Das Projekt „Solenbat“

Solarenergie spielte in Frank­reich lange Zeit eine untergeordnete Rolle. Inzwischen will das Land auf diesem Gebiet aufholen. Finanzielle Anreize wie beispielsweise Steuererleichterungen für Eigenverbraucher sollen die Nutzung vorantreiben. In Pilotprojekten, zu denen das Projekt „Solenbat“ im Elsass gehört, werden dafür die notwen­digen Vorgehensweisen erarbeitet. Sieben Partner aus Industrie, Wissenschaft und Gesellschaft sind an „Solenbat“ beteiligt. Die Region und Bpifrance, das französische Äquivalent der Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW), stellen 4 Mio. € für die energietechnische Ausstattung und die Entwicklung eines Simulationstools durch die Universität Straßburg zur Verfügung. Als De­monstrationsobjekte wurden zwei kleine Wohnhäuser, ein Bestandgebäude und ein Neubau, sowie zwei Bürogebäu­de, ebenfalls ein Alt- und ein Neubau, ausgewählt.

Die Ausgangslage

Eines der Demonstrationsobjekte ist das neue Bürogebäude von Socomec am Unternehmensstandort in Benfeld nahe Straßburg. Die Immobilie wurde mit knapp 2.300 m² für etwa 180 Mitarbeiter geplant und als Niedrigenergiegebäude nach der französischen Norm RT 2012 (Réglemetation Thermique 2012) ausgeführt. Es wurde u.a. mit einer Wärmedämmung und einer Verschattungslösung ausgestattet, die von einer Wetterstation gesteuert wird. Im Inneren sorgt ein LED-Beleuchtungssystem für einen niedrigen Energieverbrauch. Die Lichtsteuerung stützt sich auf Anwesenheitssensoren und berücksichtigt für die Regulierung der Helligkeit das Tageslicht. Heizung und Kühlung erfolgen mittels einer reversiblen Grundwasser-Wärmepumpe, zusätzlich werden im Sommer nachts automatisch die Fenster geöffnet, um die Räume zu kühlen.

Schritt 1: Verbrauch analysieren und optimieren

Nach der Fertigstellung des Gebäudes Mitte 2014 sollte der Energieverbrauch ermittelt und Verbrauchsoptimierungen umgesetzt sein, damit eine Photovoltaikanlage passend dimensioniert, die optimale Ausrichtung ermittelt und die Kapazität für die Energie­speicherung bestimmt werden können.

Der Optimierungsprozess begann deshalb mit dem Einbau einer Energie-Messlösung. Socomec setzt dafür eigene Produkte ein, die Messlösung „Diris Digiware“ für die Erfassung des Verbrauchs und für die Auswertung die Energiemanagementsoftware „Vertelis“. Obwohl bei einem Neubau ein Messsystem von vorneherein eingeplant und installiert werden kann, entschied sich Socomec für den nachträglichen Einbau, da „Diris Digiware“ aus Strom- und Spannungsmessmodulen, Stromwandlern und Anzeigegeräten in kompakter Bauweise besteht und sich mit teilbaren und flexiblen Sensoren gut für die Nachrüstung bestehender Anlagen eignet.

Größere Einsparungen als erwartet

Selbst in einem neuen Niedrigenergiegebäude lässt sich der Energieverbrauch noch optimieren. Einsparungen von etwa 30 % durch den Einsatz der Messlösung waren erwartet worden, innerhalb der ersten vier Monate der Verbrauchsanalyse konnte der Energieverbrauch um 40 % gesenkt werden. Ein erheblicher Teil der Einsparungen wurde an der Wärmepumpe erzielt; sie muss beispielsweise an den Wochenenden, an denen das Gebäude leer steht, nicht mit voller Leistung laufen. Weitere Einsparungen ergaben sich bei der Belüftung des Gebäudes und bei der Warmwasserbereitung.

Schritt 2: Stromerzeugung und Speicherlösung konzipieren

Den Strom für den Betrieb des Bürohauses sollte eine Photo­voltaikanlage liefern. Im Unterschied zu einem Nullenergiehaus in Deutschland, das rein rechnerisch nicht mehr Energie verbraucht, als es produziert, soll das Socomec-Gebäude die eigene Stromproduktion tatsächlich auch selbst verbrauchen. Die einjährige Beobachtung des Lastverlaufes schuf die Grundlagen für die Dimensionierung von Photovoltaikanlage und Speicher.

