Die wichtigsten Erkenntnisse aus dem Artikel
- Die Stromerzeugung aus Solarenergie ist naturgemäß schwankend. - Wolken, Temperatur Schwankungen sowie Tag- und Nachtzyklen führen zu einer Verringerung der Leistungsabgabe, wodurch die Speicherung in Batterien für jeden Industriestandort zu einer technischen und wirtschaftlichen Notwendigkeit wird.
- Unabhängig davon, ob netzgekoppelt oder im Inselbetrieb, Industrieanlagen können eine höhere Energieversorgungssicherheit erreichen, die Stromkosten senken und die Kohlendioxidemissionen verringern, indem man Photovoltaikanlagen mit der richtigen Speicherkapazität kombiniert.
- Lithium-Ionen-Batterien sind die vorherrschende Technologie für professionelle Anlagen, doch für eine optimale Dimensionierung ist eine genaue Analyse der tatsächlichen Lastprofile, der Spitzenlasten und der tatsächlichen Stromerzeugungsmuster erforderlich – nicht theoretische Durchschnittswerte.
- Die Prognosegenauigkeit hat direkte und messbare Auswirkungen auf die finanzielle Leistung: Ungenaue Prognosen führen zu unnötigen Lade- und Entladezyklen der Batterien, zu Effizienzverlusten und zu Strafgebühren für netzgekoppelte Kraftwerke.
- Die Lösungen „NEXT“ und „INSTANT“ von CalibSun kombinieren Satellitenbilder, Vor-Ort-Überwachung und Echtzeit-Wolkenerkennung, um Betreibern dabei zu helfen, die Lebensdauer der Batterien zu sichern, die Leistungsabgabe zu maximieren und die Gesamteffizienz sowie die Zuverlässigkeit ihres PV-Speichersystems zu verbessern.
Warum ist die Solarstromerzeugung nach wie vor unregelmäßig?
Die Erzeugung CO₂-freier Energie aus Sonnenenergie hängt von der Menge an Sonnenlicht ab, die die Photovoltaikmodule tagsüber aufnehmen. Abgesehen von den Schwankungen zwischen Tag und Nacht verläuft der Ertrag im Laufe eines Tages nicht linear, sondern parabolisch. Die Schwankungen der Leistung von PV-Anlagen werden zudem durch klimatische Schwankungen beeinflusst: Temperatur, Bewölkung und Luftfeuchtigkeit sind allesamt Faktoren, die zu Leistungsschwankungen führen.
Wolken haben den größten Einfluss, da sie die Anzahl der Photonen, die die Solarmodule erreichen, blockieren oder verringern können. Obwohl Simulationen von Wolkenbildungen werden zwar immer genauer, doch ist es nach wie vor schwierig, das Auftreten und die Bewegung von Wolken über einem sehr begrenzten Gebiet mit hoher Präzision vorherzusagen. Tatsächlich sind Satellitenbilder und Wetterprognosen nicht in der Lage, das Auftreten von Wolken sowie deren Entstehung und Bewegung vorherzusagen, da diese von sehr lokalen Bedingungen wie Luftfeuchtigkeit, konvektiven Strömungen und Temperatur abhängen. Die Integration dieser Energie in das Stromnetz hängt daher davon ab, dass ihre Schwankungen gesteuert und Angebot und Nachfrage so ausgeglichen werden, dass jederzeit der für menschliche Aktivitäten benötigte Strom bereitgestellt werden kann.
Die Industrie ist der Sektor, der am stärksten von der Reduzierung der Treibhausgase betroffen ist, und muss bis 2030 einen Anteil von 30% erneuerbarer Energien (EE) an ihrem Energiemix erreichen.
Der Ausbau erneuerbarer Energien im Energiemix muss jedoch vor dem Hintergrund des weltweit steigenden Energiebedarfs betrachtet werden. Zwar deckt der Ausbau der Photovoltaik den neuen Energiebedarf der Industrie, insbesondere der IT-Branche, doch stellt die teilweise Ersetzung fossiler Energieträger durch erneuerbare Energien für energieintensive Industriezweige, die im Dauerbetrieb arbeiten, oft eine Einschränkung dar.
Standorte verbunden ins Stromnetz
Bei Industrieunternehmen mit netzgekoppelten Photovoltaikanlagen für den Eigenverbrauch werden Leistungsschwankungen durch die externe Energiezufuhr ausgeglichen, deren Zusammensetzung von den Netzbetreibern abhängt. Durch die Sicherstellung einer konstanten Stromversorgung ermöglicht die Photovoltaik erhebliche Einsparungen und die Erfüllung Ziele zur Dekarbonisierung und einen positiven Kreislauf für das Unternehmen in Gang setzen.
