Rund um die Uhr Sonne tanken Der zunehmende Eigenverbrauch von Solarstrom erfordert optimale Speicherlösungen – und ein verlässliches Energiemanagement

Zu diesem Schluss kommen Wissenschaftler des „Sachverständigenrats für Umweltfragen“ in einem kürzlich vorgestellten Sondergutachten, das die Bundesregierung zuvor mit Blick auf die künftige Energiepolitik in Auftrag gegeben hat. Die darin indirekt enthaltene Absage an die Kernenergie kann – nicht nur auf dem Hintergrund der Katastrophe von Fukushima – als Anregung für ein radikales Umdenken bei der Erzeugung und Nutzung von Energie verstanden werden.
Doch: Was bedeutet „Endenergieeffizienz“ in der Praxis? Was können zum Beispiel Betreiber von PV-Anlagen tun, um Sonnenenergie noch wirtschaftlicher und effizienter nutzbar zu machen?

Klare Analyse notwendig
Wolfgang Schläfer von der Karlsruher Common-Link AG sieht hierbei noch viel ungenutztes Potenzial: „Oft fehlt es an einer klaren Analyse, die transparent macht, wann und wie viel Strom mit der eigenen PV-Anlage erzeugt wird und wohin er fließt: Wie groß ist der Bedarf beim Eigenverbrauch, wann wird an welcher Stelle Strom benötigt, wie viel Energie kann gespeichert werden, wie viel fließt ins Netz?“
Dabei spielt vor allem die optimale Kapazität und Leistungsfähigkeit eines lokalen Batteriespeichers eine wichtige Rolle. Wolfgang Schläfer: „Wir unterstützen Anlagenbetreiber nicht nur bei der Analyse von Erzeugung und Bedarf des Solarstroms, sondern auch bei der Integration von Energiespeichern und deren Dimensionierung. Hier kann schon mit verhältnismäßig kleinen Speichereinheiten ein wesentlicher Beitrag zur Grundlastversorgung geleistet und dabei ein hoher Eigenverbrauchsanteil erreicht werden. Dies entlastet die Netze und optimiert die Wirtschaftlichkeit der eigenen Investition.“
Common-Link ist auf Lösungen spezialisiert, die eine dafür geeignete Fernüberwachung und -steuerung einfacher, wirtschaftlicher und effizienter machen. Neben Solarparks nutzen auch Unternehmen, Wohnungsbaugesellschaften und öffentliche Einrichtungen das Know-how aus Karlsruhe, wenn es darum geht, Solarstrom nach der Novellierung des „Erneuerbare Energiengesetzes“ zunehmend selbst zu verbrauchen.
Zu den richtungsweisenden Projekten des Karlsruher Entwicklerhauses gehört dabei ein Modellversuch im Rahmen eines geplanten Katastrophenschutzzentrums für den Raum Mannheim. Zentraler „Baustein“ des Projekts: die umfassende Energieanalyse und ein effizientes Strommanagement für die Beratungsstation der Mannheimer Berufsfeuerwehr. Die Station soll künftig in der Lage sein, sich vollständig mit selbst erzeugter Solar- und Windenergie zu versorgen – inklusive Solartankstelle für die dazugehörige Fahrzeugflotte.
Wolfgang Schläfer: „Es ist sicher kein Zufall, dass hier ausgerechnet so ein sensibler Bereich wie der Zivil- und Katastrophenschutz auf eine regenerative Energieversorgung setzt, von der ja noch allenthalben behauptet wird, dass sie angeblich nicht ausgereift sei. Mit dem Modellversuch wollen wir zusammen mit kompetenten Partnern zeigen, dass eine Rund-um-die-Uhr-Versorgung möglich ist.“
Neben Common-Link beteiligen sich u.a. die ThinCCO GmbH aus Bad Wimpfen (PV-Anlage), die Wiener Cellstrom GmbH (Stromspeicher) und die Xemaro aus Heidelberg, die neben dem Anlagenbetrieb auch die Projektleitung innehat.

