Photovoltaik ist eine sichere und nachhaltige Energiequelle. Diese Energie steht bekanntermaßen aber immer nur dann zur Verfügung, wenn die Sonne scheint. Benötigt wird Energie im Haushalt aber unabhängig vom Zeitpunkt des Sonnenlaufs, sogar primär am Nachmittag und am Abend. Dies liegt im Rhythmus der meisten Menschen begründet, die tagsüber das Haus für die Arbeit verlassen und erst nach ihrer Rückkehr die Energie verbrauchen.
Diese Abweichung zwischen Energieerzeugung und Energieverbrauch verstärkt die Bedeutung von Energiespeichersystemen. Denn für Endverbraucher ist es wichtig, ein Höchstmaß an selbst produzierter Energie auch selbst zu verbrauchen. Dann rechnet sich die Investition in eine Photovoltaikanlage noch schneller.
Lastprofile kennen und lernen
Damit der Großteil der produzierten Photovoltaikenergie vom Endverbraucher selbst genutzt werden kann und zur Senkung der Strombezugskosten beiträgt, ist es wichtig, das individuelle Lastprofil des Eigenheims zu kennen. Dies leistet das Piko BA System von Kostal. Die Intelligenz des Speicherwechselrichters erkennt und berücksichtigt, zu welchen Uhrzeiten im Haushalt die meiste Energie benötigt wird.
Daraus leitet das System selbstständig Prognosen ab, wie sich die Verbrauchsverläufe in der Zukunft entwickeln werden, und regelt entsprechend die Ladung beziehungsweise Entladung der Speichereinheit. Erkennt das System zum Beispiel, dass im Haushalt immer ab 18 Uhr Energie benötigt wird, stellt es sicher, dass die Batterieeinheit vor 18 Uhr vollgeladen ist und der Endkunde ein Höchstmaß an Sonnenenergie nutzen kann.
Batterie puffert Überangebot
Durch die individuelle und vorausschauende Regelung der Ladung und Entladung ist die Batterie ein Puffer für die Fälle, in denen ein Überangebot an Solarenergie vorliegt. Dieses potenzielle Überangebot durch starken Sonnenschein wird durch die Managementeinheit des Speicherwechselrichters vorhergesagt und mit dem individuellen Lastprofil des Eigenheims abgeglichen.
Dadurch werden geeignete Voraussetzungen geschaffen, um ein Höchstmaß an Energie zur Deckung des Eigenbedarfs bereitzustellen und möglichst wenig Energie ungenutzt ins öffentliche Stromnetz einzuspeisen. Diese neue Fähigkeit des Piko-Wechselrichters wird als Smart Energy Control bezeichnet. Konkret bedeutet dies, dass das Speichersystem prognostizieren kann, ob beispielsweise zwischen 18 und 20 Uhr noch genügend Sonnenenergie durch die Photovoltaikanlage erzeugt werden kann, um den Bedarf des Haushaltes zu decken.
Funktioniert auch ohne Internet
Besonders vorteilhaft ist, dass die Intelligenz des Speichersystems keine Internetanbindung zum Bezug von Online-Wetterdaten benötigt. Sondern diese Funktion wird durch den selbstlernenden Automatismus im Wechselrichter geleistet. Dazu werden auch die historischen Daten des Systems hinzugezogen.
Mithilfe der neuen Prognosemöglichkeiten wird die Nutzung der erzeugten Energie über die einfache Speicherung des Stroms hinaus optimiert. Die selbstlernende Software antizipiert die Lastverläufe der Kunden und vergleicht diese mit den Erträgen der Photovoltaikanlage. Daraus folgt eine optimierte Batterieladung, sodass die überschüssige Energie fast immer gespeichert werden kann.
Erfüllt alle Vorgaben der KfW
Das System erfüllt alle rechtlich vorgegebenen Leistungsbegrenzungen (70 Prozent oder 50 Prozent gemäß Vorgaben der KfW-Förderung). Die in Deutschland geltende 50-Prozent-Regelung der KfW besagt, dass nur die Hälfte der Leistung der Photovoltaikanlage im öffentlichen Netz wirksam werden darf. Die restliche Energie muss selbst verbraucht werden.
Beim Standardladeverhalten der herkömmlichen Speichersysteme kann es durch die vorgegebene Abregelung zu Ertragsverlusten kommen. Dieses Verhalten wird durch Smart Energy Control fast immer vermieden. Auch in den Fällen, in denen der Photovoltaikgenerator überdimensioniert wurde, wirkt sich die neue Prognosemöglichkeit besonders vorteilhaft aus.
Bis zu sechs Kilowattstunden mehr
Durch die Antizipation der Lastverläufe sorgt die Managementeinheit des Speicherwechselrichters für genügend Speicherplatz in der Batterie, sodass die überschüssige Energie aufgenommen werden kann. Im Ergebnis steigert der Verbraucher seinen Eigenverbrauch sowie Autarkiegrad und senkt somit die Strombezugskosten. Die Smart Energy Control des Piko BA verschafft dem Endkunden bis zu sechs Kilowattstunden Mehrertrag pro Tag.
Aber nicht nur für Endkunden bietet die Smart Energy Control des Piko BA Systems ei-nen großen Vorteil. Auch die Netzbetreiber können von dieser Eigenschaft profitieren.
