Laut einer Umfrage von Delta-EE unter insgesamt 1.000 Europäern, ist die Eigenverbrauchsoptimierung der Bereich des Home Energy Management (HEM) mit dem größten Mehrwert für Endverbraucher:innen. Und dieser wird in den nächsten fünf Jahren noch enorm an Bedeutung gewinnen.
Die Studie zeigt auch, dass der Markt für HEM und Geräteoptimierung in Europa in diesem Jahrzehnt um das Sechsfache wachsen wird. Es wird erwartet, dass bis 2030 in 10 Millionen Haushalten HEM Systeme installiert sind. Was treibt diese Entwicklung? Rund 90 Prozent der Befragten gaben an, dass die Senkung der Energiekosten für sie wichtig ist, und 80 Prozent, dass eine positive Auswirkung auf die Umwelt ein Anreiz ist.
Eine der besten Möglichkeiten, Kosten und Emissionen zu senken sowie unabhängig in der Energieversorgung zu werden, sind Photovoltaikanlagen. Durch immer mehr elektrische Geräte wie Wallboxen und Wärmepumpen in privaten Haushalte werden die Energieflüsse komplexer und es ist eine stetige Herausforderung, den Selbstversorgungsgrad zu maximieren und sicherzustellen, dass auch das Maximum, der selbst erzeugten Energie genutzt wird. Hier kommt die intelligente Drosselung von PV-Anlagen ins Spiel.
PV-Abregelung
Unter Drosselung versteht man im Zusammenhang mit PV die absichtliche Verringerung der Leistung aufgrund geringer Energienachfrage. PV-Drosselungen können aber auch durch Regulatorik oder andere Beschränkungen wie zum Beispiel begrenzte Netzanschlüsse bedingt werden. In Italien zum Beispiel darf ein klassicher Familienhaushalt in der Regel nur maximal 3 kW ins Netz einspeisen. Wenn es also Grenzen für die Einspeisung von PV-Überschüssen ins Netz gibt, wie können diese dann besser genutzt werden?
In Kombination mit anderen Geräten – wie Elektroautos, Batterien oder Wärmepumpen – optimiert eine intelligente Drosselung die Nutzung der Solarenergie. Der Algorithmus unseres Energiemanagementsystems (EMS), welcher durch unser Energy Optimizer Modul Anwendung findet, berücksichtigt die potenziell gekürzte PV-Leistung und verteilt sie je nach den Präferenzen des Nutzers an steuerbare Geräte.
So könnte ein Nutzer beispielsweise entscheiden, dass bei einem PV-Überschuss folgende Hierarchie greift: Zuerst wird das Elektroauto geladen; sobald das Auto voll ist, die Batterie; und als letztes, um die Flexibilität auszuschöpfen, werden thermoelektrische Geräte (bspw. Wärmepumpen) bedient, sodass sie Wärme in das Gebäude abgeben oder im Wassertank speichern.
Unser Algorithmus passt die Energieflüsse nicht nur an die spezifischen Präferenzen des Nutzers und die Eigenschaften der Geräte an, sondern berücksichtigt auch die gesetzlichen Vorgaben und Grenzen in Bezug auf den Netzanschlusspunkt.
In Deutschland sind beispielsweise PV-Anlagenbetreiber mit einer installierten PV-Spitzenleistung von weniger als 25 Kilowattpeak (kWp) und ohne intelligenten Zähler verpflichtet, ihre maximale PV-Einspeisung auf 70 Prozent der installierten PV-Spitzenleistung zu begrenzen. Diese Begrenzung verringert die durch PV verursachte Netzüberlastung erheblich, führt aber auch zu einem beträchtlichen Verlust an erneuerbarer Energie. Durch eine dynamische Leistungsbegrenzung kann dieser Verlust jedoch minimiert werden.
