Optimierung der Autarkie

Die Optimierung der Autarkie bedeutet, die Nutzung selbsterzeugter Energie so zu erhöhen, dass die Selbstversorgung maximiert wird. Hierbei setzen Verbraucher:innen auf eine aktive Steuerung der Energieflüsse, die sich auf verschiedene Prognosemodelle und hochentwickelte Software stützt. Die Integration verschiedener Energiesektoren – zum Beispiel Heizung, Strom und Mobilität – ermöglicht diesen ganzheitlichen Optimierungsansatz.

Was ist Energieoptimierung?

Bei der Energieoptimierung geht es darum, Entscheidungen zu treffen und Maßnahmen zu ergreifen, um bestimmte Ziele in Bezug auf Autarkie, Emissionsreduzierung oder Kostenminimierung zu realisieren. Bei diesem Prozess werden verschiedene Energie-Prognosemodelle eingesetzt, um Energieressourcen effektiv zu priorisieren und zuzuweisen. Beispielsweise überschüssige Solarenergie zum Laden eines Elektrofahrzeugs (EV) oder zum Betreiben einer Wärmepumpe zu nutzen. Dazu wird vorab das gewünschte Optimierungspotential im Energiemanagementsystem festgelegt.

Was ist die Optimierung der Autarkie?

Autarkie ist ein spezifischer Teilbereich der Energieoptimierung und umfasst ein breiteres Spektrum an Strategien zur Verbesserung der Gesamtenergieeffizienz, zur Kostensenkung und zur Minimierung von Umweltauswirkungen.
Die Optimierung der Autarkie konzentriert sich jedoch auf Strategien und Technologien, die speziell darauf ausgerichtet sind, Energieautonomie und Widerstandsfähigkeit zu erhöhen. So werden erneuerbare Energiequellen wie die Photovoltaik(PV)-Technologie genutzt und der Einsatz von Energiespeicherlösungen vor Ort optimiert. Auf diese Weise wird ein Gleichgewicht zwischen Energieerzeugung, -verbrauch und -speicherung angestrebt, um sicherzustellen, dass ein wesentlicher Teil des Energiebedarfs der Endverbraucher:innen durch selbsterzeugte Energie gedeckt wird.

Use Cases der Optimierung der Autarkie

Die Optimierung der Selbstversorgung mit Energie erfordert die nahtlose Koordination von verschiedenen Energieanlagen. Hier fokussiert sich gridX auf die Kombination von PV, Batteriespeichern und anderen Geräten in einem Home Energy Management System (HEMS). Ein HEMS ermöglicht das Monitoring und Management von Energieflüssen in einem Haushalt in Echtzeit, um die Effizienz zu steigern und Kosten zu sparen.  

1. Energieerzeugung durch Photovoltaikanlagen

PV ist der Grundpfeiler für die Optimierung der Energieautarkie. Sie ermöglicht es den Haushalten, ihre eigene Energie zu erzeugen und die Abhängigkeit vom Stromnetz zu verringern.
Der selbsterzeugte erneuerbare Strom kann für den Betrieb sämtlicher Geräte genutzt werden – von Küchengeräten über Wärmepumpen bis hin zu EVs. Das minimiert die CO₂-Emissionen und Stromkosten eines Haushalts. Angesichts des erheblichen Anstiegs der Strompreise während der Energiekrise ist PV besonders attraktiv geworden. Solarenergie auf dem Dach befreit Haushalte, Gemeinden und Unternehmen von hohen und schwankenden Energiepreisen und gibt ihnen mehr Kontrolle über ihre Energieerzeugung.

‍Schlüsselfakten zur Photovoltaik in der Europäischen Union

• Steigende Produktion: Die Stromerzeugung aus Photovoltaik in der EU nimmt stetig zu. Im Jahr 2022 waren in den 27 EU-Mitgliedstaaten 41,4 Gigawatt (GW) an PV-Kapazität an die jeweiligen Netze angeschlossen – ein Anstieg um 47 Prozent gegenüber 2021. Es wird erwartet, dass 2023 mehr als 50 GW installiert und bis 2026 85 GW erreicht werden.
• Deutsche Dominanz: Deutschland war 2022 mit 7,9 GW installierter Leistung der beste Solarmarkt und hat sein Ziel für 2023 von neun GW installierter Solarenergie bis September bereits erreicht.
• Top 5 der EU-Solarmärkte: Deutschland (7,9 GW), Spanien (7,5 GW), Polen (4,9 GW), die Niederlande (4,0 GW) und Frankreich (2,7 GW).
• Beschäftigung: Die Zahl der Arbeitsplätze in der Solarbranche wird sich bis 2030 auf 742.000 verdoppeln, wenn die Europäische Kommission ihr Ziel von 40 Prozent erneuerbarer Energien erreicht. Mittelfristig rechnet die Studie mit einem Anstieg um 64 Prozent, was bis 2025 zu 584.000 Arbeitsplätzen in der EU im Solarbereich führen wird. Und mit dem ehrgeizigen EU-Ziel von 45 Prozent erneuerbarer Energien für 2030 hat die Solarbranche das Potenzial, bis 2030 1,1 Millionen Arbeitsplätze zu schaffen.
• Produktionskapazität: Im Jahr 2023 erwartet SolarPower Europe einen Zubau von 402 GW an neuer Solarkapazität, mit einem prognostizierten Wachstum auf fast 800 GW bis 2027.