Das Konzept
Eine leistungsstarke „Redox Flow“ Batterie speichert den hauptsächlich aus einer großflächigen PV-Anlage auf dem Dach der Feuerwache Mannheim-Mitte erzeugten Strom.
Zusätzlich wird der – zunächst  mit einer Leistung von 200 kWh ausgelegte – Batteriecontainer aus einer Kleinwindkraftanlage und einem Blockheizkraftwerk gespeist.
In einem ersten Projektschritt ermitteln die Ingenieure von Common-Link nun zunächst den genauen Strombedarf der Feuerwehrstation: Neben zahlreichen Rechnern, Telekommunikationseinrichtungen, Beleuchtungs- und Alarmsystemen ist die geplante Solartankstelle ein wesentlicher Verbraucher. Vordimensioniert ist die Tankstelle bislang für fünf Elektroautos und fünf Elektroroller mit jeweils 100 beziehungsweise 50 km durchschnittlicher Fahrstrecke pro Tag.
Wolfgang Schläfer: „Ziel ist es, die Feuerwache so schnell wie möglich energieautark werden zu lassen. Dabei kommt es ganz wesentlich auf die Wirtschaftlichkeit der gesamten Anlage an.“ Ein modular aufgebautes Analyse- und Fernüberwachungssystem sorgt daher für ein „intelligentes“ Monitoring und ein verbrauchsgeregeltes Strommanagement. Beim Mannheimer Modellprojekt „Solartankstelle“ übernehmen die Komponenten des Common-Link-Systems alle Aufgaben, die mit Energiedatenerfassung, Auswertung, Optimierung sowie Steuerung und grafischer Darstellung zu tun haben.

Ertragsüberwachung der PV-Anlage
Energiezähler mit S0-Schnittstelle dienen zur Erfassung des Anlagenertrags. Die Zähler werden auf der Wechselstromseite hinter den Inverter geschaltet, sind mit PV-Anlagen aller Herstellungstypen kompatibel und verfügen über eine besonders hohe Messgenauigkeit.
Zusätzlich messen Sensoren die Einstrahlung direkt an den PV-Modulen. So können auch lokale Wettereinflüsse berücksichtigt werden. Die hohe zeitliche Auflösung erlaubt den direkten Vergleich von Einstrahlung und Ertrag im selben Intervall. Auf diese Weise kann überprüft werden, ob die Anlage ihre volle Leistung bringt.
Über den angeschlossenen Datenlogger „Interlink Solar V2“ werden sämtliche Werte schließlich in Echtzeit an das Rechenzentrum übertragen – z. B. per Mobilfunk. Bei Störungen generiert das System automatisch Alarmmeldungen, die auf Wunsch auch auf dem Handy, im E-Mail-Postfach oder am Faxgerät auflaufen.
Die Auswertung der Daten ist von jedem PC aus über ein passwortgeschütztes Portal abrufbar – ohne komplizierte Software, ein normaler Internetbrowser genügt. In einer übersichtlichen Grafik können mit einem Blick die erzeugte Energiemenge, die Einstrahlung, der Wirkungsgrad, die CO₂-Einsparung sowie die erwirtschafteten Erträge in Kilowattstunden und Euro erfasst werden. Zudem vergleicht die Grafik Erzeugung, Leistung und Soll-Leistung der PV-Anlage, um mögliche Teilausfälle etwa bei Extremwetter oder anderen Störungen rasch erkennen zu können.

