Eigenstromnutzung im Biohotel

Das Biohotel Eggensberger hat sich dem Ziel verschrieben, seinen Gästen höchsten Komfort zu bieten – ohne die Umwelt unnötig zu belasten. Zu diesem Zweck setzt das erste zertifizierte Biohotel im Allgäu seit fast 20 Jahren u.a. auf die Verwendung von Bio-Lebensmitteln und Naturprodukten. „2014 wollten wir auch in Bezug auf Energieeffizienz eine Vorreiterrolle in der energieintensiven Hotelbranche einnehmen“, erklärt Andreas Eggensberger, Geschäftsführer der Eggensberger OHG. „Unser Plan war es, unseren Eigenverbrauch mit erneuerbaren Energien, die zum größten Teil selbst gewonnen werden, abzudecken.“

Dies sollte vor allem durch die Erweiterung der bereits bestehenden Photovoltaikanlage von 50 kW_p auf rund 170 kW_p gelingen. Aus diesem Grund erkundigte sich der Betreiber nach einem geeigneten Anbieter und stieß dabei auf die GermanPV GmbH. Das herstellerunabhängige PV-Systemhaus entwickelt gemeinsam mit anderen in der Photo­voltaik aktiven Unternehmen ganzheitliche Energiekonzepte.

„Gerade die Unabhängigkeit von einem bestimmten PV-Hersteller war für uns ein wichtiges Argument für die Beauftragung“, erläutert Andreas Eggensberger.

Maximierung der Eigenstromnutzung gefordert

Zu Beginn des Projekts analysierte GermanPV den Strombedarf des Hotels. Im Rahmen dieser Untersuchungen stellten die Experten fest, dass der Verbrauch im Tagesverlauf kontinuierlich ansteigt, bis er etwa um 18:00 Uhr sein Maximum erreicht. Dabei beträgt die Grundlast 20 kW mit Leistungsspitzen von bis zu 112 kW. Der Einsatz einer größer dimensionierten Anlage – eine PV-Leistung von 167,8 kW_p wurde angestrebt – würde also dazu führen, dass während der Sonnenstunden, besonders in der Mittagszeit, mehr Energie produziert wird, als das Hotel benötigt.

Am Abend, wenn die Produktion der PV-Anlage nachlässt bzw. endet, steht dagegen nur wenig Eigenstrom zur Verfügung. Sollte das Hotel aber vor allem im Sommer weitestgehend unabhängig vom öffentlichen Stromnetz sein, müsste ein hoher Grad an Eigenstromversorgung erreicht werden. Aus diesem Grund ist es notwendig, die tagsüber produzierte Überschussenergie zu speichern und bei Bedarf an die Verbraucher abzugeben. Hierfür arbeitet GermanPV mit der Riello Power Systems GmbH zusammen. Diese hat eigens für die Ergänzung von Photo­vol­taik­anlagen und anderen regenerativen Energiequellen den SPS-Speicher entwickelt.

„SPS-Speicher können beliebig viele kleine bis mittlere Systeme der Stromerzeugung aus verschiedenen Energiequellen wie Solar- und Windenergie sowie BHKW und USV-Anlagen integrieren und managen“, umreißt Mathias Sigl, Geschäftsführer der Riello Power Systems GmbH, den Funktionsumfang. Durch einen externen Batteriespeicher, der entsprechend den Anforderungen der Last dimensioniert ist, erlaubt es das Gerät, regenerativ erzeugte Energie zu speichern, um sie dann am Abend oder bei geringer Sonneneinstrahlung wieder einspeisen zu können. Hierbei kann ein Wirkungsgrad von 96 % erreicht werden. Auf diese Weise ist es dem Hotelbetrieb möglich, weitgehend unabhängig vom öffentlichen Netz zu sein, da die regenerativen Energiequellen optimal ausgenutzt werden können.

Energiemanagement­system und USV-Anlage in einem

So übernimmt die Anlage das Management aller Energiequellen inklusive der eigenen Erzeugungsanlagen und der Verbraucher. Die Steuerung und Überwachung der eingesetzten Bleigel-Batterien erfolgt über das integrierte Programm „Battery Care System“. Dieses stellt die Leistungsfähigkeit sowie Zuverlässigkeit der Batterien sicher, indem die Ladung mit zwei Spannungskennlinien erfolgt, um den notwendigen Ladestrom zu optimieren. Damit zusätzlich die Lebensdauer verlängert wird, verfügt das System über eine temperaturabhängige Spannungskompensierung und einen Entladungsschutz. Durch den integrierten Ausgangstransformator wird die galvanische Trennung zwischen Verbraucher und Batteriesystem gewährleistet.

