Anfang Mai 2021 hatten die ersten Installationsarbeiten unserer 99,2 kWp starken Photovoltaikanlage begonnen. Die Installation erfolgte als Aufdachanlage mit Kurzschienensystem auf dem Flachdach unserer Halle mit Bürogebäude. Insgesamt wurden 320 monokristalline Module mit jeweils 310 W Maximalleistung angebracht. Der erzeugte Gleichstrom der Anlage wird durch zwei Wechselrichter mit einer Leistungsfähigkeit von 60 kW und 20 kW in Wechselstrom umgewandelt. Für die Abrechnung mit dem Energieversorgungsunternehmen (EVU) musste ein geeignetes Energie-Messkonzept mit diesem abgestimmt werden. Das gewählte Messkonzept für unsere Anlage wird als „Überschusseinspeisung mit Erzeugungsmessung“ bezeichnet. Vom Energieversorger werden zwei Zählungen gefordert. Die erste Zählung besteht aus einem Zweirichtungszähler „Z1“.
Die Wechselrichtergesamtleistung liegt ca. 20 kW unter der Maximalleistung der PV-Module, da die Maximalleistung nur bei senkrechter Einstrahlung auf die Moduloberfläche erreicht werden kann. Bei einer Flachdachmontage ist die Maximalleistung aufgrund des Neigungswinkels um ca. 25% reduziert. Die Wechselrichter wurden im Hauptgebäude platziert. Hier befindet sich der Hausanschluss, der beide Gebäude versorgt. Dieser misst den Strombezug aus dem Netz bzw. die Lieferung/Einspeisung bei Stromüberschuss. Die zweite Zählung misst nur die Lieferung, also den von der PV-Anlage erzeugten Strom. Der Eigenverbrauch könnte mit diesem Werten berechnet werden.
Aus unserer Visualisierung können wir auf die Daten des vergangenen Jahres blicken. Es wurden 95,7 MWh Energie bei 99,2 kWp erzeugt. Diese Werte sind in der nachfolgenden Monatsübersicht darstellt. Hieraus ist zu entnehmen, dass die geringste Monatsleistung bei etwas über einer Megawattstunde liegt, im rechnerischen Mittel liegt diese bei gut vier Megawattstunden. Um die vorangegangen Tage auch immer im Blick zu haben, lassen wir uns die letzten 14 Tage ebenso mit anzeigen. (unterhalb der Visualisierung zu finden)
Für die Realisierung muss die Ladeleistung dynamisch zum PV-Stromüberschuss geregelt werden können. Diese gezielte Steuerung der Stromflüsse wird als Lastmanagement bezeichnet. Für die Auswertung werden die Leistungsdaten, die von den Zählern „Z1“ und „Z2“ bereits erfasst werden, benötigt. Die Zähler des Energieversorgers könnten theoretisch über eine optische Schnittstelle ausgelesen werden, jedoch ist der Informationsgehalt und die Aktualisierungsrate hierbei unzureichend. (z.B. keine Informationen über Schieflast/Frequenz). Um diese Daten detailliert und in schneller Taktung auslesen zu können, musste eine eigene Messung, parallel zur der des Energieversorgers, aufgebaut werden. Da der Hausanschluss und die Niederspannungshauptverteilung für diesen Umbau gänzlich getauscht werden mussten, konnten wir bei der Planung direkt netzwerkfähige Wandlermessungen vorsehen. Somit war die absolute Grundlage für das Lastmanagement vorbereitet.
Auf dem Markt ist die Auswahl an Wallboxen und Wallboxherstellen inzwischen sehr ausgeprägt. Wir haben unsere Anforderungen daher vorab definiert und anschließend ein Produkt gesucht, dass diese größtenteils abdecken kann.
Eine Grundvorrausetzung war, dass die Wallboxen(-en) selbst das Lademanagement ausführen und die ans Netzwerk angebundenen Wandlermessungen auslesen können. Zudem sollte jede Wallbox, jeweils zwei Ladepunkte mit 22 kW maximaler Ladeleistung aufweisen (= 44 kW max. Ladeleistung pro Wallbox).
Der Großteil aktueller Elektrofahrzeuge kann beim Wechselstromladen nur 11 kW Ladeleistung mit dem im Fahrzeug integrierten Gleichrichter umsetzten.