Optimierung des Speichers
„Redox Flow“-Batterien sind eine Weiterentwicklung bewährter Bleiakkus – mit ähnlicher Energiedichte, jedoch einer zehnmal höheren Lebensdauer und einem Wirkungsgrad von ca. 80 %. Dieser neuartige Batteriespeicher wurde ursprünglich für Elektrofahrzeuge entwickelt, eignet sich aber besonders auch für Großspeicher mit Gleichstromspeisung.
Ähnlich wie herkömmliche Batterien unterliegen „Redox Flow“-Batterien bestimmten Lade- und Entladezyklen. Dabei ist darauf zu achten, dass die jeweilige Entladetiefe nicht unterschritten wird. Nur so lassen sich die volle Leistungsfähigkeit und eine lange Lebensdauer der Akkus garantieren. Die Energiezähler des Common-Link-Systems erfassen daher nicht nur, wie viel Energie von der PV-Anlage erzeugt wird, sondern auch wie groß der aktuelle Speicherfüllstand des Batteriecontainers ist. So ist bereits beim Ladevorgang eine optimale Abstimmung zwischen der zur Verfügung stehenden Strommenge und der idealen Ladeleistung sichergestellt. Überschüssiger Strom wird zu anderen lokalen Verbrauchern oder aber ins öffentliche Netz eingespeist.
Ebenso große Bedeutung kommt der exakten Erzeugungs- und Verbrauchsmessung beim Entladevorgang des Speichers zu: Mithilfe des Datenloggers „Interlink-Solar V2“ und dem Steuerungsmodul mit dem Arbeitstitel „M8x/SEC“ wird nach Abfrage des Speicherfüllstands die optimale Entladeleistung ermittelt. Je nach Speicherleistung werden dann die elektrischen Tanksäulen freigeschaltet und die Fahrzeuge mit Sonnenenergie betankt.

Steuerung der Solartankstelle
Auch die gesamte Anlagensteuerung der Tankstelle gehört zu den Aufgaben des Datenerfassungssystems: Die Nutzer senden per Handy, E-Mail oder lokalem Terminal ihre Tankanforderung direkt an den Datenlogger. Dieser prüft zunächst die Berechtigung und erhält  ein Paymentsignal für die spätere Abrechnung sowie den Leistungsbedarf des Fahrzeugs und die voraussichtliche Tankdauer. So kann jeder Nutzer sekundenschnell abschätzen, wann sein Fahrzeug wieder zur Verfügung steht.
Sodann wählt das Datenloggersystem eine der zur Verfügung stehenden Energiequellen aus – etwa den Strom aus dem Batteriecontainer oder direkt aus der PV-Anlage – und gibt die entsprechende Tanksäule frei.
Ist die Fahrzeugbatterie aufgeladen, bilanziert das System zuverlässig die getankte Energiemenge und den Zeitpunkt der Tankleistung – und  leitet sämtliche Daten an das angeschlossene Rechenzentrum für die Abrechnung weiter. Der Administrator hat jederzeit Zugriff auf eine detaillierte Auswertung an seinem Rechner. Ähnlich wie bei der Energiedatenanalyse der gesamten PV-Anlage oder des Speichers werden alle relevanten Daten der Solartankstelle ebenfalls übersichtlich im Browser angezeigt: Erzeugung, Einspeisung, Verbrauch, Eigenverbrauch, Bezug und Tagesergebnis.

Optimale Speicherung und Verteilung
Noch in diesem Jahr wird der Mannheimer Modellversuch in der Praxis zeigen, wie wichtig ein zuverlässiges Energiemanagement für die wirtschaftliche Nutzung von regenerativ erzeugtem Strom ist. Common-Link-Vorstand Wolfgang Schläfer: „Die Lösung einer flächendeckenden Versorgung mit Erneuerbarer Energie kann ja nicht darin bestehen, den Verbrauch dem Sonnenstand oder der Windstärke anzupassen, sondern vielmehr in einer optimalen Speicherung und Verteilung. Denn Strom kommt schließlich auch künftig aus der Steckdose – auch ohne Atomkraft!“

Autor: Uwe Herzog

KONTAKT: Common-Link AG, 76189 Karlsruhe, Tel. 0721 81968300, Fax 0721 81968400, info@common-link.de, www.common-link.de