Ohne die intelligenten Prognosemöglichkeiten kommt es häufig in den Mittagsstunden zu einer Spitze der eingespeisten Energie. Dies liegt darin begründet, dass die nicht geregelten Speichersysteme die Batterieeinheiten vormittags vollgeladen haben und mittags die Energie nur noch ins Stromnetz einspeisen können. Dies belastet die Stromnetze.
Mit dem smarten Speichersystem von Kostal passiert das nicht. Auch wenn die Intensität und die Dauer des Sonnenscheins nicht regelbar sind, so lassen sie sich doch durch die Intelligenz des Speicherwechselrichters prognostizieren.
Dadurch steuert der Wechselrichter die Vollladung der Batterieeinheit kontinuierlich über den Tag verteilt. Dies bedeutet gleichzeitig, dass die Einspeiseleistung der Solaranlage über den Tag verteilt gleichmäßig ist. Dadurch werden die oben genannten Spitzen verhindert und die Netze entlastet.
Einphasige Speichersysteme
Diskussion über Schieflasten im Niederspannungsnetz
Durch den verstärkten Zubau von einphasigen Stromspeichern ist die Debatte um Schieflasten in den Niederspannungsnetzen neu entfacht. Schon bei einphasigen Photovoltaiksystemen tauchte dieses Problem auf, nun erhält die Diskussion neue Nahrung.
Viele Netzbetreiber kämpfen mit der ungleichen Verteilung von Lasten in den drei Phasen, die durch das Schaltverhalten von elektrischen Verbrauchern, Solargeneratoren sowie Stromspeichern entstehen. Das betrifft sowohl einphasige Batteriesysteme als auch dreiphasige Speicher, die zwar saldierend über die drei Phasen ausgleichend wirken (und die Einspeisung reduzieren), aber die Schieflasten in den einzelnen Phasen nicht wirklich glätten.
Besonders problematisch sind Speicher, die nicht nach den Vorgaben der Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) gebaut werden, also ohne Förderung. Denn sie verfügen meist nicht einmal über die in den Richtlinien geforderte Begrenzung der Einspeiseleistung. Auch einphasige Ladesäulen für Elektrofahrzeuge können kurzzeitig sehr hohe Schieflasten in die Niederspannungsnetze bringen.
In der Schweiz wurden die Vorschriften für den Anschluss von Stromspeichern bereits verschärft, dort geht der Trend eindeutig zu dreiphasigen Systemen. Auch in Österreich werden einphasige Systeme durch die Netzbetreiber kaum noch zugelassen.
Bei einem Forschungsprojekt in Wien wurden fünf leistungsstarke Stromspeicher installiert, um damit Schieflasten zu glätten. Die Ingenieure wollen ermitteln, inwiefern die Speicher das angeschlossene Neubauquartier besser mit dem Stromnetz verbinden können. Denn kurzzeitig zu hohe Schieflasten in einer Phase könnten die Transformatoren der Niederspannungszelle überlasten. Wenn sie durchbrennen, fällt das Stromnetz aus.
Ausgleichen lassen sich Schieflasten durch spezielle Phasenschieber oder sogenannte Dummy-Lasten, die bei Bedarf auf den anderen Phasen zugeschaltet werden.
Das bedeutet aber höhere Kosten durch die Speicher, die eigentlich den Umbau des Netzes finanziell entlasten könnten. Andererseits könnten dreiphasige Speicher unsymmetrisch arbeiten, um die Schieflasten in ihren drei Phasen auszugleichen und symmetrisch ans Netz zu gehen.
Das Problem tritt übrigens auch bei Systemen mit Nulleinspeisung auf. Oft sind auch sie saldierend über die drei Phasen ausgeführt. Das bedeutet: Die Einspeistung ins Netz ist in der Summe der drei Phasen null.
In diesem Fall könnten die Phasen dennoch unsymmetrisch belastet sein. Besser wäre die Nulleinspeisung auf jeder einzelnen Phase, um negative Effekte im Niederspannungsnetz zu vermeiden.
Wie sind Ihre Erfahrungen mit Schieflasten durch Stromspeicher und Photovoltaik? Haben Sie Vorschläge, um dieses Problem zu lösen?
Dann schreiben Sie uns bitte an die folgende E-Mail-Adresse:
Der Autor
Dennis Hollenbeck
stieg nach dem Studium zum Wirtschaftsingenieur 2010 als Produktmanager für die Solarwechselrichter der Marke Piko bei Kostal ein. In dieser Funktion verantwortet er die kundengerechte Gestaltung des Kommunikationspakets für die Piko-Wechselrichter sowie die Piko-Speichersysteme. Auch die neuen Smart Functions, wie die hier dargestellte intelligente Batteriesteuerung im Piko-Speicherwechselrichter, hat er maßgeblich mitgeprägt.
Installation des intelligenten, selbstlernenden Speichersystems von Kostal.
Obere Grafik: Wenn der Speicher zu früh gefüllt ist, wird zu viel Sonnenenergie ins Stromnetz abgegeben. In der mittleren Grafik erkennt man, wie der Piko BA durch seine dynamische Regelung die Einspeisung verringert und den Speicher besser an das Verbrauchsprofil des Nutzers anpasst. Das erhöht den Eigenverbrauch des Speichers. Unten ist der Ladezustand der Batterie mit Smart Energy Control über den Tagesverlauf angegeben.
