Neubauten und Sanierungsprojekte sind oft der Auslöser für die Realisierung von Anlagen zur Nutzung von erneuerbaren Energie. Ob Solarenergie-Produktion auf dem Hausdach oder die Nutzung von Erdwärme über eine Wärmepumpe für die Gebäudeheizung – beide Fälle folgen dem Trend zur dezentralen und CO2-neutralen Energieproduktion. Der Hausbesitzer ist weiterhin auf die Anbindung an das Stromnetz angewiesen, aber die Systeme sollen so optimiert werden, dass möglichst viel erneuerbare Energie lokal eingesetzt wird. In einem durch Swisselectric Research und dem Bundesamt für Energie geförderten Forschungsprojekt entwickeln Forscher der ETH Zürich mit dem Softwareanbieter Vela Solaris AG eine Planungshilfe, welche auch für die sich abzeichnenden Herausforderungen mit der Stromnetzstabilität Antworten liefert. Während in vielen anderen Anwendungsfällen das „Smart-Grid“ noch Zukunftsmusik ist, werden die hier präsentierten Resultate bereits heute erfolgreich eingesetzt.
Den Solarenergie-Eigenverbrauchsanteil erhöhen
Wer auf seinem eigenen Grundstück Solartstrom produziert, möchte diesen zu einem möglichst hohen Anteil selber nutzen. Ohne entsprechende Massnahmen wird die gesamte Solarenergie ins Stromnetz eingespeist und zwar entsprechend dem Sonnengang mit einer Produktionsspitze um die Mittagszeit. Der Strom für die elektrischen Verbraucher kommt weiterhin „aus der Steckdose“. Rein technisch gesehen wird dieser Strom mit dem in der Schweiz verfügbaren Mix geliefert, wobei Wasserkraft sowie in- und ausländische Grosskraftwerke die Produktion dominieren. Oft hat der ökologisch interessierte Eigenheimbesitzer deshalb eine grosse Motivation, möglichst viel von seinem Solarstrom selber zu nutzen. Damit reduziert er die Abhängigkeit vom Stromnetz und somit auch den Bezug von Atomstrom. In Deutschland bestehen bereits finanzielle Anreize für einen möglichst hohen Eigenverbrauchsanteil. In der Schweiz werden die entsprechenden Gesetze und Vergütungssysteme zurzeit überarbeitet.
Aufladbare Batterien
Einerseits können aufladbare Batterien eingesetzt werden, um die um die Mittagszeit produzierte Solarenergie zu speichern, sofern sie die gleichzeitig verbrauchte Leistung der lokalen Elektrogeräte übersteigt. In den Abendstunden steht die Solarenergie als elektrischer Strom wieder zur Verfügung. Durch die Vorreiterrolle Deutschlands kommen dieses Jahr auch in der Schweiz sehr attraktive Batteriesysteme auf den Markt. In der neuesten Version der Simulationssoftware Polysun kann als Resultat des gemeinsamen Forschungsprojektes die Effizienz dieser Batteriespeicherung analysiert werden. Wichtig ist dabei, dass man die energetische Betrachtung nicht einseitig auf den elektrischen Strom einschränkt, sondern die wesentlichen thermischen Aspekte der Energiethematik mitberücksichtigt. Das ursprünglich für solarthermische Systeme entwickelte und dann auf Anwendungen im Bereich Wärmepumpe/Geothermie erweiterte Planungswerkzeug Polysun macht diese Analyse einem breiten Benutzerkreis zugänglich.
Abbildung 1 zeigt Simulationsresultate in Polysun für eine PV-Eigenverbrauchsoptimierung. Die Solarstromerträge (schwarze Kurve) werden unter Berücksichtigung der Modul- und Wechselrichter Charakteristik sowie mithilfe der hinterlegten Wetterdaten berechnet. Der vorgegebene Eigenverbrauch (rote Kurve) wird wenn möglich direkt durch die PV-Energieproduktion gedeckt. Wenn die Batterie voll ist, wird ins Netz eingespeist (grüne Kurve). Wenn die Solarstromproduktion zurückgeht, wird der Verbrauch durch die Batterieentladung gedeckt (blau gestrichelt). Ist die Batterie leer, gibt es einen Netzbezug (grün gestrichelt). Das Bild zeigt einen Zeitraum von vier Tagen. In den ersten drei Tagen hätte man mit einer grösseren Batterie den Photovoltaik-Eigenverbrauch noch erhöhen können.
Intelligentes Lastmanagement
Mit dem Ausbau von erneuerbaren Energiequellen steigen die Anforderungen an die Stromnetzbetreiber. Auch wenn die durchschnittliche Photovoltaik-Produktion in der Schweiz erst ein kleiner Anteil der Gesamtjahresproduktion ausmacht, verursacht die Solarenergie bei guter Witterung europaweit signifikante Mittagsspitzen. Die in dem hier präsentierten Forschungsprojekt untersuchte Optimierung zeigt auf, dass neben der Batteriespeicherung auch die thermische Speicherung bereits heute eine realisierbare und attraktive Alternative darstellt: Ist beispielsweise eine Wärmepumpe für die Warmwasserbereitstellung im Einsatz, so kann der Eigenverbrauchsanteil der Photovoltaikanlage auch dadurch erhöht werden, dass die Wärmepumpe genau dann läuft, wenn die Solarstrom-Eigenproduktion hoch ist. Ebenso kann beispielsweise der Kühlschrank die Zeit der Spitzenproduktion nutzen. Dabei wird ein Toleranzband definiert, innerhalb dessen sich die Temperatur im Kühlschrank bewegen darf. Während der Solarstrom verfügbar ist, werden etwas tiefere Temperaturen erzeugt, dafür kann in der Zeit ohne Photovoltaik-Eigenproduktion Strom gespart werden. Wie viel beim typischen Benutzerverhalten damit eingespart werden kann, muss anhand von Simulationen berechnet werden. Mit der Planungssoftware Polysun können solche Analysen einfach durchgeführt werden.
