Bis zu 70% Eigenstrom sind drin

Im Jahr 2020 startete die Landwirtschaftskammer  Steiermark  gemeinsam mit der Energie  Steiermark und der TU Graz das  Forschungsprojekt "Stromspeichertechnologien in der Landwirtschaft". Ziel war die Untersuchung  der Eignung verschiedener  Speichertechnologien zur  Erhöhung der Stromautarkie. Zehn steirische Betriebe testeten  über drei Jahre verschiedene  Speicherlösungen. Die Ergebnisse  zeigen, dass eine Stromautarkie  zwischen 50 - 70% realistisch ist, während eine  100-prozentige Autarkie unerreichbar bleibt.

Für einen Autarkiegrad von bis  zu 40% ist eine Photovoltaik- Anlage (PV) ohne Speicher  die beste Wahl. Darüber hinaus  ist ein Speicher notwendig, um die Schwankungen der PV-Erzeugung  auszugleichen und  den selbst produzierten Strom  auch nachts nutzen zu können. Zum Beispiel für den Betrieb des  Melkroboters sowie für Kühl- und  Lüftungsanlagen. Im Projekt  haben sich nur Lithium-Ionen- Batterien und Wärmespeicher  bewährt. Salzbatterien und kleine Wasserstoffspeicher  konnten sich  aufgrund ihrer technologischen  Reife nicht durchsetzen. Hier  ist noch weitere Forschung notwendig.

Größe und Art des Speichers  hängen vom individuellen  Energieverbrauch und Produktionsprozess  auf dem Betrieb ab. Eine genaue Analyse der Stromverbraucher  ist entscheidend  für die Anlagenplanung. Betriebe  mit Melkrobotern haben beispielsweise  nachts einen höheren  Stromverbrauch als solche  mit Melkständen. Daher ist es  für sie schwieriger, Autarkiegrade  über 50% ohne Speicher  zu erreichen. Ähnliches gilt  für Schweine- oder Geflügelbetriebe  mit hohem Nachtstrombedarf  durch ihre Lüftungsanlagen.

Im Allgemeinen gilt: Je  mehr elektrische Verbraucher  wie Futtermischer oder Hoflader  vorhanden sind, desto höhere  Autarkiegrade sind wirtschaftlich erzielbar.

                                       

                        "Die Hälfte seines Stroms selbst zu erzeugen,
                          ist für jeden Betrieb erreichbar."

Das Projekt zeigte, dass Milchviehbetriebe  mit Melkstand den  höchsten theoretischen Eigenversorgungsgrad  ohne Speicher  erreichen können. Basierend  auf dem Stromlastprofil wurden für den Betriebstyp "Milchviehbetriebe  mit Melkstand" Simulationen  zur Erreichung verschiedener  Energieautarkiegrade  durchgeführt. Die Ergebnisse  zeigen, dass auch ohne Speicher  ein Autarkiegrad von 70% erreichbar ist. Allerdings  wäre dafür rein aus Photovoltaik  eine PV-Anlage mit 600 kWp  nötig. Ein Stromspeicher ist erst  bei Autarkiegraden über 50% sinnvoll. Darunter reicht  eine PV-Anlage zur Eigenstromversorgung  aus. Um einen Autarkiegrad  von 60% zu erreichen, sind beispielsweise bei  einem PV-Speicher-Verhältnis  von 1:1 eine 24 kWp PV-Anlage  und ein 24 kWh Speicher notwendig. Für 70% Autarkie  benötigt man eine 42 kWp PV-Anlage  und einen 42 kWh Speicher. Die zehnprozentige Steigerung  des Autarkiegrades führt  hier zu einer Verdoppelung der  PV-Speicher-Größe.

Aktuell rechnet sich ein Speicher  bis zu 60% Autarkie, solange das Verhältnis von  PV-Leistung (kWp) zu Speicherkapazität  (kWh) kleiner als eins  ist. Die Amortisationszeit liegt  unter zehn Jahren. Wird mehr  Speicherkapazität als PV-Leistung  installiert, verschlechtert  sich die Wirtschaftlichkeit, da  Speicher deutlich mehr kosten als PV-Anlagen.

Entscheidend  für die Wirtschaftlichkeit ist  das Zusammenspiel zwischen  PV-Anlage und Speicher. Sowohl  eine zu kleine PV-Anlage  als auch ein überdimensionierter  Speicher erzielen letztendlich  die gleiche Wirkung: Der  Speicher wird im Verlauf eines Tages und eines Jahres nicht  kontinuierlich ausgelastet, wodurch  die gekaufte Speicherkapazität  nicht optimal genutzt  wird. Als Faustformel sollte die Leistung der PV-Anlage mindestens  1 kWp pro 1.000  kWh Jahresstromverbrauch und  die Kapazität des Batteriespeichers in etwa der Hälfte der PV-Leistung  entsprechen. Ein Betrieb  mit einem Jahresstromverbrauch  von 30.000 kWh sollte demnach eine 30 kWp PV-Anlage  und einen 15 kWh Speicher  installieren, um seinen Autarkiegrad  auf 50 - 60% zu  erhöhen. Höhere Autarkiegrade  erfordern eine weitere Erhöhung  der PV- und Speicherleistung, wobei diese exponenziell  erfolgt und die Wirtschaftlichkeit verschlechtert.

