Die Klar Folien GmbH ist ein mittelständischer Gewerbebetrieb wie Tausende in Deutschland. Das Unternehmen produziert spezielle Folien für industrielle Anwender oder für Pharmaunternehmen. Rund 20 Mitarbeiter sind beschäftigt. Die wichtigsten Stromverbraucher sind Computer und die Ausstattung der Büros. Hinzu kommen zwei elektrische Gabelstapler für das Lager, deren Akkus über Nacht aufgeladen werden. Nachts laufen außerdem die Beleuchtung sowie die Server. Sie summieren sich zu einem konstanten Leistungsbedarf von einem Kilowatt. Als Stromverbraucher zählt auch die Maschine zur Folienkonfektionierung, mit der die Folienrollen auf die geforderten Größen geschnitten werden.
Möglichst hoher Eigenverbrauch
Das Unternehmen will so viel Strom wie möglich selbst verbrauchen. Also versorgt der Sonnenstrom zunächst die Verbraucher im Gebäude. Zudem speist er eine Wärmepumpe sowie die Ladestation von zwei elektrischen Dienstfahrzeugen. Beide Wagen werden von den Angestellten für kurze Fahrten bis 100 Kilometer genutzt. Auf diese Weise spart der Solarstrom obendrein teuren Sprit.
Um es vorwegzunehmen: Klar Folien erreicht im Monat einen durchschnittlichen Autarkiegrad von 90 bis 100 Prozent. Das bedeutet, dass das Unternehmen fast seinen gesamten Strom mit Photovoltaik selbst erzeugt. Diesen hohen Autarkiegrad erzielt der Betrieb in Dernbach im Westerwald zwischen Ende Februar und Ende Oktober, bei gutem Wetter bis in den November hinein. Lediglich im Dezember und Januar muss das Unternehmen geringe Energiemengen aus dem Netz beziehen.
Die Batterie als Schlüssel
Der Schlüssel für die Autarkie ist eine Sonnenbatterie mit 41 Kilowattstunden Speicherkapazität (Classic XXL). Sie wurde Ende 2012 installiert, sodass mittlerweile umfangreiche Betriebserfahrungen vorliegen. Bei einer Entladetiefe von 70 Prozent sind 29 Kilowattstunden der Kapazität nutzbar. Eingebunden ist der Speicher in eine Photovoltaikanlage, die 100 Kilowatt leistet. Der gesamte Stromverbrauch des Betriebs erreicht pro Jahr rund 25.000 Kilowattstunden. Das entspricht rund 2.000 Kilowattstunden im Monat.
Im Sommer, wenn die Tage lang und die Nächte kurz sind, ist die Batterie normalerweise am Vormittag wieder voll aufgeladen, zumal sie in der Nacht nicht so lange entladen wurde. Auch an bewölkten Tagen kann die Solaranlage den Tagesbedarf decken. Dann ist der Speicher bis zum Abend wieder voll. Die Sonnenbatterie nutzt Lithium-Eisenphosphat-Zellen.
Das Batteriesystem besteht aus drei nebeneinanderstehenden Schränken. Integriert sind drei Wechselrichter, die jeweils fünf Kilowatt im Dauerbetrieb und sechs Kilowatt Spitze leisten. Der Wirkungsgrad der Wechselrichter liegt bei 96 Prozent, des Gesamtsystems bei 85 Prozent.
Die Photovoltaikanlage versorgt tagsüber die elektrischen Verbraucher und lädt die Batterie auf. Am Abend, wenn die Leistung des Generators einen Mindestwert unterschreitet, schaltet die Stromversorgung in den Batteriemodus um. Das Bürogebäude und die Lagerhallen werden über die Batterie versorgt.
Das passiert auch, wenn tagsüber zu wenig Licht einfällt, um alle Verbraucher versorgen zu können, etwa bei schlechtem Wetter. Wenn der Tag beginnt und die Solaranlage wieder eine Mindestleistung erreicht, endet der nächtliche Batteriebetrieb. Nun wird die Batterie erneut aufgeladen.
Wasserstoff nachrüsten
Da die Photovoltaikanlage und die Batterie weit voneinander entfernt stehen, bekommt die Batterie die Informationen über den erzeugten Sonnenstrom über ein externes Messgerät, das per Steuerleitung mit der Batterie verbunden ist.
Die Klar Folien GmbH will außerdem eine Wasserstoffanlage in das System integrieren. Damit sollen die Wintermonate im Dezember und Januar überbrückt werden, in denen die Photovoltaik nicht genügend Energie erzeugt. Ein Elektrolyseur generiert im Sommer Wasserstoff, der in Tanks gespeichert wird. Im Winter erzeugt eine Brennstoffzelle daraus Strom, mit dem wiederum die Batterie aufgeladen wird. Da die Brennstoffzelle kontinuierlich Strom liefert und die Batterie flexibel auf sich ändernde Lasten reagieren kann, ist diese Anordnung sehr effizient.
Das Messkonzept der Installation besteht aus dem Zähler für den überschüssigen Solarstrom, der ins Netz eingespeist wird, und einem Zähler für den Netzbezug. Dazu kommt ein Zähler, der die intern verbrauchte Solarenergie erfasst.
