Mit einem besonderen Konzept zur Eigenversorgung in der Landwirtschaft konnten E3/DC und Laudeley Betriebstechnik zeigen, wie eine große PV-Leistung in Kombination mit Windenergie auch bei einem zu schwachen Netzanschluss realisierbar ist. Nulleinspeisung heißt die Lösung, die Netzinvestitionen einspart und maximale Autarkie ermöglicht. Die Jury des pv magazine Deutschland hat nun für das Gerkenhof-Projekt die Anerkennung „top business model 2020“ vergeben.
Zum Hintergrund: Bei einem großen Gutshof sind die Bedingungen für die Eigenversorgung mit Energie eigentlich sehr gut: Riesige Dachflächen bieten Platz für die Solarstromerzeugung, zugleich ist der Bedarf an elektrischer Energie sehr hoch, in diesem Fall sind es rund 250.000 kWh pro Jahr.
Was aber, wenn der vorhandene Anschluss an das Niederspannungsnetz die Installation einer ausreichend großen PV-Leistung nicht erlaubt, geschweige denn die einer ergänzenden Windkraftanlage? Statt hier in den aufwändigen Netzausbau mit einem Mittelspannungstrafo zu investieren, entschied man sich für das Konzept der Nulleinspeisung. Dabei werden die gesamten Erzeugungsanlagen – mit Ausnahme einer 30-kW-PV-Anlage von 2014 – mithilfe einer komplexen Mess- und Regeltechnik gegenüber dem Stromnetz sicher abgeregelt, sodass keine Einspeisung stattfinden kann. Auf der Erzeugungsseite entspricht das quasi einem Inselbetrieb, während zugleich der Strombezug aus dem Niederspannungsnetz weiter möglich bleibt.
Im Vergleich zur nötigen Mehrinvestition von rund 200.000 € für den Mittelspannungsanschluss ist der Verzicht auf die Vergütung für Überschusseinspeisungen zu vernachlässigen, denn die Planung zielt beim Gerkenhof ohnehin auf einen hohen Eigenverbrauch. Mehr Informationen zu dem als „top business model“ ausgezeichneten Projekt gibt es in einem Artikel und in einem Video.
So funktioniert die Nulleinspeise-Regelung
Die große Herausforderung beim Gerkenhof-Projekt war, die regenerativen Erzeugungsanlagen sicher vom Stromnetz getrennt zu betreiben und zugleich den Reststrombedarf aus dem Niederspannungsnetz beziehen zu können. Die Lösung besteht in der Kombination einer bedarfsgerechten, erweiterbaren Speicherlösung mit einem Regelungs- und Messkonzept für die gesicherte Nulleinspeisung. Die Speicherung des Solarstroms übernehmen drei Quattroporte-Systemen von E3/DC, die mit einer Gesamtkapazität von 156 kWh im Farmbetrieb laufen. Installiert sind zudem zehn Solarwechselrichter von E3/DC, die wesentliche Regelfunktionen übernehmen.
Bei vollem Speichersystem und überschüssiger Solar-/Windleistung darf keine Einspeisung stattfinden, das Gesamtsystem regelt deshalb die Einspeisung am Netzanschlusspunkt „auf Null“. Dazu wird der Netzanschlusspunkt über einen Messwandler von E3/DC im Sekundentakt überwacht, ebenso alle zehn E3/DC-Solarwechselrichter. Die Erzeuger werden, wenn die Optionen der Speicherung und Reduktion ausgeschöpft sind, bei Bedarf über das von E3/DC entwickelte Energiemanagementsystem innerhalb weniger Sekunden hart abgeschaltet. Zur Sicherheit ist das Regelungssystem redundant ausgelegt. Die Gesamtanlage verfügt über einen Zweirichtungszähler, sodass die Nulleinspeisung dem Netzbetreiber gegenüber eindeutig nachgewiesen werden kann.
Das Mess- und Regelungskonzept zur Nulleinspeisung ist in dieser Form absolut neuartig. Es hat durchaus Ähnlichkeit mit dem nach Lastprofil gesteuerten Betrieb von Kraftwerken, nur in einem sehr viel kleineren Maßstab als dezentrale Lösung zur Versorgung eines Gewerbebetriebs. Das Konzept ist zukunftsweisend: Intelligente Wechselrichter und intelligente Speicher sind beliebig skalierbar und erweiterbar, das Gesamtsystem ist kommunikationsfähig. Erneuerbare Erzeuger bilden so einen Kraftwerksverbund, der die optimale Eigenversorgung größerer Gewerbebetriebe ohne Abhängigkeit von der Netzinfrastruktur oder dem Netzbetreiber ermöglicht. Die Lösung wurde für den Gerkenhof entwickelt, eignet sich aber prinzipiell für alle Standorte in Deutschland, an denen die Netzinfrastruktur für den Anschluss großer regenerativer Erzeuger unzureichend ist.
Zusammenfassung:
Die Nulleinspeisung mit E3/DC …
Die Technologie von E3/DC …
Zum Hintergrund: Bei einem großen Gutshof sind die Bedingungen für die Eigenversorgung mit Energie eigentlich sehr gut: Riesige Dachflächen bieten Platz für die Solarstromerzeugung, zugleich ist der Bedarf an elektrischer Energie sehr hoch, in diesem Fall sind es rund 250.000 kWh pro Jahr.