Ein Autarkiegrad von über 60% ist derzeit wirtschaftlich  herausfordernd, aber erreichbar. Durch eine gute Planung  der PV-Anlage sowie die  Elektrifizierung landwirtschaftlicher  Maschinen kann die Unabhängigkeit  weiter gesteigert  werden.
Eine hundertprozentige Autarkie ist aufgrund hoher  Kosten und technischer Limitierungen  im Netzanschluss nicht  realisierbar, doch der Energiemarkt  ist im Wandel. Sinkende Speicherpreise, neue Förderprogramme  und steigende Strompreise  verändern die Bedingungen. Entscheidungen über Speichergrößen  müssen daher regelmäßig  neu getroffen werden. In Zukunft könnten etwa E-Traktoren  mit ihren Batterien  die  Energieunabhängigkeit weiter  erhöhen.

Ein zukünftiges Projekt  wird untersuchen, welche  Chancen sich hier bieten.

Batterie. Lithium-Ionen-Speicher dominieren  den Batteriemarkt in Österreich zu 100%. Alle getesteten Lithium-Ionen-Speicher schnitten  gut ab, jedoch könnte die Entladeleistung  bei einigen Herstellern verbessert werden.

Wärme. Wärmespeicher nützen überschüssigen  PV-Strom, um Warmwasser zu speichern. Der  im Test verwendete E-Heizstab mit intelligenter  Steuerung entlastet die Scheitholzheizung im  Sommer und sorgt für mehr Komfort am Betrieb.

Salzwasser. Salzwasserspeicher gelten  als sehr sicher und umweltfreundlich. Die getestete Natrium-Ionen-Batterie  konnte in der Praxis nicht überzeugen. Der  Hersteller musste Konkurs anmelden.

Eiswasser. Eiswasserspeicher bieten die  Möglichkeit, PV-Strom in Form von Eiswasser  zur Milchkühlung zu speichern. Für den  Praxistest konnte kein Milchviehbetrieb mit  dieser Technologie gefunden werden.

Wasserstoff. Wasserstoffspeicher speichern den PV-Strom mit Hilfe eines Elektrolyseurs  in Form von Wasserstoff. Eine Brennstoffzelle  sorgt für die Rückverstromung. Leider  funktionierte der getestete Wasserstoffspeicher i m praktischen Einsatz nicht wie erwartet.

Strom sparen. Strom, der nicht verbraucht  wird, muss weder erzeugt noch gespeichert  werden. Ein geringer Stromverbrauch  ist somit die Grundlage für alle weiteren  Investitionen in die Energieautarkie. Die  Umsetzung von Energiesparmaßnahmen  spart 20 - 30% Strom ein.

Strom produzieren. Durch die Ausrichtung der  PV-Module in verschiedene Himmelsrichtungen  ist es möglich, über 40% des erzeugten  PV-Stroms direkt zu nutzen. Dank sinkender  Modulpreise werden Fassadenanlagen beliebter, die in den Wintermonaten gute Erträge liefern.

Strom managen. Ein Energiemanagementsystem  versucht, zu jedem Zeitpunkt das  Angebot an Strom mit dem Verbrauch  auszugleichen. Erzeugt die PV-Anlage beispielsweise  mehr als im Betrieb verbraucht  wird, werden Kühlanlagen, Futtermischer oder  Wärmespeicher automatisch zugeschaltet.

Strom speichern. Eine PV-Anlage erzeugt nur  während etwa 4.000 von 8.760 Stunden im Jahr  Strom. Und davon nur rund 1.000 Stunden mit  maximaler Leistung. Die Speicherung verdoppelt  aktuell die Gestehungskosten des PV-Stroms und sollte daher intelligent eingesetzt werden.

Meßtechnik deckt Optimierungspotenziale auf

Milchbauer Franz-Josef Wallner  aus Groß St. Florian hat das Stromspeicherprojekt nicht nur  dazu genutzt, seinen Strombedarf  möglichst selbst zu produzieren, sondern auch möglichst  viel zu sparen. "Mir war vorher  gar nicht so bewusst, welch  große Hebel Stromsparen und  Strommanagement sind“, so  Wallner, der mit einem automatischen  Melksystem 55 Kühe  melkt. Da der Melkroboter  nachts gerne aufgesucht wird, brachte die Installation eines  19 Kilowattstunden (kWh) großen  Lithium-Ionen-Speichers  in Kombination mit der Erweiterung  der vorhandenen 5 kWp-PV-Anlage auf 28 kWp, einen großen Sprung in Sachen  Eigenversorgung. "Wir erreichen  nun 55 - 60% Eigenstromversorgung  im Jahr. Wir  haben uns auch durchgerechnet, was eine weitere Erhöhung  kosten würde, doch da geht die  Kosten-Nutzen-Rechnung nicht  mehr auf“, weshalb Wallner nun  "Stromfresser" durch effizientere  Anlagen tauscht und auch  versucht, Stromspitzen besser zu  verteilen. Große Stromverbraucher  werden so gut wie möglich  in der Zeit der größten Stromproduktion  in Betrieb genommen. Zwei Drittel der PV-Fläche  zeigen nach Süden, ein Drittel in Richtung Osten.

