Solarenergie spielte in Frankreich lange eine untergeordnete Rolle, jetzt will das Land aufholen. Neben finanziellen Anreizen treiben so auch Pilotprojekte die Nutzung von Solarstrom voran – eines davon ist das ­Projekt Solenbat im Elsass. Hier werden Vorgehensweisen erarbeitet, mit denen sich in Gebäuden der Eigenverbrauch an der Solarproduktion erhöhen lässt. Beteiligt sind sieben Partner aus Industrie, Wissenschaft und Gesellschaft; für die energietechnische Ausstattung und die Entwicklung eines ­Simulationstools durch die Universität Straßburg stellten die Region und das französische Äquivalent der Kredit-anstalt für Wiederaufbau (KfW) ‚Bpi-france‘ 4 Mio. Euro zur Verfügung. Als Demonstrationsobjekte dienen zwei kleine Wohnhäuser, ein Bestandge­bäude und ein Neubau sowie zwei Bürogebäude, ebenfalls ein Alt- und ein Neubau. 

Eines der Demonstrationsobjekte ist das neue Bürogebäude von Socomec am Unternehmensstandort in Benfeld nahe Straßburg. Die Immobilie wurde mit knapp 2300 m² für etwa 180 Mitarbeiter geplant und als Niedrigenergiegebäude nach der französischen Norm RT 2012 ausgeführt. Unter anderem wurde es mit einer Wärmedämmung und einem Verschattungssystem aus-gestattet, die von einer Wetterstation gesteuert wird. Im Inneren sorgt ein LED-Beleuchtungssystem, das sich auf Anwesenheitssensoren stützt und für die Regulierung der Helligkeit das Tageslicht berücksichtigt, für niedrigen Energiebedarf. Heizung und Kühlung erfolgen mittels einer rever-siblen Grundwasser-Wärmepumpe; zusätzlich werden im Sommer nachts automatisch die Fenster geöffnet, um die Räume zu kühlen. 

Nach der Fertigstellung des Gebäudes Mitte 2014 sollten der Energiebedarf ermittelt und Optimierungen umgesetzt sein, damit eine Photovoltaik-Anlage passend dimensioniert, die optimale Ausrichtung ermittelt und die Kapazität für die Energiespeicherung bestimmt werden können. 
 

Energieeinsatz optimieren

Das Messsystem 'Diris Digiware' eignet sich mit teilbaren und flexiblen Sensoren für die Nachrüstung ­bestehender Anlagen.

© Socomec

Daher begann der Optimierungsprozess mit dem Einbau eines Energiemesssystems. Socomec setzt dafür unternehmenseigene Produkte ein: das Messsystem ‚Diris Digiware‘ für die Erfassung der Energieaufnahme und die Energiemanagement-Software ‚Vertelis‘ für die Auswertung.

Überraschend: Selbst in einem neuen Niedrigenergie-Gebäude lässt sich der Energieeinsatz weiter optimieren. Durch die messtechnische Analyse waren Einsparungen von etwa 30 % erwartet worden – innerhalb der ersten vier Monate der Analyse der Energieaufnahme konnte der Energieeinsatz jedoch um 40 % gesenkt werden. Ein erheblicher Teil der Einsparungen ergab sich an der Wärmepumpe, die beispielsweise an den Wochenenden, an denen das Gebäude leer steht, nicht mit voller Leistung laufen muss. Weitere Einsparungen ergaben sich bei der Belüftung des Gebäudes und bei der Warmwasserbereitung. 
 

Stromerzeugung und ­Speichersystem

Den Strom für den Betrieb des Bürohauses sollte eine Photovoltaik-Anlage liefern. Die einjährige Beobachtung des Lastverlaufs schuf die Grundlagen für die Dimensionierung von Photovoltaik-Anlage und Speicher.

Das Speicher­system besteht aus dem ­Wechselrichter Sunsys PCS² mit 66 kW und 95,2 kWh Speicherkapazität in Lithium-Ionen-­Batterien.

© Socomec

Das Verbrauchsprofil – mit Arbeitsbeginn morgens und Arbeitsende am späten Nachmittag – legte zunächst die Ost-West-Ausrichtung der Paneele nahe. Da aber 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. 
Bei der Bestimmung der Kapazität der Photovoltaik-Anlage halfen Simulationen. Unter der Vorgabe eines möglichst hohen Eigenverbrauchs im Frühjahr und im Herbst ergaben die Berechnungen einen Leistungsbedarf von 50 kWp. 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 das Speichersystem wurde für einen möglichst hohen Eigenverbrauch in Frühjahr und Herbst dimensioniert. Als Wechselrichter und Energiespeicher-System dient ‚Sunsys PCS²‘ von Socomec mit 66 kW sowie 95,2 kWh Speicherkapazität in Lithiumlonen-Batterien. Mit dieser Lösung ließ sich der Anteil des Eigenverbrauches deutlich erhöhen: auf 99 % im Winter und 75 % im Sommer, 87 % im Frühjahr und 93 % im Herbst. Dadurch ergaben sich Kostenreduktionen von 68 % im Sommer und 41 % im Winter – ein erheblicher Teil davon durch die Kappung von Verbrauchsspitzen. 

Der Inselbetrieb

In Frankreich kommt es immer wieder zu Problemen mit der Netzversorgung, 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 mit einer Kältewelle – in Frankreich heizt ein Drittel der Haushalte elektrisch. 

Auch bei solchen Ereignissen soll das Speichersystem einspringen und die Stromversorgung bei einem Netzausfall sicherstellen. Dass sich die genutzte Technologie für den Inselbetrieb des Gebäudes mit der im Zeitraum des ­Ausfalls erzeugten und der in den Batterien gespeicherten Energie eignet, hat sie im Projekt ‚Nice Grid‘, dem französischen Beitrag zum Smart-Grid-­Projekt ‚Grid-4EU‘, nachgewiesen. Dabei übernimmt das Speichersystem sämtliche Regulierungsaufgaben, die sonst überwiegend der Netzbetreiber sicherstellt, und hält Energieerzeugung und Energiebedarf im Gleichgewicht, stabilisiert Spannung und Frequenz und gleicht Störungen wie Oberschwingungen oder Spannungsschwankungen aus. Zudem ist es Schwarzstartfähig und bewältigt die beiden kritischen Phasen bei einem Netzausfall – den Start der dezentralen Versorgung und den Wiederanschluss ans Stromnetz – ohne Unterbrechung für die Verbraucher.
 

Mit dem Strompreis spielen

Insgesamt ließ sich die Energieaufnahme des Gebäudes über die Erwartungen hinaus verringern und der Eigenverbrauch aus der Solarstromproduktion mittels des Energiespeichersystems deutlich erhöhen. Zudem kann das System Lastspitzen kappen und das Gebäude bei einem Stromausfall versorgen. 

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

Für die Zukunft ist geplant, weiteres Optimierungspotenzial zu ermitteln und umzusetzen. Im Vordergrund steht dabei, die eigene Nutzung weiter zu er-höhen. Zudem werden für die Über­tragbarkeit der Projektergebnisse Simulationen unter den unterschiedlichen Strompreisbedingungen in verschiedenen Ländern durchgeführt.

Autor: Steffen Breiter ist Marketing Manager Germany bei Socomec in Mannheim.