Wir gehen jedoch davon aus, dass die Gleichrichterleistung der zukünftigen Elektrofahrzeuge höher sein wird. (bei wenigen Modellen bereits der Fall)
Eine weitere Grundvoraussetzung war die Möglichkeit den Ladepunkt mittels RFID-Karte freizugeben und damit auch ein nutzerspezifisches Logging der Ladungen erstellen zu können. Wir hatten uns als Ziel gesetzt eine optisch ansprechende Echtzeit-Visualisierung aller Werte zu erstellen. Diese ermöglicht uns und auch anderen Interessierten eine einfache Auswertung und grafische Darstellung. Somit musste die Wallbox eine vollumfängliche Schnittstelle zur Ein- und Ausgabe dieser Daten zur Verfügung stellen.
Um für die Zukunft auch mit einem intelligenten Lademanagement ausgerüstet zu sein, war es für uns wichtig, auch den Ladezustand der Fahrzeuge (SoC -State of Charge) bei der Ladung berücksichtigen zu können. So besteht die Möglichkeit, die Fahrzeuge an Tagen mit geringem PV-Ertrag nur so weit wie nötig zu laden.
Unsere Echtzeitvisualisierung konnten wir sehr schnell umsetzen – wir haben diese auch bereits in unserer Website eingebunden. Sie zeigt im oberen Bereich das aktuelle Wetter in Wendelstein. In der folgenden Zeile wird die aktuelle PV-Leistung in kW und Tagessumme bis zum aktuellen Zeitpunkt in kWh angezeigt. Es folgt die prognostizierte Tagessumme, welche über einen Onlinedienst berechnet wird. Zudem werden noch die von der Anlage umgewandelte Gesamtenergie, die bisherigen Sonnenstunden des Tages und der vom Wechselrichter ausgegebene Wechselrichterwirkungsgrad angezeigt. Es folgt ein Diagramm, welches die PV-Leistung (Farbe: Orange), den Gesamtstromverbrauch des Hausanschlusses (Farbe: Rot) und die Gesamt-Ladeleistung der Ladepunkte darstellt. Ergänzend hierzu wird die Sonnenhöhe über den Tagesverlauf (gestrichelt, Farbe: Gelb) und die stündlich prognostizierte Leistung (gepunktet, Farbe: Gelb) abgebildet. Leider können die Elektrofahrzeuge bis zum aktuellen Zeitpunkt, bis auf sehr wenige Ausnahmen, beim Wechselstromladen keine Information über den Ladezustand übertragen.
Dieser Datenpunkt war lange Zeit in der zuständigen Normung nicht enthalten. Die einzige Alternative hierzu, ist die Abfrage des Ladezustandes vom Server des Fahrzeugherstellers.
Viele Elektrofahrzeuge verfügen über eine Internetanbindung, womit sich bestimmte Funktionen bspw. über eine App bedienen lassen. Der Ladezustand lässt sich somit oft über den Server des Herstellers abfragen. Durch das Diagramm kann schnell erkannt werden welcher Anteil vom PV-Ertrag selbst genutzt bzw. eingespeist wurde und wie groß der Anteil der Ladeleistung im Bezug auf den Gesamtstromverbrauch ist.
Die Summen dieser Werte (Tageswerte) sind in der Visualisierung unterhalb des Diagramms zu finden:
Anschließend werden noch die aktuellen Betriebsinformationen der Ladepunkte angezeigt. Es kann für jeden Ladepunkt ausgelesen werden ob gerade ein Fahrzeug angesteckt ist. Sofern ein Fahrzeug aktuell lädt, wird die jeweilige Ladeleistung und auch die geladene Energiemenge ausgegeben. Zuletzt folgen zwei Diagramme, welche den PV-Ertrag der letzten Tage und der letzten 12 Monate darstellen.
Durch die Auswahl der Systemkomponenten in Kombination mit unserem zukunftsweisenden Engineering konnten wir unsere gesetzten Ansprüche erfüllen.
Um auch bei uns den Verbrauch fossiler Energien zu verringern, wurden bis zum aktuellen Zeitpunkt drei vollelektrische Firmenfahrzeuge (Batterie-Elektrofahrzeuge) angeschafft.
Dabei handelt es sich um einen Mini Cooper SE mit einer Batteriekapazität von 32,6 kWh sowie zwei Audi Q4 e-tron mit 77 kWh.
Wir haben uns als Ziel gesetzt die Elektrofahrzeuge soweit möglich, mit eigenerzeugtem Solarstrom zu laden. Dadurch wird das Stromnetz des Energieversorgers entlastet und die Wirtschaftlichkeit der PV-Anlage empfindlich optimiert.
