Referenz 22. Juli 2020

Der unabhängige Kindergarten

Der Kindergarten Heiligkreuz in Würzburg steht ganz im Zeichen der Zukunft. Hier spielen und lernen die Erwachsenen von morgen. Und auch die Stromversorgung bietet einen Ausblick auf das, was zunehmend unsere Energielandschaft bestimmt: die Produktion eigenen Stroms. Dies übernimmt eine Photovoltaikanlage auf dem Dach. Wirtschaftlich sinnvoll wird das System durch einen Stromspeicher, der Überschüsse aufnimmt und bei Bedarf zur Verfügung stellt.

2017 wurde der seit 1932 bestehende Kindergarten der Kath. Kirchenstiftung Heiligkreuz durch einen dringend notwendig gewordenen Neubau ersetzt. Nun musste auch die Stromversorgung völlig neu konzipiert werden; der vorhandene Anschluss von maximal 72 Kilowatt war durch den Ausbau nicht mehr ausreichend. Die zeitgemäße Ausrüstung mit Frischküche, Aufzugsanlage und einer dezentralen Heißwasserversorgung verlangte nach deutlich mehr Leistung.

Beispielsweise wurden Durchlauferhitzer vorgesehen, die relativ viel Heizleistung, aber auch einen hohen Grad an Hygiene ermöglichen. Denn sie erwärmen das Wasser während des Durchströmens und sind nahe an der Entnahmestelle verbaut. Das gewährleistet exakt einstellbare Temperaturen und schließt das Wachstum gefährlicher Legionellen aus.

Durch die Verdopplung des Energiebedarfs benötigt die Einrichtung zeitweise mehr Strom, als der vorhandene Anschluss bereitstellen kann. Die naheliegende Option wäre gewesen, die Kapazitäten des Netzanschlusses zu erweitern. Dafür hätte der Netzbetreiber eine neue Abzweigstelle vom öffentlichen Netz einrichten und neue Kabel ins Erdreich verlegen müssen. Auch wäre eine zusätzliche Trafostation nötig gewesen.

Der Bauherr entschied sich gegen die konventionelle Lösung. Stattdessen setzte er das um, was vor einigen Jahren noch Zukunftsszenario war, mittlerweile jedoch flächendeckend Gestalt annimmt: Lastspitzen mit Hilfe von dezentral erzeugten erneuerbaren Energien weitgehend selbst zu bedienen.

Photovoltaik und Stromspeicher steuern – so unterstützt Sie WAGO:

Die Fernwirksteuerung PFC200 realisiert den komplexen Informationsaustausch aller Komponenten.
Der am Netzbezugspunkt installierte Energiezähler ist über die Onboard-Schnittstelle RS-485 angebunden.
VPN-Verschlüsselung gewährleistet zudem höchste Sicherheit beim Zugriff über das Internet.

Die Kita als Prosumer

Dies geschieht bei privaten Haushalten und kleinen Gewerben in erster Linie mit Photovoltaik. Das Ziel ist dabei nicht mehr die Volleinspeisung, sondern ein möglichst hoher Eigenverbrauch. Rentabel werden die Systeme jedoch meist erst dann, wenn die Möglichkeit besteht, überschüssigen Strom zu speichern. Der Grund ist die schwankende Sonneneinstrahlung, die unabhängig von den Zeiten des energetischen Bedarfs ist. Auch hier profitiert die Solarenergie von den Entwicklungen am Markt – denn die Preise für Systeme auf der Basis von Lithium-Ionen-Batterien haben sich ebenfalls deutlich reduziert.

So wurde auch die Kindertagesstätte zum Prosumer: Sie ist Erzeuger – Producer – und Verbraucher – Consumer – gleichzeitig und macht sich soweit wie möglich unabhängig vom Energieversorgungsunternehmen vor Ort. Seit Ende 2017 ist eine Photovoltaikanlage auf dem Dach des neuen Gebäudes der Kita in Betrieb. Das System, mit einer Spitzenleistung von 60 Kilowatt, würde allein jedoch nicht ausreichen, um die Lastspitzen zu begrenzen, die über die maximale Anschlussleistung hinaus benötigt werden. Deswegen verbaute die Unternehmensgruppe TEAM ELEKTRO BECK neben der Solarstromanlage ein stationäres Stromspeichersystem, das das Unternehmen mit Sitz in Würzburg gemeinsam mit BMW entwickelt hat.

Speicher begrenzen Netzbezug

Das Stromspeichersystem besteht aus einer BECK-Leistungs- und Steuereinheit und sechs neuen originalen BMW-i3-Lithium-Ionen-Batterien, mit einer nominalen Speicherkapazität von jeweils 33 Kilowattstunden. Das entspricht einer gesamten Nettokapazität von 175 Kilowattstunden. Mit diesem Puffer lässt sich der auf dem Dach erzeugte Strom bedarfsgerecht nutzen.

In Würzburg ist das System so ausgelegt, dass die Leistung begrenzt und der Bezug von Netzstrom so gering wie möglich ausfällt. Als erstes trägt die selbst erzeugte Energie zur Stromversorgung bei. Reicht diese nicht aus, wird Leistung aus den Lithium-Ionen-Batterien entnommen. Es wird vorrangig der selbst produzierte Strom gespeichert, der in Zeiten geringen Bedarfs nicht sofort verbraucht werden kann.

„Neben der Eigenverbrauchsoptimierung werden durch die Entladung des Speichers bei drohenden Lastspitzen und Ladung in Zeiten niedriger Lasten erhöhte Netzentgelte für die Leistungsbereitstellung vermieden“, erklärt Ralf Klingenberg von BECK AUTOMATION. „Dahinter steckt ein Algorithmus, der die optimalen Batterieleistungen fortlaufend berechnet. Damit wird unnötiges Entladen des Speichers vermieden.“

Über das Lastmanagement können ergänzend einzelne Geräte nach einer Prioritätenliste gesperrt werden, beispielsweise der Durchlauferhitzer, der das Putzwasser bereitstellt. Ist die Produktion der Photovoltaikanlage nicht ausreichend, kann das Vorladen des Speichers in Schwachlastzeiten, etwa nachts, aus dem Netz erforderlich sein. Ist jedoch die Produktion der Photovoltaikanlage höher als der Eigenverbrauch und der Speicher bereits voll, wird die überschüssige Energie ins Netz eingespeist.

Komplexe Kommunikation

Den komplexen Informationsaustausch zwischen Speicher, Netz, Photovoltaikanlage und Verbrauchsgeräten realisierte BECK AUTOMATION mit Komponenten von WAGO. Eine Fernwirksteuerung PFC200 aus dem WAGO-I/O-SYSTEM 750 dient als Steuerungs- und Kommunikationseinheit. Die Onboard-Schnittstelle RS-485 kommuniziert über das offene Protokoll Modbus-RTU mit dem am Netzbezugspunkt installierten Energiezähler. Durch die ermittelten Energiemessdaten lassen sich Energieerzeugung und -speicherung hocheffizient steuern.

Für den Zugriff über das Internet setzt der Controller auf Verschlüsselung durch ein Virtual Private Network (VPN), wodurch höchste Sicherheitsstandards erfüllt werden. Zudem übermittelt die WAGO-SPS Livedaten, wie zum Beispiel zur selbst erzeugten Energie, zum Ladezustand der Batterie oder Verbrauchsdaten, an den BECK-Server und historische Aufzeichnungen zur Auswertung an die BECK-Datenbank. So ist es möglich, das Zusammenspiel der Solarbatteriekombination weiter zu optimieren.

Text: Andreas Siegert | WAGO

Foto: Jilek | Bildschön

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