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Strom nutzen, wenn er am günstigsten ist


TASPO - epaper ⋅ Ausgabe 48/2018 vom 01.12.2018

Das Forschungsprojekt „Elgevos” zeigt an einem Solarkollektor-Gewächshaus, wie weit sich durch Lastverschiebung entsprechend der Preisschwankungen am Strommarkt minimale jährliche Strombeschaffungskosten erreichen lassen. Dazu bietet das Projekt einen Online-Konfigurator an. Die TASPO fragte nach.


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Animierter Vergleich eines konventionellen Gewächshauses (l.) mit einem Solarkollektor-Gewächshaus und künstlicher Beleuchtung.


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Die Wärmepumpe – unerlässlich für den …


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… Wärmetransport. Kühlrohre im Solarkollektor-Gewächshaus (oben).


Fotos: Schmidt/Schuch

In Deutschland ist im Winter der Gewächshausanbau von Gurken und Tomaten aufgrund der relativ geringen Sonneneinstrahlung nur mit Heizung und Beleuchtung möglich. Wirtschaftlich ist die Gemüseproduktion mit Zusatzbeleuchtung mit den aktuellen Strompreisen allerdings nicht. Ob das mit einem optimierten direkten Strombezug zu den schwankenden Börsenpreisen am Strommarkt möglich wäre, hat das Forschungsprojekt „Elgevos” untersucht.

Dank Wärmepumpe: Die Energie reicht bis in den Winter

Ein Solarkollektor-Gewächshaus nutzt die eingestrahlte Wärmeenergie der Sonne. Mit Hilfe einer Wärmepumpe gelangt die überschüssige Energie in einen Wärmespeicher und kann bei Bedarf, also nachts oder in der kälteren Jahreszeit, zum Heizen wieder ausgespeichert werden. Bei einer optimalen Auslegung des Systems reicht die gespeicherte Wärme bis weit in den Winter hinein, sodass das System nur für einen kurzen Zeitraum eine Zusatzheizung (beispielsweise mit Strom oder Erdgas) benötigt. Im Gegensatz zu den herkömmlichen Gewächshäusern lässt sich das im Projekt Elgevos betrachtete Solarkollektor-Gewächshaus hauptsächlich beziehungsweise vollständig über Strom versorgen.

Lastverschiebung: Für Wärme lohnt sie, zur Beleuchtung nicht

Im Projekt wurde der Betrieb durch Lastverschiebung entsprechend der Preisschwankungen am Strommarkt optimiert und so minimale jährliche Strombeschaffungskosten erreicht. Die Strombeschaffungskosten des Solarkollektor-Gewächshauses können auf diese Weise so weit gesenkt werden, dass es wirtschaftlich betrieben werden kann. Dabei lassen sich durch die Nutzung von Strom aus erneuerbaren Energien im Vergleich zu den konventionellen Gewächshäusern auch die CO2-Emissionen senken. Der Einsatz einer künstlichen Zusatzbeleuchtung rechnet sich allerdings auch im Strompreis-optimierten Betrieb nicht, da die Steuern und Umlagen an den Stromkosten sehr hoch sind(siehe Interview unten mit Dr. Ingo Schuch von der Humboldt-Universität Berlin) .

Online-Konfigurator stellt Vergleiche an

Gewächshausbetreiber können nun mit einer im Projekt Elgevos entwickelten Animation unterschiedliche Versorgungskonzepte interaktiv konfigurieren und miteinander vergleichen. Sie können auswählen, ob beziehungsweise wie die Gewächshäuser mit Zusatzbeleuchtung und Komponenten für die Heizung und Kühlung ausgestattet sein sollen. Der Strompreis-optimierte Betrieb kann mit dem Betrieb ohne Lastmanagement in animierter Form verglichen werden, und die Kostenkomponenten der Energieversorgung werden ins Verhältnis zu den Erlösen durch den Verkauf der produzierten Tomaten gesetzt. Zudem lässt sich prüfen, wie die konfigurierten Gewächshäuser im Vergleich zu ihren konventionellen Vorgängern wirtschaftlich dastehen.

Vorteile und Grenzen

Große Gewächshausanlagen haben das Potenzial, ihre Betriebsweise (vor allem zur Beleuchtung sowie Heizung & Kühlung) den schwankenden Börsenstrompreisen anzupassen beziehungsweise Regelleistung anzubieten. Allerdings ist die Flexibilisierung der Energieversorgung von pflanzenbaulichen Restriktionen abhängig, vor allem hinsichtlich einer zulässigen Abkühlung im Gewächshaus. So kann es bei reduzierter oder ausgeschalteter Heizung zur Taupunktunterschreitung und Kondensation von Luftfeuchte an Pflanzen kommen. Dies kann wiederum phytosanitäre Probleme verursachen oder pflanzenphysiologische Prozesse negativ beeinflussen. Bei Elgevos liegt der Fokus auf einem möglichst günstigen Stromeinkauf am Spotmarkt unter Wahrung pflanzenbaulicher Restriktionen. Die Potenziale von zusätzlichen Erlösen durch das Anbieten von Regelleistung werden ebenfalls bewertet. Bei der Verwendung von Zusatzlicht wird so nicht nur ein Ertragsanstieg möglich, sondern auch die Ausdehnung der Produktion auf die Wintermonate, wobei Restriktionen bezüglich der Länge der Dunkelphase oder des Wärmeeintrags zu beachten sind. Andererseits verringert das Einschalten von Lampen den Wärmebedarf des Gewächshauses, Überschüsse aus der Verstromung von erneuerbaren Energien könnten zur CO2-neutralen Heizung (Winter) oder Kühlung (Sommer) mit Elektrowärmepumpen dienen. Jedoch fällt der Zeitpunkt eines solchen Strombezugs nur selten mit dem Zeitpunkt des witterungsbedingten Heiz-und Kühlbedarfs zusammen. Daher sind Speicherkonzepte für Wärme und Kälte erforderlich, wobei auf Ergebnisse des Zineg-Projekts (Solarkollektorgewächshaus mit Wärmepumpe und thermischem Speicher) zurückgegriffen wird.

Weitere Infos …

… rund um das aus Mitteln des Bundes bei der Landwirtschaftlichen Rentenbank geförderte Projekt, an dem ein Forschungsverbund bestehend aus dem Fraunhofer IEE, der HU Berlin und dem Leibniz IGZ seit 2015 gearbeitet hat, sind verfügbar unterwww.elgevos.de .

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