2. Photovoltaik und Batteriespeicher
PV-Anlagen in Kombination mit Batteriespeichern sind ein dynamisches Duo in der Landschaft der Optimierung der Energieautarkie. Mit dieser Kombination können Nutzer:innen nicht nur sauberen Strom mit Sonnenkraft erzeugen, sondern auch überschüssige Energie für eine spätere Nutzung effizient speichern. Diese gespeicherte Energie gibt den Verbraucher:innen die Freiheit, ihren selbst erzeugten Strom genau dann abzurufen, wenn sie ihn am meisten brauchen – sei es am Abend, an bewölkten Tagen oder wenn das Stromnetz überlastet ist.

Dieser Grad an Autarkie verringert die Abhängigkeit von der traditionellen Energieversorgung. Die Batterien bieten den Nutzer:innen auch die Möglichkeit, Strom aus dem Netz zu beziehen, wenn dieser günstig ist, und die Batterie zu entladen, um ihn zu verbrauchen oder bei hohen Preisen wieder ins Netz einzuspeisen. Die Kombination von Batterien und PV-Anlagen ermöglicht auch anspruchsvollere Use Cases, wie virtuelle Kraftwerke oder Energy Sharing.

3. PV und Energieverbrauchende Anlagen

Die Kombination von elektrifizierten Anlagen wie Wärmepumpen und EVs mit einer PV-Anlage ermöglicht es den Nutzer:innen, ihre großen Stromverbraucher mit nachhaltiger und erschwinglicher Energie zu versorgen. Dies bedeutet, dass die Haushalte ihre Gasrechnungen senken und sogar ihre Stromrechnungen reduzieren können, obwohl der Stromverbrauch deutlich ansteigt.

Das Laden von E-Autos mit lokalem PV-Strom ist besonders vorteilhaft, da Solarenergire ein flexibles Gut ist, das die meiste Zeit ungenutzt bleibt. Genau wie Batterien können EVs einfach aufgeladen werden, wenn die Sonne scheint, um überschüssige Solarenergie sinnvoll zu nutzen. Durch die Möglichkeit des bidirektionalen Ladens können EVs auch zu mobilen Energiespeichern werden, die dann bei Bedarf entladen werden können, um andere Haushaltsgeräte zu betreiben. Dadurch wird die Autarkie und in größerem Umfang auch die Netzstabilität weiter verbessert.

4. PV mit weiteren Energieanlagen und EMS

Die Kombination von PV-Aufdachanlagen mit anderen Energieanlagen und einem Energiemanagementsystem stellt die ultimative Kombination zur Optimierung der Autarkie dar.

Während die Logik des Ladens eines EVs oder einer Batterie mit Solarstrom einfach erscheinen mag, bringt ein EMS erhebliche Vorteile mit sich. Es bietet intelligente Entscheidungsmöglichkeiten, indem es den Gesamtenergiebedarf, die Netzbedingungen und die Tarifstrukturen berücksichtigt. Dies gewährleistet eine intelligente Zuweisung von Energieressourcen, um Lastspitzen zu reduzieren und den Eigenverbrauch zu maximieren.

Darüber hinaus nutzt ein EMS Prognosen auf der Grundlage von Wetterdaten, historischen Mustern und Demand-Response-Strategien, um Energieanlagen proaktiv zu verwalten und so die Selbstversorgung auch unter ungünstigen Bedingungen zu verbessern.

Durch die nahtlose Integration mit verschiedenen Energieanlagen bietet ein EMS einen ganzheitlichen und anpassbaren Ansatz für das Energiemanagement. Es gewährleistet nicht nur Selbstversorgung, sondern auch Energieeffizienz, Kosteneinsparungen und Widerstandsfähigkeit in der dynamischen Energielandschaft von heute durch Funktionen wie Fernüberwachung und Datenanalyse.

Zusätzlich zu diesen Vorteilen lassen sich Nutzungszeittarife (Time of Use Tarife) nahtlos in ein EMS integrieren, um die Stromkosten zu optimieren, indem die Schwankungen des Strompreises während des Tages genutzt werden. Dies ermutigt die Verbraucher:innen, energieintensive Anlagen in Zeiten niedrigerer Tarife zu verlagern, was sowohl zu langfristigen Kosteneinsparungen als auch zu einem ökologisch nachhaltigeren Energieverbrauchsmuster führt.

Im Mittelpunkt von EMS steht jedoch die Selbstversorgung, die als grundlegender Use Case für die Energieoptimierung dient und am besten durch ein Home-Energy-Management-System erreicht wird. Ein HEMS befähigt nicht nur zur Autarkie, sondern erweitert seine Fähigkeiten auch auf verschiedene andere wesentliche Aspekte des Energiemanagements.