Das Verbrauchsprofil – mit Arbeitsbeginn morgens und Arbeitsende am späten Nachmittag – legte zunächst die Ost-West-Ausrichtung der Paneele nahe. Da der Einsatz von Energiespeichern vorgesehen war, fiel die Entscheidung für die Ausrichtung nach Süden. Sie passt zwar nicht optimal zum Lastverlauf, produziert aber mehr Strom zum Speichern und ermöglicht dadurch einen höheren Eigenverbrauch.

Den Eigenverbrauch erhöhen

Bei der Bestimmung der Kapazität der Photovoltaikanlage halfen Simulationen. Unter der Vorgabe eines möglichst hohen Eigenverbrauchs im Frühjahr und im Herbst ergaben die Berechnungen einen Leistungsbedarf von 50 kW_p. Mit der Anlage allein betrug der Eigenverbrauch im Herbst 68 % der erzeugten Energie und im Frühjahr 77 %. Im Winter lag die Quote bei 87 %, im Sommer bei 60 %.

Auch die Speicherlösung wurde für den möglichst hohen Eigenverbrauch in Frühjahr und Herbst dimensioniert. Als Wechselrichter und Energiespeicher-System wird ebenfalls ein Produkt von Socomec eingesetzt, „Sunsys PCS²“ mit 66 kW sowie 95,2 kWh Speicherkapazität in Lithium-Ionen-Batterien von Samsung. Mit dieser Lösung konnte den Anteil des Eigenverbrauches deutlich erhöht werden, auf 99 % im Winter und 75 % im Sommer, 87 % im Frühjahr und 93 % im Herbst. Erreicht wurden Kostenreduktionen von 68 % im Sommer und von 41 % im Winter, ein nicht unerheblicher Teil davon durch die Kappung von Verbrauchsspitzen.

Schritt 3: Insel-Betrieb

In Frankreich können immer wieder Probleme mit der Netzversorgung auftreten, beispielsweise bei einer Hitzewelle, während der Klimaanlagen und Ventilatoren landesweit ununterbrochen auf Hochtouren laufen. Oder wenn ungünstige Faktoren aufeinandertreffen, wie im Winter 2016 / 2017 die Abschaltung mehrerer Atomkraftwerke, die den Löwenanteil des Strombedarfs decken, mit einer Kältewelle – in Frankreich heizt ein Drittel der Haushalte elektrisch.

Die Speicherlösung sollte auch bei solchen Ereignissen einspringen und bei einem Netzausfall die Stromversorgung sicherstellen. Dass die Technologie von Socomec für den Inselbetrieb des neuen Gebäudes mit der im Zeitraum des Ausfalls erzeugten und der in den Batterien gespeicherten Energie geeignet ist, hat sie im Projekt „Nice Grid“, dem französischen Beitrag zum „Smart Grid“-Projekt „Grid4EU“, bereits nachgewiesen. Das Speichersystem übernimmt dabei sämtliche Regulierungsaufgaben, die sonst überwiegend der Netzbetreiber sicherstellt, und hält Energieerzeugung und Verbrauch im Gleichgewicht, stabilisiert Spannung und Frequenz und gleicht Störungen wie Oberschwingungen oder Spannungsschwankungen aus. Zudem ist es Schwarzstart fähig und bewältigt die beiden kritischen Phasen bei einem Netzausfall: den Start der dezentralen Versorgung und den Wiederanschluss ans Stromnetz, ohne Unterbrechung für die Verbraucher.

Nebeneffekt: Mit dem Strompreis spielen

Die Optimierung des Gebäudes verlief ausgesprochen erfolgreich. Der Energieverbrauch des Gebäudes konnte über die Erwartungen hinaus verringert, der Eigenverbrauch aus der Solarstromproduktion mittels der Energiespeicherlösung deutlich erhöht werden. Zudem ist die Lösung in der Lage, Lastspitzen zu kappen und das Gebäude bei einem Stromausfall zu versorgen.

Quasi nebenbei hat sich eine weitere Auswirkung ergeben. Der Einsatz von Energiemanagementsoftware und Stromspeichern eröffnet die Möglichkeit, mit dem Strompreis zu spielen und Gewinne aus Strompreisunterschieden mitzunehmen. Vor allem im Winter schwankt der Preis in Frankreich in Abhängigkeit von der Verfügbarkeit erheblich. Daher wird dann Strom aus dem Netz gespeichert, wenn er billig ist, und verkauft, wenn der Preis den Höchststand erreicht hat.

Für die Zukunft ist geplant, weitere Optimierungspotentiale zu ermitteln und umzusetzen. Im Vordergrund steht dabei, den Eigenverbrauch weiter zu erhöhen. Zudem werden für die Übertragbarkeit der Projektergebnisse Simulationen unter den unterschiedlichen Strompreisbedingungen in verschiedenen Ländern durchgeführt.