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Schema der Brauchwassererwärmung: Mit dem Energie-Management-System von Solar-Log und einem Warmwasserspeicher wird der PV-Strom effektiv selbst genutzt. Bild: Solare Datensysteme
Erneuerbare Energien

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Solarstrom selbst nutzen

Text: Vivian Bullinger, Solare Datensysteme
Solarkraftwerke lieferten 2013 rund fünf Prozent des deutschen Stroms. Allerdings reduzierte sich im vergangenen Jahr der Ausbau der Solarenergie durch Anpassungen des EEG und fortschreitenden Kürzungen bei Förderungen. Damit sich Photovoltaikanlagen auch in Zukunft finanziell rentieren, muss deshalb umgedacht werden. Mögliche Lösungswege bieten die Strom­speicherung und die Umwandlung von Strom in Wärme.

Noch zögern viele Anlagenbesitzer ihren Photovoltaikstrom (PV) selbst zu nutzen. Die häufigsten Gründe sind mangelndes Wissen über die praktische Umsetzung und die Befürchtung, dass das Verbrauchsverhalten grundlegend umgestellt werden muss. Solche Bedenken sind nur zum Teil begründet und können mithilfe eines intelligenten Energie-Management-Systems entkräftet werden. Dank einer automatischen Steuerung der Verbraucher vereinfachen diese Systeme die Eigenstromnutzung und sind damit auch für berufstätige Energieerzeuger geeignet.

Vorgaben für Einspeisemanagement

Gerade für Privathaushalte, die oftmals eine kleine PV-Dachanlage besitzen und hohe Strompreise bezahlen müssen, ist die Eigenstromnutzung interessant. In diesen Fällen müssen alle Anlagen unter 30 kWp, die ab Januar 2012 installiert wurden, nach den Einspeisemanagementvorgaben des EEG 2012 ausgerüstet sein. Das bedeutet für den Anlagenbesitzer, dass er zwischen einer flexiblen Steuerung der Einspeiseleistung durch seinen Energieversorger oder einer fixen Kappung der eingespeisten Energie auf 70 Prozent der angeschlossenen Modulleistung wählen kann.

Bei Ersterem entstehen dem Betreiber zusätzliche Kosten, da für die ferngesteuerte Regelung der Anlage weitere Technik benötigt wird. Dagegen liegt der Leistungsverlust, der bei einer Reduzierung der Einspeiseleistung auf 70 Prozent entsteht, im Schnitt zwischen drei und fünf Prozent. Einen einfachen Weg, diese Verluste zu vermeiden und ohne zusätzliche Technik zur flexiblen Steuerung auszukommen, bietet den Betreibern der Eigenverbrauch. Hierbei wird die erzeugte Energie, die über den 70 Prozent liegt, direkt im Haushalt verwendet.

PV-Strom speichern

Bei neuen und geplanten Anlagen ist es durchaus sinnvoll, einen Großteil des erzeugten PV-Stroms selbst zu nutzen. Denn die Einspeisevergütungen sinken und werden vermutlich in naher Zukunft bei Null liegen. Um möglichst viel Strom direkt im Haushalt zu verbrauchen, müssen entsprechende Verbraucher vorhanden sein und gesteuert werden. Deshalb sind Batteriesysteme für die flexible Selbstnutzung des PV-Stroms die effektivste Lösung.

Der Vorteil: Der Strom lässt sich speichern und steht damit unabhängig von Tageszeit sowie Sonneneinstrahlung zur Verfügung. Allerdings sind solche Systeme zur Energie­speicherung noch ein großer Kostenfaktor und bedeuten oftmals eine höhere Investition als die eigentliche PV-Anlage. Zudem gibt es auf dem Markt viele unterschiedliche Anbieter von Speichersystemen, von deren Batterien es noch keine Langzeit­erfahrungen gibt.

Eine andere Form, PV-Energie zu speichern, ist die Umwandlung von Strom in Wärme. Dazu werden immer häufiger Wärmepumpen eingesetzt. Die Grundidee dahinter ist, eine Wärmepumpe dann mit Eigenstrom zu versorgen, wenn dieser überschüssig ist – also für keinen anderen Verbraucher eingesetzt wird. Die Wärmepumpe speichert den PV-Strom in Form von Wärme, welche erst dann wieder abgegeben wird, wenn sie benötigt wird – etwa für das Warmwasser beim Duschen.

Eine Möglichkeit ohne Wärmepumpe die PV-Energie in Form von Warmwasser zu speichern, ist die Erwärmung des Brauchwassers durch Einschraubheizkörper. Die PV-Energie wird zur Erwärmung des Brauchwassers in Pufferspeichern beziehungsweise Kombispeichern genutzt. Dazu wird der Einschraubheizkörper direkt in den Pufferspeicher eingebaut. Mit dieser Lösung werden fossile Energieträger für die konventionelle Warmwasseraufbereitung über den Heizkessel eingespart und die PV-Energie effektiv genutzt.

Speichersysteme effektiv einsetzen

In einem Haushalt gibt es meistens neben dem Energiespeicher noch Stromverbraucher, die mit PV-Strom betrieben werden können. Der Energiespeicher soll in der Regel dann gespeist werden, wenn der PV-Strom überschüssig ist und von keinem anderen Verbraucher benötigt wird. Hierfür ist eine intelligente Steuerung notwendig. Sogenannte Energie-Management-Systeme wie etwa der Datenlogger Solar-Log übernehmen die Verteilung des PV-Stroms.

Zur Steuerung der PV-Energie muss das Energie-Management-System den Stromverbrauch der angeschlossen Verbraucher kennen. Hierfür kommt ein Stromzähler zum Einsatz, der den Stromverbrauch misst und aufzeichnet. Den aktuellen Stromverbrauch übermittelt der Stromzähler an ein zentrales Steuerelement wie den Datenlogger. Der wiederum erfasst die momentane Stromproduktion und den Verbrauch, stellt beides grafisch dar und nutzt diese Informationen für ein automatisches zu- beziehungsweise abschalten der Verbraucher.

Für eine automatisierte Steuerung der Stromverbraucher nutzt das Energie-Management-System die Spitzenleistungszeiten der PV-Anlage. Hierzu schaltet das System mehrere Stromverbraucher zu, wenn ein vorkonfigurierter Schwellenwert überschritten wird. Zusätzlich zu einem Schwellenwert können dabei auch Tageszeiten und Mindestlaufzeiten individuell eingestellt werden.

Die Überwachung und Steuerung der Verbraucher erfolgt dann über Netzwerk-Stromsteckdosen, sogenannten Smart Plugs. Diese messen den Verbrauch der angeschlossenen Endgeräte und senden die Messwerte an den Datenlogger. Soll eine Wärmepumpe gesteuert werden, können die oben genannten Schwellenwerte individuell an die verwendete Wärmepumpe und das Komfortbedürfnis des Eigentümers angepasst werden.

Beispiel aus der Praxis

In der Praxis kann das folgendermaßen aussehen: Mit Beginn der PV-Stromproduktion wird ein Warmwasserbereiter eingeschaltet und bleibt den Tag über aktiv. Steigt die Stromproduktion zum Mittag hin an, werden weitere Verbraucher wie etwa Klimageräte automatisch zugeschaltet.

Handelt es sich um einen bedeckten, sonnenarmen Tag, startet der Warmwasserbereiter trotzdem zu einer voreingestellten Uhrzeit. In dem Fall wird er dann mit konventionellem Strom betrieben. Das Gleiche gilt für einen wechselhaften Tag. Sobald die PV-Stromproduktion zurückgeht, wird Fremdstrom genutzt.

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