Einige relevante Energieoptimierungsfunktionen, die in einem Home-Energy-Management-System eingesetzt werden können, umfassen:

Vorhersagegestütztes Energiemanagementsystem  

Das prognosebasierte Energiemanagementsystem für HEMS minimiert die Verschwendung von selbsterzeugtem PV-Strom, indem es die Batteriekapazität auf der Grundlage der PV-Erzeugungsprognose und des Haushaltsverbrauchs dynamisch anpasst. Damit wird der überschüssige PV-Strom den ganzen Tag über effektiv gespeichert werden kann.

Intelligente Beschränkung

Regulatorische Auflagen machen es oft erforderlich, die Installation von PV-Anlagen zu begrenzen. Mit Einspeisedrosselung für HEMS, auch als Einspeisemanagement oder Smart Curtailment bezeichnet, können Haushalte die PV-Leistung so anpassen, dass sie den gesetzlichen Anforderungen und den Grenzwerten für Netzanschlusspunkte (NAP) entspricht. Das Optimierungspotenzial hängt von den lokalen Vorschriften ab, und die korrekte Einstellung der anlagenspezifischen Grenzwerte während der Inbetriebnahme ist entscheidend.

Priorisierung von PV-Überschüssen

Das Energy Optimizer, ein XENON-Modul, verteilt die überschüssige PV-Energie vorrangig an die Geräte vor Ort und berücksichtigt dabei die Präferenzen des Nutzers für die Energieverteilung. Der PV-Überschuss wird aus der selbst erzeugten Energie und dem Abzug der Energie, die für die unkontrollierbare Haushaltslast benötigt wird, ermittelt. Die Benutzer können in der Schnittstelle Prioritäten festlegen und so ein Gleichgewicht zwischen persönlicher Wahl und Optimierung des Eigenverbrauchs herstellen.

Solares Heizen

Ein HEMS unterstützt das solare Heizen mit elektrischer Energie unter Verwendung von Heizstäben und Wärmepumpen, sofern eine kompatible Steuerungsschnittstelle vorhanden ist. Thermoelektrische Geräte wirken wie Batterien für thermische Energie und speichern die Wärme in Luft- oder Wassertanks, um sie später zu nutzen, wenn die PV-Produktion hoch oder die Strompreise niedrig sind.

Ladestrategien‍

Zur Verwaltung der Ladeinfrastruktur stehen verschiedene Lademodi zur Verfügung, wobei zwischen privatem und öffentlichem Laden unterschieden wird. Das Energieoptimierungsmodul unterstützt Lademodi wie Solarladung, Sicherheitsladung, Schnellladung und Programmladung.

Zukunftsaussichten

Die Solarindustrie hat in den letzten Jahren ein enormes Wachstum erfahren. Sie stellt allein in Deutschland 11 Prozent des Bruttostromverbrauchs und liefert 46 Prozent des hierzulande verbrauchten Stroms aus erneuerbaren Energiequellen. Es gibt jedoch einige Chancen, die noch mehr Potential bieten.

Die Herausforderung der Vorlaufkosten für Haushalte mit niedrigem und mittlerem Einkommen stellt eine Chance für innovative Finanzierungsmodelle dar. Glücklicherweise können unterstützende politische Maßnahmen Anreize für die Einführung von PV schaffen. So fördert das deutsche 28-Milliarden-Euro-Programm für erneuerbare Energien die Wind- und Solarenergie mit dem Ziel, bis 2030 80 Prozent Strom aus erneuerbaren Energien zu erzeugen. Und in einem separaten, aber verwandten Subventionsprogramm wollte die deutsche Regierung ab September 2023 Anreize für Haushalte schaffen, private Ladestationen für Elektrofahrzeuge zu kaufen.

So soll ein Haushalt bis zu 10.200 Euro Fördermittel für eine Komplettlösung aus Ladestation, Solaranlage und Batteriespeicher erhalten können, sofern ein Elektroauto vorhanden ist oder verbindlich bestellt wurde. Aufgrund der hohen Nachfrage war der Fördertopf jedoch bereits weniger als 24 Stunden nach der Veröffentlichung ausgeschöpft.

Tim Steinmetz, Geschäftsführer und Chief Growth Officer bei gridX, begrüßt das neue Förderprogramm, gibt aber auch einen entscheidenden Tipp: „Die Kombination von EVs, Wallboxen, Solarpanelen und Batterien ist genau richtig.” Allerdings könnten die meisten dieser Systeme in der Regel nicht miteinander kommunizieren, vor allem nicht, „wenn sie nicht vom selben Hersteller stammen. Das macht ein Energiemanagementsystem erforderlich, das all diese Geräte im Haus miteinander verbindet und steuert”, so Steinmetz.

Beim Übergang zu einer weit verbreiteten Nutzung von Photovoltaik in Verbindung mit Batteriespeichern, intelligenten Steuerungen und HEMS geht es weniger um technische Herausforderungen als vielmehr um die Nutzung von Chancen in den Bereichen Finanzen, Politik, Mehrfamilienhäuser, Eigenverbrauch und Netzintegration. Diese Elemente bilden zusammen einen vielversprechenden Weg in eine nachhaltigere und energieeffizientere Zukunft.