Batterie erhöht Eigenverbrauch deutlich

In der Schweinehaltung verbrauchen  Lüftungsanlagen im Sommer  nachts viel Strom, weshalb  die Photovoltaik-Stromspitzen  nicht so gut ausgenutzt werden  können, wie in der Milchviehhaltung. Stromspeicher können  hier den Eigenversorgungsgrad  deutlich erhöhen.
Anton  Weber aus Dobl-Zwaring hatte  bereits eine Photovoltaik-Anlage  (PV) am Dach, als das Projekt  startete: "Die PV-Anlage war  eine rein wirtschaftliche Überlegung. Aber einen Batterie-Speicher  hätte ich ohne das Projekt  wohl nicht umgesetzt. Die Kosten  sind nicht zu unterschätzen."
Im Zuge des Projektes wurden  am Schweinemastbetrieb  mit 600 Mastplätzen Lithium- Ionen-Batterien mit einer Kapazität  von 18 Kilowattstunden (kWh) installiert. Die PV-Anlage  leistete 18 kWp. "Mittlerweile  habe ich 7 kWp dazu installiert, weil der PV-Strom oft direkt  verbraucht wurde", so Weber, der nun mit 25 kWp seine  18 kWh großen Batterien lädt.
"Eine hohe Eigenversorgung  wäre zwar interessant, aber auch  teuer - vor allem bei den wieder  moderaten Strompreisen", resümiert  Weber. Dennoch ist er  glücklich, einen wesentlichen Teil seines Stromes selbst produzieren  zu können und im Projekt  viel gelernt zu haben.

Essigerzeuger ist auch im Notfall versorgt

Die Direktvermarktung ist in  der Regel durch den Kühlbedarf der Lebensmittel wie gemacht  für Photovoltaik. Verschiedene Anlagen haben auch nachts  Strombedarf, weshalb eine hohe  Eigenversorgung nur durch Speicher  möglich wird.
Bei Thomas  Schaffer aus Birkfeld sind dies  die Anlagen der Essigherstellung, die für eine Grundlast von  2 Kilowatt verantwortlich  sind. "Wir haben vier Photovoltaik- Flächen, die so ausgerichtet  sind, dass sie jeweils in der Früh, zu Mittag, am Nachmittag sowie  am Abend optimal produzieren. So erreichen wir auch im Winter  bis zu 8 Kilowatt“, freut sich  Schaffer, der im Zuge des Projektes  seine bestehende PV-Anlage  auf 16 kWp erweiterte. Um  die Grundlast abzudecken und  zugleich 24 Stunden Notstromversorgung zu erreichen, installierte  er einen Lithium-Ionen- Speicher mit knapp 20 Kilowattstunden  (kWh) Kapazität. Dieser  kann bei einem Stromausfall  automatisch auf Notbetrieb mit  maximal 5 kW Leistung umschalten. "Im Produktionsprozess  darf es keine Unterbrechungen  geben", gibt Schaffer zu bedenken. Diesen Sommer installiert  er eine kleine Windturbine  mit 1 kWp, um auch bei  Schlechtwetter etwas eigenen Strom zu haben.

Elektrischer Mischer und Melkstand in Miesenbach

Franz Narnhofer aus Miesenbach  führt mit seiner Familie  einen Milchviehbetrieb mit 30  Kühen. Der Stromverbrauch des  Familienbetriebes beträgt jährlich  41.500 kWh. Der neue elektrische  Futtermischer läuft während der Photovoltaik-Erzeugungszeiten, um Eigenstromverbrauch  zu maximieren. "Der alte  Mischer musste ohnehin ersetzt  werden. Mit eigenem Strom  machte dieser Sinn", so Narnhofer.
Im Projekt wurde auf dem  Süd-Dach des Stalldachs eine  PV-Anlage mit 19,8 kWp und  ein Speicher von 17,6 kWh installiert. Die PV-Anlage erzeugt etwa 26.000 kWh Strom. Davon  werden 85% am Hof genutzt. Der Speicher erhöht die  Eigenversorgung um 10% und wird 220-mal pro Jahr  vollständig be- und entladen. Der Autarkiegrad beträgt 54%.
"Wir wollen die PV-Fläche  noch ausweiten, um den Speicher  besser füllen zu können  und auch bei bedecktem Wetter  mehr Strom zu erzeugen", gibt  Narnhofer Einblick in seine Pläne.
Die Überschusseinspeisung  ist auf 20 kW begrenzt, da das  Stromnetz in der Region nicht  mehr aufnehmen kann. "Das  ist schade, weil wir am Berg eine  sehr gute Ausbeute aus unserer  PV-Anlage haben", bedauert  Franz Narnhofer.