Isoliert Standorte
Für abgelegene Industriestandorte Da kein Zugang zu einem stabilen Stromnetz besteht, erfolgt die Energieversorgung häufig über mit fossilen Brennstoffen betriebene Generatoren. Diese sind umweltschädlich, teuer und erfordern einen hohen logistischen Aufwand bei der Versorgung; sie können jedoch durch Solarenergie ersetzt werden, sofern die geografischen Gegebenheiten dies zulassen. Diese Alternative ist umso rentabler, als wir dadurch (teilweise oder vollständig) nicht mehr den Schwankungen der Energiepreise ausgesetzt sind.
Andererseits erfordert es ein hervorragendes Management, um Leistungsabfälle zu vermeiden und den Betrieb unabhängig von den Wetterbedingungen und der Bewölkung aufrechtzuerhalten. Die Hersteller müssen daher eine alternative Energiequelle in ihren Energiemix integrieren, die in der Lage ist, die erforderliche Leistung bereitzustellen.
Energiespeicherung: die Lösung
Der Bedarf an Energiespeichern ist eine Antwort auf wirtschaftliche, ökologische, geopolitische und technologische Herausforderungen.
Angesichts der Notwendigkeit, eine kontinuierliche Produktion aufrechtzuerhalten, die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu verringern und Kosten zu senken, setzen Hersteller zunehmend auf Speicherlösungen. In den letzten Jahren hat die Solarbranche bedeutende technologische Durchbrüche bei der Vorhersage der Solarressourcen und der Entwicklung von PV-Energiespeichersystemen erzielt, um Stromausfälle zu verhindern und Verluste zu begrenzen. Solarenergie wird gespeichert, wenn ihr Angebot den Bedarf übersteigt, und wieder abgegeben, wenn die Leistung der Solarmodule nicht ausreicht.
PV-Speichertechnologien: Was der Markt tatsächlich bietet
Die Wahl der richtigen Speichertechnologie ist keine Schwarz-Weiß-Entscheidung. Sie hängt vom Lastprofil des Standorts, dessen Netzanbindung, dem täglichen Energieverbrauch sowie den für die Anlage festgelegten Leistungszielen ab.
Batteriespeicher: Der Industriestandard
Lithium-Ionen-Batteriesysteme sind die vorherrschende Technologie für professionelle PV-Speicher. Dank ihrer Kombination aus hoher Energiedichte, hoher Leistungsdichte, schneller Reaktionszeit bei Lade- und Entladezyklen sowie stetig sinkenden Kosten pro kWh sind sie die erste Wahl für die meisten Solar-plus-Speicher-Projekte. Die Batteriekapazität muss genau auf die Spitzenlastzeiten abgestimmt sein, die täglichen Energieverbrauchsmuster und das spezifische Solarstromproduktionsprofil des Standorts – und nicht anhand theoretischer Durchschnittswerte.
Zwei Parameter werden in der Planungsphase häufig unterschätzt: das Wärmemanagement und die Lebensdauer der Batterie. Ein Batteriesystem, das außerhalb seines optimalen Temperaturbereichs betrieben wird oder unsachgemäß geführten Lade- und Entladezyklen ausgesetzt ist, nutzt sich schneller ab – was sowohl die gespeicherte Energiekapazität als auch die Kapitalrendite verringert. Im professionellen Maßstab ist die Integration einer Echtzeitüberwachung von Spannung und Temperatur auf Zellebene eine Grundvoraussetzung und keine Option.
Wasserstoffspeicherung: Eine langfristige strategische Option
Bei der Wasserstoffspeicherung wird überschüssiger Strom aus der Solaranlage mittels Elektrolyse in Wasserstoff umgewandelt. Dieser Wasserstoff wird dann gespeichert und bei Bedarf über Brennstoffzellen wieder in Strom umgewandelt. Der Gesamtwirkungsgrad liegt derzeit zwar unter dem von Batteriesystemen, doch die hohe Energiedichte von Wasserstoff und seine Eignung für die Langzeitlagerung machen ihn zu einer vielversprechenden Lösung für Industriestandorte mit ehrgeizigen Dekarbonisierungszielen – insbesondere dort, wo der Ausstieg aus der Erdgasnutzung eine zwingende Voraussetzung ist.
Die Wasserstoffspeicherung ist vielversprechend, und es laufen zahlreiche Forschungs- und Entwicklungsvorhaben zu Brennstoffzellen und Elektrolyseuren.