„Doch im Gegensatz zu handelsüblichen Systemen verfügt der SPS-Speicher nicht nur über alle Funktionalitäten eines Speichers, sondern auch über die einer Doppelwandler-USV“, so Andreas Eggensberger. „Das war einer der ausschlaggeben­den Gründe, warum wir uns für dieses Produkt entschieden haben.“

Mithilfe einer integrierten USV-Anlage bietet der SPS-Speicher zusätzlich Schutz für alle angeschlossenen Verbraucher. Gleichzeitig verbessert das Gerät durch Ein- und Ausgangsfilter die Stromqualität. Dies ist wichtig, da vor allem regenerative Energie anfällig für Netzprobleme, beispielsweise Verzerrungen, Spannungsabfälle und -spitzen sowie Frequenzschwankungen, ist.

Drei Anwendungsfälle

Im Hotel Eggensberger ist nun seit April 2014 das Modell „SPS 200“ mit einer Nennleistung von 200 kVA und einem maximalen Ladestrom von 432 A in Betrieb. Das Aufladen der Batterien erfolgt hierbei durch die PV-Anlage sowie das mit Biogas betriebene BHKW oder über das Stromnetz.

Dabei muss zwischen drei Fällen unterschieden werden: ausreichende, geringe und keine Sonnenenergie.

Bei ausreichender Sonneneinstrahlung wird der Verbrauch komplett von der PV-Anlage getragen. Die Batterien werden mit der erzeugten Überschuss­energie als Rückstrom über den Bypass der SPS-Anlage geladen, Strom aus dem öffentlichen Netz wird dafür nicht genutzt. Ist die Batterie geladen, wird die restliche Energie dem öffentlichen Netz zur Verfügung gestellt. Hierbei kann eine Überschusseinspeisung ohne Wirkungsgradverluste garantiert werden, da die PV-Anlage direkt über einen statischen Bypass an das öffentliche Netz gekoppelt ist.

Fällt die Sonnenenergie – beispielsweise bei schlechtem Wetter oder in den Morgen- und Abendstunden – geringer aus, liefert die Batterie die notwendige Differenz.

In den Nachtstunden und wenn die Batterie leer ist, wird das Hotel über das öffentliche Netz versorgt. Gleichzeitig sichert der SPS-Speicher das Netz gegen Störungen sowie mithilfe der integrierten USV gegen Ausfälle ab.

„Da so bei einem Stromausfall durch die USV das Hotel noch über mehrere Stunden mit Strom versorgt wird, kann auch in diesem Fall weiterhin Eigenstrom erzeugt und vor allem genutzt werden – ohne ein Bezugsnetz wäre dies nicht möglich“, fügt Mathias Sigl hinzu. Mithilfe der USV wird zudem die Erzeugungsanlage vom öffentlichen Netz getrennt.

Eigenstromnutzung von bis zu 72 %

In den ersten Monaten nach der Installation im Hotel Eggensberger unterstützten Service-Techniker von Riello Power System die Feineinstellung des SPS-Speichers: „Bei diesem Projekt galt es, nicht nur ein komplexes Lastprofil – Beleuchtung, Heizung, Klimaanlage, Küche, E-Ladestationen – zu beachten, sondern auch ein ebenso komplexes Erzeugungsprofil“, bemerkt Mathias Sigl. „Hierfür mussten wir verschiedene Einstellungen ausprobieren und überprüfen, um einen reibungslosen Betrieb zu garantieren.“

Seitdem läuft die Anlage störungsfrei. Mit 90 kWh, 45 kWh für den täglichen Verbrauch sowie 45 kWh zur Absicherung bei Stromausfällen, verfügt das Hotel Eggensberger nun über eine ausreichend große Speicheranlage. Sie ermöglicht es dem Betreiber, bis zu 72 % des mit der PV-Anlage erzeugten Stroms selbst zu nutzen.

Dadurch kann im Hotel etwa 40 % des Bedarfs durch Eigenstromnutzung abgedeckt werden. Zudem wird ein Großteil der Energiekosten eingespart: Sie sind seit der Nutzung des Speichers von etwa 7 auf unter 5 % des Umsatzes gesunken. „Dieses Budget können wir wiederum in zusätzliches ökologisches Engagement investieren“, zeigt sich Andreas Eggensberger zufrieden. „So ermöglichen uns die Einsparungen, regional erzeugtes Biogas für das Gästeauto und das Blockheizkraftwerk dazuzukaufen.“