Mit der Kraft der Sonne arbeiten: Effizientes Energiemanagement für das produzierende Gewerbe

Andreas Lipphardt, IBC Solar

Unternehmen müssen auf steigende Energiekosten reagieren und sollen gleichzeitig aus ökologischen Gründen ihren CO2-Fußabdruck reduzieren. Alleine mit Stromsparen ist das nicht zu schaffen. Eine Option ist der Einsatz von selbst erzeugtem Solarstrom in Verbindung mit einem intelligenten Energiemanagement.

Eines steht fest: Energie wird in absehbarer Zeit nicht günstiger. Das gilt auch für Strom, den Unternehmen nutzen. Gewerbestrom kostet derzeit zwischen 18 und 23 Cent pro Kilowattstunde. Vor allem für kleinere und mittlere Unternehmen stellt dies eine Belastung dar. Hinzu kommt, dass die angedachte CO2-Steuer der Bundesregierung und der Europäischen Union zu einer weiteren Erhöhung der Energiekosten führen dürfte. Einen Ausweg bietet Solarstrom, den ein Unternehmen selbst erzeugt und überwiegend im Eigenverbrauch nutzt. Er kostet für ein mittelständisches Unternehmen pro Kilowattstunde etwa 6 bis 8 Cent und ist damit deutlich günstiger als konventionell erzeugte elektrische Energie. Außerdem können auf diese Weise Firmen durch die emissionsfreie Stromerzeugung ihren CO2-Fußabdruck verringern. Das kommt auch beim Kunden gut an. Laut einer Studie des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) haben Photovoltaik-Anlagen (PV) in Deutschland im Jahr 2018 28 Millionen Tonnen CO2 eingespart. Das entspricht bei einer Gesamterzeugung von 46,3 Terawattstunden (TWh) einer Ersparnis von etwa 600 Gramm je Kilowattstunde. Der Anteil der PV an der Stromerzeugung lag damit bei rund 8,4 % und bietet somit reichlich Luft nach oben [3].

Zentrale Rolle des Energiemanagements

Genügt es also, eine PV-Anlage auf dem Dach von Bürogebäuden oder Fabrikhallen anzubringen? Ein guter Anfang, aber es geht auch noch besser. Bei Gewerbebetrieben, die tagsüber produzieren, deckt sich der Strombedarf meistens größtenteils mit der Stromerzeugung durch eine PV-Anlage. So können viele Betriebe eine „natürliche“ Eigenverbrauchsquote von circa 30 % erzielen. Fügt man einen Speicher hinzu, kann dieser Anteil auf bis zu 60% ansteigen. Der eigenerzeugte, überschüssige Strom des Tages kann außerdem zeitversetzt und über Nacht verbraucht werden oder dient zum „Puffern“ von Stromspitzen. Kombiniert man die PV-Anlage auch noch mit einem intelligenten Energiemanagementsystem (EMS), können Unternehmen Prozessabläufe optimieren und verknüpfen – Industrie 4.0 im Energiebereich. Das EMS ist gewissermaßen das Gehirn der Energieversorgung im Unternehmen, denn es misst, lenkt und stellt sämtliche Energieflüsse dar. Dabei stimmt das EMS mehrere Arten von Energieflüssen aufeinander ab: Diejenigen außerhalb des Betriebs, also den Netzverknüpfungspunkt und die Eigentumsgrenze vom öffentlichen Energieversorgungsnetz zum Gebäude. Außerdem diejenigen innerhalb des Betriebs – also alle Erzeuger, wie die PV-Anlage, das Speichersystem und gegebenenfalls ein Blockheizkraftwerk (BHKW) und die relevanten Verbraucher, wie zum Beispiel Ladeinfrastruktur, E-Mobilität, Serverlandschaften oder Kühlhäuser [4]. Das EMS erfasst und analysiert all diese Informationen über unterschiedliche Schnittstellen wie zum Beispiel RS485, Modbus, Sunspec oder EEBUS, die über diverse Zähler an beliebigen Stellen im Gebäude und von Wechselrichtern oder anderen Energieerzeugern und -verbrauchern zur Verfügung gestellt werden. Diese Daten werden verarbeitet und durch Regelalgorithmen zur „intelligenten“ Steuerung des Gesamtsystems und damit zur optimalen Nutzung des eigenerzeugten Stroms verwendet. Eine Visualisierung und die damit einhergehende Auswertung und Optimierung des Systems machen die Energieflüsse für Unternehmen transparent. Visualisiert werden beispielsweise Gesamtverbrauch, Leistungshöhen und Statusinformationen der Stromverbraucher sowie Details zum Grad der Eigen- und Fremdstromnutzung. So können Unternehmen ihre Stromerzeugung und den Stromverbrauch perfekt aufeinander abstimmen und effizient und bedarfsorientiert zeitabhängig regeln.