Das folgende Beispiel geht von einer 10 kWp-PV-Anlage aus, was bedeutet, dass maximal 7 kW in das Netz eingespeist werden können. Es vergleicht eine statische (sPVc) und eine dynamische (dPVc) Wirkleistungsbegrenzung und macht deutlich, wie wichtig eine intelligente Abregelung ist.
Dies zeigt, dass durch die dynamische Anpassung der Wirkleistungsbegrenzung 2 kW mehr PV-Erzeugung nutzbar gemacht werden können, ohne dass es zu einer Missachtung der Beschränkungen kommt. Dies ermöglicht eine höhere Nutzung der Solarenergie im Vergleich zur statischen Wirkleistungsbegrenzung. Durch die Verwendung von Prognosen kann wir die gedrosselte PV-Leistung weiter minimiert werden.
Ein Blick in die Zukunft: Prognosen zur Energieversorgung
Da die Endverbraucher:innen immer autarker werden und ihren Energieverbrauch zunehmend selbst steuern, war es noch nie so wichtig wie heute, Einblicke in die künftige Energieerzeugung und den künftigen Energieverbrauch zu erhalten, damit diese besser aufeinander abgestimmt werden können.
Durch die Verwendung historischer Daten zu Stromverbrauch und -erzeugung innerhalb eines Haushalts in Verbindung mit intelligenten Prognosealgorithmen, die auch Wettervorhersagen berücksichtigen, macht unser prognosebasiertes System ansonsten gedrosselte PV-Leistung nutzbar. Wenn beispielsweise erwartet wird, dass die PV-Leistung im Laufe des Tages gedrosselt werden würde, kann der Algorithmus die Batterie anweisen, angeschlossene E-Fahrzeuge zu laden, so dass später noch genügend Batteriekapazität vorhanden ist, um den ansonsten gedrosselten Strom zu speichern.
Die Vorhersage wird alle 10 Minuten auf Grundlage der tatsächlichen PV-Erzeugung neu berechnet. Dazu wird die gemessene PV-Erzeugung mit der Vorhersage verglichen, und für die folgenden Stunden wird ein Korrekturfaktor proportional zur Differenz angewendet. Auf diese Weise erhält man eine immer genauere Vorhersage für den Tag und kann die Batterie so steuern, dass lokal erzeugter PV-Strom entweder direkt verbraucht oder gespeichert wird.
Wie in der Grafik dargestellt, sorgt das prognosebasierte Energiemanagement dafür, dass trotz stark abweichendem Verbrauchs- und Erzeugungsverhalten die gesamte PV-Leistung, die sonst gedrosselt würde, gespeichert werden kann, um eine rundere glockenförmige Kurve zu erreichen.
Laut Vjekoslav Salapic, Software-Ingenieur bei gridX, „ermöglicht die Maximierung der PV-Nutzung unseren Kunden eine Steigerung ihrer PV-Produktion um durchschnittlich 4 Prozent (300 kWh mehr als die üblichen 9200 kWh) und eine Senkung ihrer Energiekosten um 15 Prozent. Die aktuelle Energiekrise und die damit verbundenen hohen Preise machen solche intelligenten Lösungen noch interessanter.“
Baptiste Feron, Head of Energy Management bei gridX, sagt: „Um den Umstieg auf erneuerbare Energien zu beschleunigen, müssen wir das Potenzial jeder Energieanlage maximieren. Jedes bisschen Energie, das aufgrund von Drosselungen verloren geht, ist saubere Energie, die an anderer Stelle fossil betriebene Energie ersetzen könnte. Deshalb ist die Maximierung der PV-Leistung durch intelligentes Drosseln und prognosebasiertes Energiemanagement so wichtig.
„Intelligente Algorithmen, die immer komplexeren Anforderungen verschiedener Anlagen, Haushalte und Regulierungen berücksichtigen, ermöglichen eine ganzheitliche Optimierung der Energieflüsse“, fügt Baptiste hinzu. „Dies ist der Schlüssel zur Maximierung der Selbstversorgung und damit zur Senkung von Energiekosten und Emissionen.“
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