Weitere Informationen
Weitere Informationen über Polysun und Vela Solaris finden Sie unter www.velasolaris.com. Weiter wird auf www.polysunonline.com eine Onlinelösung für die Polysun Software angeboten.
Den Solarenergie-Eigenverbrauchsanteil erhöhen
Wer auf seinem eigenen Grundstück Solartstrom produziert, möchte diesen zu einem möglichst hohen Anteil selber nutzen. Ohne entsprechende Massnahmen wird die gesamte Solarenergie ins Stromnetz eingespeist und zwar entsprechend dem Sonnengang mit einer Produktionsspitze um die Mittagszeit. Der Strom für die elektrischen Verbraucher kommt weiterhin „aus der Steckdose“. Rein technisch gesehen wird dieser Strom mit dem in der Schweiz verfügbaren Mix geliefert, wobei Wasserkraft sowie in- und ausländische Grosskraftwerke die Produktion dominieren. Oft hat der ökologisch interessierte Eigenheimbesitzer deshalb eine grosse Motivation, möglichst viel von seinem Solarstrom selber zu nutzen. Damit reduziert er die Abhängigkeit vom Stromnetz und somit auch den Bezug von Atomstrom. In Deutschland bestehen bereits finanzielle Anreize für einen möglichst hohen Eigenverbrauchsanteil. In der Schweiz werden die entsprechenden Gesetze und Vergütungssysteme zurzeit überarbeitet.
Aufladbare Batterien
Einerseits können aufladbare Batterien eingesetzt werden, um die um die Mittagszeit produzierte Solarenergie zu speichern, sofern sie die gleichzeitig verbrauchte Leistung der lokalen Elektrogeräte übersteigt. In den Abendstunden steht die Solarenergie als elektrischer Strom wieder zur Verfügung. Durch die Vorreiterrolle Deutschlands kommen dieses Jahr auch in der Schweiz sehr attraktive Batteriesysteme auf den Markt. In der neuesten Version der Simulationssoftware Polysun kann als Resultat des gemeinsamen Forschungsprojektes die Effizienz dieser Batteriespeicherung analysiert werden. Wichtig ist dabei, dass man die energetische Betrachtung nicht einseitig auf den elektrischen Strom einschränkt, sondern die wesentlichen thermischen Aspekte der Energiethematik mitberücksichtigt. Das ursprünglich für solarthermische Systeme entwickelte und dann auf Anwendungen im Bereich Wärmepumpe/Geothermie erweiterte Planungswerkzeug Polysun macht diese Analyse einem breiten Benutzerkreis zugänglich.
Abbildung 1 zeigt Simulationsresultate in Polysun für eine PV-Eigenverbrauchsoptimierung. Die Solarstromerträge (schwarze Kurve) werden unter Berücksichtigung der Modul- und Wechselrichter Charakteristik sowie mithilfe der hinterlegten Wetterdaten berechnet. Der vorgegebene Eigenverbrauch (rote Kurve) wird wenn möglich direkt durch die PV-Energieproduktion gedeckt. Wenn die Batterie voll ist, wird ins Netz eingespeist (grüne Kurve). Wenn die Solarstromproduktion zurückgeht, wird der Verbrauch durch die Batterieentladung gedeckt (blau gestrichelt). Ist die Batterie leer, gibt es einen Netzbezug (grün gestrichelt). Das Bild zeigt einen Zeitraum von vier Tagen. In den ersten drei Tagen hätte man mit einer grösseren Batterie den Photovoltaik-Eigenverbrauch noch erhöhen können.
Intelligentes Lastmanagement
Mit dem Ausbau von erneuerbaren Energiequellen steigen die Anforderungen an die Stromnetzbetreiber. Auch wenn die durchschnittliche Photovoltaik-Produktion in der Schweiz erst ein kleiner Anteil der Gesamtjahresproduktion ausmacht, verursacht die Solarenergie bei guter Witterung europaweit signifikante Mittagsspitzen. Die in dem hier präsentierten Forschungsprojekt untersuchte Optimierung zeigt auf, dass neben der Batteriespeicherung auch die thermische Speicherung bereits heute eine realisierbare und attraktive Alternative darstellt: Ist beispielsweise eine Wärmepumpe für die Warmwasserbereitstellung im Einsatz, so kann der Eigenverbrauchsanteil der Photovoltaikanlage auch dadurch erhöht werden, dass die Wärmepumpe genau dann läuft, wenn die Solarstrom-Eigenproduktion hoch ist. Ebenso kann beispielsweise der Kühlschrank die Zeit der Spitzenproduktion nutzen. Dabei wird ein Toleranzband definiert, innerhalb dessen sich die Temperatur im Kühlschrank bewegen darf. Während der Solarstrom verfügbar ist, werden etwas tiefere Temperaturen erzeugt, dafür kann in der Zeit ohne Photovoltaik-Eigenproduktion Strom gespart werden. Wie viel beim typischen Benutzerverhalten damit eingespart werden kann, muss anhand von Simulationen berechnet werden. Mit der Planungssoftware Polysun können solche Analysen einfach durchgeführt werden.
Weitere Informationen
Weitere Informationen über Polysun und Vela Solaris finden Sie unter www.velasolaris.com. Weiter wird auf www.polysunonline.com eine Onlinelösung für die Polysun Software angeboten.