Das leistet ein intelligentes EMS:

Besonders in Verbindung einer PV-Anlage mit einem Batteriespeicher erfüllt das EMS wichtige Funktionen. So kann es beispielsweise:

1. Den Eigenverbrauch optimieren

Das EMS sorgt dafür, dass Überschüsse aus der Energieproduktion gespeichert und bei Bedarf wieder zur Verfügung gestellt werden können. Dies führt zu einem maximalen Eigenverbrauch des selbst erzeugten Solarstroms – auch wenn die Sonne nicht scheint. Der Vorteil ist klar: Unternehmen können einen noch größeren Teil ihres Energiebedarfs mit günstigem Strom aus eigener Produktion decken, vermeiden gleichzeitig teure Lastspitzen und sparen Geld bei den Energiekosten.  

2. Lasten aktiv managen

Das EMS passt den Strombedarf des Unternehmens an verschiedene Gegebenheiten, beispielsweise das Wetter, an. Aktuelle Wetterdaten des Deutschen Wetterdienstes werden genutzt, um frühzeitige Ertragsprognosen sowie einen „Energiefahrplan“ für den kommenden Tag zu erstellen. Darauf aufbauend wird der Stromverbrauch einer bestimmten Fertigungsstufe von sonnenarmen in sonnenreiche Stunden verschoben. Somit kann, wenn man es globaler betrachtet, ein aktuell noch forcierter massiver Ausbau der deutschen Übertragungsnetze vermindert werden – ganz nach dem Ansatz einer dezentralen Energieversorgung. Zudem können Verbraucher, die nicht unbedingt benötigt werden, mit Hilfe einer intelligenten Steuerung abgeschaltet werden. So vermeiden Unternehmen den Zukauf von teurem Netzstrom und entlasten gleichzeitig die öffentlichen Stromnetze.  

3. Notstrom zur Verfügung stellen

Solaranlagen müssen sich bei einem Stromausfall vom öffentlichen Netz trennen. Ist zusätzlich ein Batteriespeicher mit Notstromfunktion im Energiesystem integriert, sind Unternehmen auch bei Netzausfall geschützt und werden weiterhin mit Strom versorgt. Die PVAnlage fungiert dann quasi als unterbrechungsfreie Stromversorgungsanlage (USVAnlage). Unwichtige Energieverbraucher schalten sich ab.  

4. Die E-Mobilität ermöglichen

Strom ist günstiger als Benzin oder Diesel. Aktuell belaufen sich die Kosten bei einem herkömmlichen kraftstoffbetriebenen PKW auf 7 bis 10 EUR auf 100 km. Ein E-Fahrzeug hingegen verbraucht im Schnitt 15 kWh/100 km. Wird das Fahrzeug mit dem selbsterzeugten Sonnenstrom geladen, liegen die Kosten hierfür bei weniger als 2 EUR/100 km. Stellen Unternehmen die Flurfördergeräte und bestenfalls auch die gesamte Fahrzeugflotte auf E-Mobilität um, hilft das EMS beim reibungslosen Betrieb und bei der Kostenoptimierung: Es sorgt beispielsweise dafür, dass vorhandene Batteriespeicher am Abend gefüllt sind. So lassen sich elektrisch betriebene Flurfördergeräte, wie Hubwagen und Gabelstapler, nach Betriebsschluss aufladen. Tagsüber, wenn viel Strom zur Verfügung steht, können die Firmenwagenflotte oder auch die privaten E-Fahrzeuge an den intelligent gesteuerten Ladestationen aufladen. Ein weiterer Bonus: Elektroautos sind steuerlich bessergestellt. Dienstwagen erhalten sogar einen Steuervorteil im Privatanteil. Somit ist E-Mobilität im Unternehmen für alle Beteiligten bereits jetzt profitabel.

