Managementsysteme für die Eigenverbrauch-Optimierung für Photovoltaik-Anlagen

Das Thema “Energiemanagement” hat in der Photovoltaik bis zum Paradigmenwechsel in der Solarförderung kaum eine Rolle gespielt. Der überschüssig produzierte Strom wurde einfach in das öffentliche Netz abgegeben und zu einem Preis vergütet, der weit über den Kosten für den eigenen Strombezug lag. Freilich sorgten auch schon in der Vergangenheit Mess- und Kontrollfunktionen in den Anlage-Strängen für höhere Erträge, oder führte der bewusste Umgang mit Energie zur Einsparung von Stromkosten. Seit aber der Eigenverbrauch die günstigere Variante der Solarstromproduktion ist, sind Energie Management Systeme zum entscheidenden Faktor für die Wirtschaftlichkeit der eigenen Anlage geworden.

Das Erfreuliche ist: in der Photovoltaik kann Energiemanagement auch die meisten positiven Effekte bewirken. Mit dem Einsatz der zur Zeit marktüblichen Systeme lässt sich der Eigenverbrauch zwischen 40 % und 80 % optimieren.

Warum Energiemanagement nirgendwo wirkungsvoller ist als in der Photovoltaik

Die Begründung dieser Aussage liegt in der Spezifik der Solarstromerzeugung. Diese hält etliche Schwankungen, aber auch riesige Potenziale bereit.

2012 waren in Deutschland 48,4 GW Leistung aus Kohlekraftwerken installiert. Daraus ergab sich ein Anteil von 45% an der nationalen Stromversorgung.

Die installierte Solarstromleistung betrug zur gleichen Zeit 32 GW, also zwei Drittel der Kohlekraft. Aber der Anteil an der Stromproduktion betrug nicht 30 %, sondern nur 4,6 %.

Der Vorteil der konventionellen Stromproduktion ist ihre Kontinuität: das ganze Jahr über sowie Tag und Nacht.

Photovoltaikanlagen dagegen liefern im Winterhalbjahr durchschnittlich nur 25 % ihrer Jahresleistung; 75 % werden von April bis September erzeugt. Nachts fallen die Anlagen völlig aus, und auch die Tagesproduktion funktioniert nur solange, wie die Sonne scheint – das sind in Deutschland durchschnittlich 1.480 Stunden im Jahr (2013). Selbst der Tagesverlauf der Solarstromproduktion ist schwankend und von einer steil ansteigenden Mittagsspitze geprägt. Am Morgen und am späten Nachmittag werden meist nur wenig mehr als 50 % der Nennleistung realisiert. Von den drei Spitzenbelastungszeiten des Tages kann die Photovoltaik lediglich eine abdecken. Aber selbst die Mittagsspitze ist wochentags für private Betreiber kaum nutzbar, da sie sich im Normalfall nicht an ihrem Wohnort, sondern an ihrem Arbeitsplatz befinden.

Das ist die Stunde der Energie Management Systeme!

Mit ihnen ist es möglich, die zuwider laufenden Bedarfsanforderungen zu synchronisieren. In der Photovoltaik bieten sich ihnen die meisten Anwendungsmöglichkeiten.

Was kann das Energiemanagement einer Photovoltaikanlage?

Was kann Energiemanagement?

Unter Energiemanagement wird der kostensenkende Abgleich von energietechnischen Erzeugungs- und Verbrauchseinheiten nach jeweils erforderlichen Strommengen verstanden.

Energie Management Systeme können:

– den Ertrag einer Anlage optimieren
– die Versorgungssicherheit garantieren
– die optimale Verteilung der Strommengen gewährleisten (auch zeitlich)
– die Anlagensicherheit in Bezug auf sich selbst und angeschlossene Einheiten unter wechselnden Bedingungen bewahren
– nach ökologischen Präferenzen arbeiten
– und letztendlich das optimale Preis-Leistungs-Verhältnis aus Erzeugung und Verbrauch realisieren.

Bei der Neuinstallation von Photovoltaikanlagen könnten also alle Komponenten so geregelt werden, dass die erzeugte Strommenge komplett für den Eigenverbrauch zur Verfügung steht.

Als privater Betreiber aber wollen Sie eher wissen, welcher Optimierungsgrad mit Ihrer bestehenden Anlage möglich ist, und welche Kosten der Nachrüstung sich in überschaubaren Zeiträumen bezahlt machen.

Diese Überlegungen sind für alle Anlagen, die ab dem Jahr 2010 den Betrieb aufnahmen, dringend geboten. PVA, die vor dem Jahr 2010 in Betrieb gingen, profitieren noch von den damals üblichen lukrativen Einspeisevergütungen. Die Rentabilität der Anlage ist trotz steigender Strompreise gesichert, lässt sich aber mit einem Energie Management System weiter verbessern.

Energie Management Systeme ohne Speicher

Solarspeicher sind die neue Attraktion auf dem Photovoltaik-Markt, aber eben auch noch entsprechend kostenintensiv. Gerade wenn Ihre Anlage nur gering dimensioniert ist, spricht vieles dafür, die weitere Entwicklung abzuwarten, um zu einem späteren Zeitpunkt (möglicherweise sogar in Zusammenhang mit einer Erweiterung der Anlage) die Speichermöglichkeit zu geringeren Preisen in Anspruch zu nehmen.

Aber bis dahin können Sie schon mit einem Energie Management System Ihren Photovoltaik Eigenverbrauch optimieren und langfristig Tausende von Euro sparen!