Was aber, wenn der vorhandene Anschluss an das Niederspannungsnetz die Installation einer ausreichend großen PV-Leistung nicht erlaubt, geschweige denn die einer ergänzenden Windkraftanlage? Statt hier in den aufwändigen Netzausbau mit einem Mittelspannungstrafo zu investieren, entschied man sich für das Konzept der Nulleinspeisung. Dabei werden die gesamten Erzeugungsanlagen – mit Ausnahme einer 30-kW-PV-Anlage von 2014 – mithilfe einer komplexen Mess- und Regeltechnik gegenüber dem Stromnetz sicher abgeregelt, sodass keine Einspeisung stattfinden kann. Auf der Erzeugungsseite entspricht das quasi einem Inselbetrieb, während zugleich der Strombezug aus dem Niederspannungsnetz weiter möglich bleibt.
Im Vergleich zur nötigen Mehrinvestition von rund 200.000 € für den Mittelspannungsanschluss ist der Verzicht auf die Vergütung für Überschusseinspeisungen zu vernachlässigen, denn die Planung zielt beim Gerkenhof ohnehin auf einen hohen Eigenverbrauch. Mehr Informationen zu dem als „top business model“ ausgezeichneten Projekt gibt es in einem Artikel und in einem Video.
So funktioniert die Nulleinspeise-Regelung
Die große Herausforderung beim Gerkenhof-Projekt war, die regenerativen Erzeugungsanlagen sicher vom Stromnetz getrennt zu betreiben und zugleich den Reststrombedarf aus dem Niederspannungsnetz beziehen zu können. Die Lösung besteht in der Kombination einer bedarfsgerechten, erweiterbaren Speicherlösung mit einem Regelungs- und Messkonzept für die gesicherte Nulleinspeisung. Die Speicherung des Solarstroms übernehmen drei Quattroporte-Systemen von E3/DC, die mit einer Gesamtkapazität von 156 kWh im Farmbetrieb laufen. Installiert sind zudem zehn Solarwechselrichter von E3/DC, die wesentliche Regelfunktionen übernehmen.
Bei vollem Speichersystem und überschüssiger Solar-/Windleistung darf keine Einspeisung stattfinden, das Gesamtsystem regelt deshalb die Einspeisung am Netzanschlusspunkt „auf Null“. Dazu wird der Netzanschlusspunkt über einen Messwandler von E3/DC im Sekundentakt überwacht, ebenso alle zehn E3/DC-Solarwechselrichter. Die Erzeuger werden, wenn die Optionen der Speicherung und Reduktion ausgeschöpft sind, bei Bedarf über das von E3/DC entwickelte Energiemanagementsystem innerhalb weniger Sekunden hart abgeschaltet. Zur Sicherheit ist das Regelungssystem redundant ausgelegt. Die Gesamtanlage verfügt über einen Zweirichtungszähler, sodass die Nulleinspeisung dem Netzbetreiber gegenüber eindeutig nachgewiesen werden kann.
Das Mess- und Regelungskonzept zur Nulleinspeisung ist in dieser Form absolut neuartig. Es hat durchaus Ähnlichkeit mit dem nach Lastprofil gesteuerten Betrieb von Kraftwerken, nur in einem sehr viel kleineren Maßstab als dezentrale Lösung zur Versorgung eines Gewerbebetriebs. Das Konzept ist zukunftsweisend: Intelligente Wechselrichter und intelligente Speicher sind beliebig skalierbar und erweiterbar, das Gesamtsystem ist kommunikationsfähig. Erneuerbare Erzeuger bilden so einen Kraftwerksverbund, der die optimale Eigenversorgung größerer Gewerbebetriebe ohne Abhängigkeit von der Netzinfrastruktur oder dem Netzbetreiber ermöglicht. Die Lösung wurde für den Gerkenhof entwickelt, eignet sich aber prinzipiell für alle Standorte in Deutschland, an denen die Netzinfrastruktur für den Anschluss großer regenerativer Erzeuger unzureichend ist.
Zusammenfassung:
Die Nulleinspeisung mit E3/DC …
- vermeidet kostenintensiven Netzausbau
- ermöglicht den beliebigen Leistungszubau bei erneuerbaren Energien
- macht Projekte auch dann möglich, wenn der Netzbetreiber die Einspeisung nicht zulässt
- entspricht technisch einem einseitigen Inselnetz: Strom kann aus dem Netz bezogen, aber nicht ins Netz eingespeist werden.
- erlaubt den flexiblen Zubau und die Integration weiterer E3/DC-Wechselrichter und E3/DC-Speicher
- schafft mit der Möglichkeit der Notabschaltung Sicherheit für den Netzbetreiber
Die Technologie von E3/DC …
- verbindet Erzeuger, Speicher und flexible Lasten (E-Fahrzeuge, Wärmepumpen) zu einer Energiefarm mit intelligentem Last- und Energiemanagement
- schafft eine lückenlose Kommunikation aller Teilnehmer über Nulleinspeisungs-CAN Bus
- macht den Systembetrieb der Energiefarm vom Internet unabhängig
- bietet eine selektive Notstromversorgung im Rahmen der Batteriekapazität