Das große Ganze: Sektorenkopplung und Energiewende

Werden PV, Speicher und gegebenenfalls noch ein BHKW intelligent über ein EMS verwaltet, werden Unternehmen nachhaltig und selbstbestimmt geführt – heute und in Zukunft. Damit diese Energiewende im eigenen Betrieb jedoch auch national und weltweit gelingt, muss die Umstellung auf Erneuerbare Energien in allen Sektoren erfolgen – nicht nur in der Stromerzeugung. In Unternehmen ist das leicht umsetzbar, denn der erneuerbar produzierte Strom kann durch Sektorenkopplung auch in anderen Bereichen genutzt werden. So können Unternehmen Lagerhallen mit Solarstrom heizen, Kühlhallen kühlen oder Elektroautos laden – die perfekte Kopplung der Bereiche Strom, Wärme/Kälte und Verkehr. Auf nationaler Ebene ist zwar ein erster Schritt getan, jedoch bestehen weiterhin viele Entwicklungs- und Verbesserungsmöglichkeiten: Während Erneuerbare Energien im Stromsektor im Jahr 2018 mit einem Anteil von über 40% am Verbrauch (225 TWh) vertreten waren, machten sie nur rund 13,9% des deutschen Wärmebedarfs und gerade einmal 5,6% des Energieeinsatzes im Verkehrssektor aus. Für den gesamten Energiesektor bedeutet das, dass lediglich knapp 16,6% des Endenergieverbrauchs (2018) erneuerbar erzeugt werden. [1] [6]. Die Kopplung der verschiedenen Sektoren hat noch andere Vorteile: Wind- und Sonnenenergie werden künftig die Grundlage unserer Energieversorgung sein. Bis auf wenige Tage im Jahr ergänzen sich diese beiden Gegenspieler perfekt. Platziert man Speicher mit der richtigen Größe und Leistung an den richtigen Stellen im Netzverbund und vernetzt diese „intelligent“ miteinander, ist ein Ausgleich in sonnenund windarmen Zeiten und in der volatilen Erzeugung möglich.

Tipps für Unternehmen auf dem Weg in die eigene Energiewende

Um Solarstrom optimal für ein Unternehmen zu nutzen, braucht es eine flexible und perfekt auf den Betrieb abgestimmte Energielösung, da sich das Verbrauchsverhalten in einem Unternehmen kontinuierlich im Wandel befindet. So wird sichergestellt, dass zum richtigen Zeitpunkt exakt die Menge an Strom bereitsteht, die das Unternehmen benötigt.

1. „Business Case“ erstellen

In einer ersten Analyse sollte ein Unternehmen prüfen, wie hoch der Strombedarf ist und unter welchen Bedingungen sich der Einsatz von PVSystemen und Batteriespeichern lohnt. Zudem spielt es eine Rolle, wie viele strombetriebene Maschinen, Flurförderzeuge und Elektromobile im Einsatz sind. Aus all diesen Daten ergibt sich ein Last- oder Verbrauchsprofil. Dieses ist für jeden Betrieb unterschiedlich und zeigt an, wieviel Strom in welchem Zeitraum verbraucht wird. Mit dieser Information kann die Eigenverbrauchsquote relativ präzise vorhergesagt und eine fundierte Planung erstellt werden.  

2. Installationsoptionen prüfen

Die Dachkonstruktion eines Gewerbegebäudes muss sich für die Installation der PV-Anlage eignen. Das betrifft die Statik, die Zugänglichkeit und den Aufbau des Daches. Bei gemieteten oder geleasten Gebäuden ist zudem mit dem Vermieter zur klären, ob eine PV-Anlage installiert werden darf. Hinzu kommen praktische Themen wie ein umsetzbares Messkonzept und die Berücksichtigung aller EEG-Vorgaben.  

3. Auf Qualität setzen

Unternehmen wie IBC SOLAR testen Module und Halterungen in eigenen Labors und beauftragen unabhängige Prüfinstitute, wie den TÜV und das Fraunhofer-Institut. Nur so kann die Qualität der Anlagen über einen Zeitraum von 20 bis 30 Jahren garantiert werden.  

4. Systemlösungen bevorzugen

Eine zuverlässige und fehlerfreie Solarlösung braucht Komponenten, die perfekt aufeinander abgestimmt sind und harmonisch zusammen funktionieren. Unternehmen sollten daher auf Anbieter setzen, die die Gesamt-Energielösung inklusive Energiemanagement im Auge behalten und alles aus einer Hand liefern können.  

5. Starken Partner wählen

Ein guter Installateur sollte das Unternehmen von der Planung der Anlage über die Montage bis hin zur Wartung kompetent begleiten und die Energielösung maßgeschneidert für den Betrieb zusammenstellen. Besonders unter Berücksichtigung der technischen Betriebsführung der Anlage und dem möglichen Wartungsaufwand macht sich dieser Punkt bezahlt. 6. Fördermittel beantragen Die KfW-Bank sowie Städte und Gemeinden stellen Fördermittel bereit, wenn Unternehmen PV-Anlagen beziehungsweise Solarbatterien installieren. Bei Speichern beträgt der Zuschuss zwischen 10 und 30 %, in einzelnen Fällen sogar bis 50 % des Anschaffungspreises. [2] [5]