Eine vierköpfige Familie zahlt derzeit durchschnittlich 4.150 Euro im Jahr für Stromkosten (ohne elektrische Warmwasseraufbereitung). Da die Energie-Experten der EU bis 2030 mit einer weiteren Verdoppelung der Strompreise rechnen, können Sie von einer durchschnittlichen jährlichen Steigerung der Stromkosten von 6,25 % ausgehen. Selbst wenn Sie den Strombedarf Ihrer Familie zu 20 % mit einer PVA sicherstellen, kommt in den nächsten fünf Jahren eine Mehrbelastung von mehreren Hundert Euro auf Sie zu.

Für dieses Geld können Sie jedoch ein Energie Management System erwerben, dass auch ohne den Einsatz eines Speichers Ihren Eigenverbrauch bis auf 40 % steigern kann. Sie zahlen dann in Zukunft nicht mehr, sondern dauerhaft weniger an Stromkosten.

Diese so genannten Home Energy Management Systeme achten ständig auf die Relation Stromverbrauch/-erzeugung und “verwalten” Ihre Elektrogeräte. Ehe Strom zum ungünstigeren Preis in das Netz abgegeben wird, wird er besser für den Eigenverbrauch eingesetzt. In der ganz einfachen Variante (manuelle Handhabung durch eine im Haushalt anwesende Person) werden Waschmaschinen, Trockner, Wärmegeräte oder Geschirrspülmaschinen immer dann betrieben, wenn die angezeigte Solarkapazität der Anlage dafür ausreicht. In der Regel werden die Geräte nacheinander eingeschaltet, in Spitzenproduktionszeiten können sie auch gleichzeitig laufen.

Die automatische Variante regelt diese Abläufe selbsttätig mit Zeitschaltern und auf der Basis von programmierten Kennzahlen. Entsprechende Systeme steuern die bedarfsgerechte dreiphasige Netzeinspeisung durch den integrierten Laderegler und bieten ein komplettes Kommunikations- und Monitoring-Paket. Die Daten können mit eigener Software oder per Internet-Portal gehandhabt werden.

Bekannte Produkte sind das HEMS von Würth Solar, der Sunny Home Manager von SMA oder die Cisco Home Energy Management Solution. Die Preise variieren nach dem Grad der eingesetzten Smart-Technologie, also der digitalen Vernetzung und Kommunikationsfähigkeit mit intelligenten Energiezählern und Geräten. Die meisten dieser Energiemanager sind mit Speichertechnologie nachrüstbar.

Energie Management Systeme mit Speicher

Mit den neu entwickelten Solarstromspeichern können bis zu 80% des erzeugten Stroms auch selbst genutzt werden. Der verbrauchsoptimierte Effekt entsteht automatisch dadurch, dass die in Spitzenzeiten gespeicherte Energie Abends oder in der Nacht wieder abgerufen werden kann. Aber auch hier kommt es darauf an, dass ein intelligentes Energie Management System die Prozesse steuert. Denn die besagten 80 % sind ein Spitzenwert, der ohne Energiemanagement auch leicht auf 60 % oder weniger abrutschen kann. Wenn die Batterien aufgeladen sind und die Energie nicht abgerufen wird, geht sie zum Billigpreis ins Netz und muss doppelt so teuer wieder zurückgekauft werden. Wie rentabel Ihre Anlage mit Speicher arbeitet, können Sie dem Beitrag “Wirtschaftlichkeit von Photovoltaikanlagen” entnehmen.

Auch wenn derzeit die Preise für Solarspeicher noch bei 6.000 Euro (Blei-Akku) bzw. 10.000 Euro (Lithium-Ionen-Akku) beginnen, stellen sie langfristig die beste Möglichkeit dar, den Eigenverbrauch zu optimieren. Immerhin bezuschusst die Bundesregierung jede Speicherkapazitätsstufe bis 10 kW mit 600 Euro.

Die Anbieter von Solarspeichern liefern in der Regel das Energie Management System gleich mit. Beispiele dafür sind Solon, Senec, IBC Solar oder Azur Independe. Es gibt aber auch Anbieter, die ihre Speicher mit einem auf dem Markt etablierten System ausstatten. Ein Topfavorit ist das “Sunny Backup” von SMA, das beispielsweise mit den Solarspeichern von Solarworld kombiniert ist. Da die Energie Management Systeme direkt in den Wechselrichter integriert sind, stellen die Produzenten dieses PV-Herzstücks auch die führenden Anbieter in der Steuerelektronik dar. Energie Management Systeme mit Speicher sind in jedem Fall hochqualitative Produkte der Smart-Technologie, die sich je nach Konfiguration im Preis unterscheiden. Die Einstiegskosten für das o.g. Sunny-Backup liegen bei 3.000 Euro. Wenn Sie damit Ihren Solarspeicher nur um 10 % optimieren, hat sich die Investition in weniger als 10 Jahren ausgezahlt, bezogen auf das Beispiel des 4-Personen-Haushalts.

Absolut ausreizen lässt sich das Energie Management System, wenn die Photovoltaikanlage mit weiteren Energiequellen verbunden ist, beispielsweise den Strom für eine Wärmepumpe liefert.

Messung, Controlling, Steuerung, Programmierung und Kommunikation lassen sich am heimischen PC, über das Internet oder Mobile handhaben und überwachen.

Interessante Links zum Thema:

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Größe Photovoltaikanlage: Volles Dach oder optimiert?
Photovoltaik Eigenverbrauch: Überblick Technik und Möglichkeiten

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