das dann etwa 4650 Euro.
Für alle Energiemanagementsysteme stellt sich die Frage, wann sie sich amortisieren. Und die ist kaum allgemeingültig zu beantworten. Denn zum einen müssen teilweise noch zusätzliche Einrichtungen wie Funksteckdosen angeschafft werden, und auch die Installation auf der AC-Seite kostet. Zum anderen hängt die Eigenverbrauchsquote von diversen Parametern wie dem Jahresstromverbrauch, dem Lastprofil, der Anlagengröße und der nutzbaren Batteriekapazität ab. In einem Haushalt, der aktiv dazu beiträgt, Solarstrom dann zu nutzen, wenn er reichlich zur Verfügung steht, hat sich das Gerät schneller zurückgezahlt als in einem, in dem das Nutzerverhalten nicht angepasst wird. Außerdem sind zusätzliche Kosten, z.B. für die Wartung und Erneuerung der Batterien, einzukalkulieren.
In der Summe lässt sich deshalb sagen, dass die Wirtschaftlichkeit einzelner Energiemanagementsysteme nur schwer miteinander zu vergleichen ist, und ansatzweise auch erst dann, wenn die zugrundeliegenden Eckdaten weitgehend identisch sind.
Bei den Anbietern ist die Wirtschaftlichkeit derzeit aber auch nicht das wichtigste Verkaufsargument. Dies bestätigt z.B. Thomas Breinfalk, Pressesprecher von Hawi: „Wirtschaftlichkeit steht in der Argumentation nicht im Vordergrund“, sagt er. „Es gibt eine Kundenklientel, für die Unabhängigkeit im Vordergrund steht.“ Diese Klientel zähle zu den Innovatoren, die ein hohes Interesse an technischen Neuerungen haben und den entsprechenden Preis dafür zahlen. Das Hauptargument im Vertrieb von PV-Anlagen derzeit ist aber die Einsparung von Stromkosten, die diese möglich machen. Denn PV-Strom lässt sich bei günstigen Voraussetzungen mittlerweile schon zum gleichen Preis wie Strom aus dem Netz erzeugen. Während der Strom vom Energieversorger voraussichtlich in den kommenden Jahren aber teurer wird, bleiben die Kosten für den Strom aus der eigenen Anlage konstant. Je mehr Solarstrom selbst verbraucht wird, wie
es eben mit einem Energiemanager möglich ist, desto wirtschaftlicher wird es. Erst einmal müssen die Anbieter die Besitzer von Dächern aber mit der neuen Technik vertraut machen und sie davon überzeugen, dass PV-Anlagen immer noch eine sinnvolle und lohnenswerte Anschaffung sind.

Autor: Ina Röpcke