Einfaches Zählerkonzept
Obwohl sie sehr viel Energie selbst verbraucht, speist die Klar Folien GmbH monatlich viel Strom in das öffentliche Netz ein. Diese Energie wird gemäß EEG vergütet. Wichtigstes Ziel ist es jedoch, die eigene Stromrechnung möglichst weit abzusenken – durch möglichst hohen Eigenverbrauch des Sonnenstroms. „Die Batterie war für uns die erste Wahl, um den Weg in die Autarkie zu gehen“, sagt Wolfgang Klar, der die neue Energieversorgung des Unternehmens betreut. „Damit können wir den Nachtstrom und die Ausfälle der Photovoltaikanlage während Schlechtwetterphasen vollständig abdecken.“ Das Unternehmen wird von seinem Bruder Diethelm geführt.
Die Anschaffung der Sonnenbatterie hat sich für das Unternehmen vom ersten Tag an gelohnt, da es deutlich weniger Strom vom Versorger benötigt. Primäres Ziel des Unternehmens war es nicht, dass die Batterie so schnell wie möglich die Kosten der Anschaffung einspielt. Gleichwohl gehen die beiden Brüder Klar davon aus, dass sich die Investition innerhalb von 20 Jahren finanziell rechnen wird. Diese Lebensdauer ergibt sich aus der Annahme von 250 Ladezyklen pro Jahr und 5.000 Ladezyklen insgesamt. Die Batterie läuft seit anderthalb Jahren fehlerfrei.
Steuerung über das Webportal
Die Sonnenbatterie der Klar Folien GmbH läuft im Automatikbetrieb. Wolfgang Klar nutzt das Webportal und die Steuerungs-App in erster Linie, um Informationen über den Systembetrieb abzufragen. Dazu gehört der Ladezustand der Batterie. Er nutzt die zahlreichen Statistiken wie etwa den Stromverbrauch pro Tag, die Höhe des erzeugten und genutzten Sonnenstroms sowie den Autarkiegrad, also wie viel Strom vom Netz bezogen werden muss. Mit einer wetterbasierten Prognose lassen sich darüber hinaus die erzeugte Energie sowie der zu erwartende Stromverbrauch der nächsten Tage anzeigen.
So zeigt das Display den Ladeverlauf am Tage und in der Nacht. Während der Nacht wird die Batterie entladen, denn sie übernimmt die Stromversorgung der Server und Beleuchtung. Am folgenden Tag wird sie wieder aufgeladen. Alle erforderlichen Betriebsdaten sind über das Display abrufbar.
Anfangs hatte Wolfgang Klar einige Fragen zur Software. Hilfreiche Antworten darauf erhielt er über die Service-Hotline von Sonnenbatterie. Die zum System gehörenden Funksteckdosen, die sich ebenfalls über das Webportal steuern lassen, hat das Unternehmen bisher noch nicht verwendet. Sie könnten in Zukunft kleine Verbraucher wie die Kaffeemaschine der Mitarbeiter steuern.
Von der Debatte über die EEG-Umlage auf selbst erzeugten Strom bleibt die Klar Folien GmbH verschont. Denn die Anlage fällt unter den Bestandsschutz, wenn das Gesetz ab August in Kraft tritt. Wäre das Gesetz schon vor anderthalb Jahren in der Diskussion gewesen, hätte Firmenchef Diethelm Klar trotzdem einen Speicher gekauft. Allerdings hätte er die Bestrebungen, autarken Betrieb zu erreichen, noch stärker forciert. Mit einem Inselsystem wäre das Unternehmen vollständig unabhängig.
Der Autor
Christoph Ostermann
ist Mitgründer der Sonnenbatterie GmbH. 1997 schloss er sein Studium der Betriebswirtschaft an der Universität Bayreuth ab. Er begann seine berufliche Laufbahn bei KMC Management Consultants, einer Managementberatungsfirma, bei der er Partner und Mitgründer einer Zweigniederlassung war. Seit 2005 arbeitet er in den erneuerbaren Energien, wo er als Geschäftsführer, Unternehmer oder Berater tätig war.
Installation einer Sonnenbatterie im Haustechnikraum des Kunden: Das System vereint die Batteriezellen aus Lithium-Eisenphosphat und die Steuerelektronik für die Ladeströme und das Energiemangement.
Topologie der Energieversorgung für die Klar Folien GmbH: Der Photovoltaikgenerator versorgt tagsüber die elektrischen Verbraucher und belädt die Batterie. Nachts springt die Batterie ein, um Server und Hallenbeleuchtung zu speisen. In Kürze wird die Wasserstoffanlage ergänzt, die im Winter zusätzlich Strom erzeugt und sich problemlos mit der Batterie kombinieren lässt.
Einbausituation der gesamten Systemtechnik bei Klar Folien GmbH: Gut zu sehen sind die Batterieschränke (Bildmitte), die Wechselrichter für die Solaranlage und die Speichersteuerung sowie die Zähler.