Unabhängig davon, für welche Speicherlösung man sich entscheidet, muss diese mit einem EMS (Energiemanagementsystem) und einem Wettervorhersagedienst auf verschiedenen Zeitskalen. Diese sind erforderlich, um die zu erwartende Erzeugung im Voraus zu ermitteln und das Speichersystem zu steuern, das sich entsprechend der Prognose auflädt oder entlädt.
CalibSun: Von der Vorhersage bis zur Erkennung
CalibSun bietet Tools zur Vorhersage der Sonneneinstrahlung und zur Echtzeit-Überwachung der Stromerzeugung, die speziell für professionelle Betreiber von PV-Anlagen entwickelt wurden.
- Unser NEXT-Lösung kombiniert Produktionsdaten vor Ort, Satellitenbilder und numerische Wettervorhersagemodelle, um hochpräzise Leistungsprognosen zu liefern – wodurch die Genauigkeit im Vergleich zu herkömmlichen meteorologischen Modellen um bis zu 46% verbessert wird.
- Unser INSTANT-Nowcasting-Tool geht noch einen Schritt weiter: Durch die Echtzeitverarbeitung der vor Ort aufgenommenen Kamerabilder erkennt und prognostiziert das System die Auswirkungen von Wolkenschatten auf die Solarstromproduktion bereits ab einer Vorlaufzeit von nur einer Minute. Dadurch erhält das EMS die nötige Vorlaufzeit, um die Notstromversorgung zu aktivieren, Entladungsstrategien anzupassen oder die Netzlast auszugleichen, bevor ein Produktionsrückgang eintritt – und nicht erst danach.
Die Integration dieser Prognoseebene in die EMS-Logik ist das entscheidende Merkmal, das ein technisch funktionierendes Speichersystem von einem System unterscheidet, das die Energieerzeugung tatsächlich optimiert, die Lebensdauer der Batterien schützt und die wirtschaftliche Leistung der Anlage langfristig maximiert.
PV + BESS: noch einen Schritt weiter
Wie hoch sollte die Batteriekapazität für eine industrielle PV-Anlage sein?
Auslegung der Batterie hängt von einer Reihe standortspezifischer Parameter ab: der tägliche Energieverbrauch, die Spitzenleistung der Solaranlage, das Lastprofil – insbesondere Zeitpunkt und Dauer der Spitzenlast – sowie die Frage, ob die Anlage netzgebunden oder netzunabhängig ist.
Ein gängiger Ansatz besteht darin, die Batterie so zu dimensionieren, dass sie eine bestimmte Anzahl von Stunden bei durchschnittlicher Last abdeckt, und diese Dimensionierung anschließend anhand von Worst-Case-Szenarien für die Solarstromerzeugung einem Stresstest zu unterziehen.
Inwieweit wirkt sich die Prognosegenauigkeit unmittelbar auf die finanzielle Leistung eines PV-Speicherprojekts aus?
Die Prognosegenauigkeit hat direkte und messbare Auswirkungen auf die finanzielle Rendite. Eine Überschätzung der Solarstromproduktion führt zu einer unzureichenden Batterieladung, wenn diese am dringendsten benötigt wird; eine Unterschätzung führt zu unnötiger Entladung und verpassten Möglichkeiten zum Eigenverbrauch. Bei netzgekoppelten Anlagen führen Prognoseabweichungen zudem zu finanziellen Strafen seitens der Netzbetreiber. Die Verbesserung der Prognosegenauigkeit – durch Tools, die Echtzeitdaten vor Ort, Satellitenbilder und hochauflösende Wettermodelle integrieren – reduziert diese Strafen, optimiert den Batteriebetrieb, verlängert die Lebensdauer der Batterien und verbessert die Kapitalrendite der gesamten Anlage. Im Großanlagenbereich verstärkt sich dieser Effekt über den gesamten Lebenszyklus der Anlage erheblich.
Fazit
Den Wert eines PV-Speichersystem Dies erfordert, über statische Dimensionierungen und Standard-Wettermodelle hinauszugehen. Unvorhersehbare Wolkenbewegungen im Mikromaßstab führen zu unnötigen Lade- und Entladezyklen der Batterien, was den Verschleiß der Zellen beschleunigt und die Gebühren für Netzungleichgewichte erhöht.
Durch die Integration von hochfrequenten Vor-Ort-Messungen (unter Verwendung von Himmelskameras und Pyranometern) mit Echtzeit-Sonnenprognosen speisen die Betreiber präzise Nowcasting-Daten direkt in ihr Energiemanagementsystem (EMS) ein. Diese Kalibrierung auf Basis mehrerer Quellen optimiert die Strategien zum Batterieeinsatz, schützt den Zustand der Anlagen und gewährleistet die langfristige Rentabilität des Betriebs.
