Energiesparserie: Wie Sonne Energie sparen hilft

Über ein großes Kraftwerk und direkte Einspeisung kann man nachdenken, wenn für die Photovoltaik-Anlage genügend geeignete Dachfläche zur Verfügung steht und der Netzanschluss über den Trafo in adäquater Entfernung ist. Aufgrund der hohen Investitionskosten ist eine große Photovoltaik-Anlage aber nur für jene Betriebsleiter interessant, die in diesen Zweig stark investieren wollen. Ansonsten sind kleinere bis mittelgroße PV-Anlagen bis zur maximal möglichen Größe des Netzbetreibers überlegenswert.

Der jährliche Stromverbrauch in einem landwirtschaftlichen Betrieb hängt vom Betriebszweig und der Betriebsgröße ab. Der Stromverbrauch ist bei intensiv tierhaltenden Betrieben, bei Obst- und Gemüsebauern, bei Direktvermarktungsbetrieben und bei Weinhauern hoch.

Gerade in einem landwirtschaftlichen Betrieb sollte Zeit in die Planung der Photovoltaikanlage investiert werden. Wie groß sollte diese sein, und welches Dach kommt dafür infrage? Auch Leitungslängen, die Ammoniakproblematik bei tierhaltenden Betrieben, die Verschmutzung der Module, die Verschattung, der Netzzugang, die Notstromfähigkeit und den Stromspeicher sollte man ebenfalls bedenken. Je nach den unterschiedlichen Betriebszweigen und deren Größe, sind die Stromverbräuche und die Stromlastkurven sehr unterschiedlich. Die eigene Lastkurve zu kennen, ist ein wichtiger Grundbaustein für die Planung der Größe der PV-Anlage. Wer bereits einen digitalen Stromzähler verbaut hat, kann diese Lastkurven sehr einfach im Internet auf der jeweiligen Kundenportalseite des Netzbetreibers freischalten lassen.

Je besser der Stromverbrauch mit der Leistungskurve einer PV-Anlage übereinstimmt, desto höher kann die Eigenverbrauchsquote werden.

Immer mehr Haushalte und Betriebe verbauen Speichersysteme, um den von der Photovoltaikanlage erzeugten Strom in den Abend- und Nachtstunden, bei Tagesspitzen und an bewölkten Tagen verwenden zu können. Notstromfähige Speichersysteme überbrücken auch Zeiten mit Stromausfall. Hier müssen bereits in der Planung die richtigen Komponenten berücksichtigt werden, die diesen Notstrombetrieb auch durchführen können. Danach definiert man die bei Stromausfall wichtigsten Stromverbraucher, damit diese im Notstrombetrieb angesteuert werden können. Dies sind zum Beispiel Lüftungsventilatoren, Fütterungs- und Kühlanlagen, Wasserpumpen oder Ähnliches. Technisch und auch wirtschaftlich sind mittlerweile Lithium-Ionen-Akkumulatoren das Maß der Dinge. Die Wahl der richtigen Speichergröße, die Einbindung in die PV-Anlage und das Hausnetz gekoppelt mit der Fähigkeit, Notstrom zu liefern, setzen ein hohes Maß an Wissen der ausführenden Firma voraus.

Auch Elektrofahrzeuge speichern Strom. Ein Elektroauto am landwirtschaftlichen Betrieb kann man tagsüber immer wieder ans Netz anschließen, damit es Sonnenstrom aufnimmt. Gleiches gilt auch für elektrisch betriebene Zweiräder oder Elektrostapler. Sehr interessante Stromspeicher sind elektrisch betriebene Hoftracs und Lader.

Energiemanagementsystemen können bestimmte Stromverbraucher ganz gezielt einschalten, wenn die PV-Anlage mehr Leistung bringt als derzeit am Betrieb verbraucht wird. Bespiele für solche Verbraucher sind Futtermischanlagen, Warmwasserspeicher, Kühlanlagen, stationäre Rührwerke und Elektrofahrzeuge. Natürlich kann man diese Verbraucher bei Sonnenschein auch von Hand einschalten. Jeder elektrische Verbraucher, der von den Morgen- oder Abendstunden in die Mittagszeit verlegt werden kann, erhöht den Eigenstromverbrauch der PV-Anlage.

Grundsätzlich hat eine südseitig ausgerichtete PV-Anlage den höchsten Jahresstromertrag. Der erzeugte Strom kann jedoch gerade in der Mittagszeit, wenn die PV-Anlage am meisten Strom erzeugt, oft nicht verbraucht werden. Im Gegenzug dazu ist der Stromverbrauch in den Vormittags- und Abendstunden meist höher als die erzeugte Strommenge. Dies hat einen geringeren Eigenstromverbrauch zur Folge. Die Ausrichtung der PV-Anlage auf ein Ost- oder Westdach kann in manchen Fällen von Vorteil sein und den Eigenstromverbrauch erhöhen. Die südseitig ausgerichtete Anlage hat zwar bei einer durchschnittlichen Dachneigung einen um etwa 15% höheren Jahresstromertrag. Die ost-westseitig ausgerichtete Anlage verlängert jedoch die Sonnenstromproduktion über den Tag und vermeidet hohe Stromspitzen in der Mittagszeit. Wichtig beim Bau einer ost-westseitig ausgerichteten Anlage ist es, keine zu steilen Dächer zu haben. Ein steiles Dach verschattet Teile der Anlage in den Morgen- und Abendstunden und senkt damit wiederum den Jahresertrag.

Das Tolle am "Baukastensystem Photovoltaik“ ist, dass die Anlage relativ einfach erweiterbar ist. Verändert sich der Stromverbrauch, zum Beispiel durch Vergrößerung, durch den Aufbau eines neuen Betriebszweiges, durch die Anschaffung eines Elektrofahrzeuges oder eines Elektrospeichers, so kann eine zusätzliche PV-Anlage gebaut werden, die genau diesen Mehrverbrauch wieder abdecken kann. Genügend Dachfläche ist bei den meisten Betrieben ohnehin vorhanden. Keine andere Form der Erneuerbaren Energie kann so einfach und individuell an den Energieverbrauch des Betriebes angepasst werden.

Derzeit schwanken die Strompreise im Ein- und Verkauf sehr stark. Wirtschaftlichkeitsberechnungen sind derzeit daher schwierig. Langfristig gesehen wird der selbst verbrauchte Strom immer einen großen Stellenwert haben, da man diesen nicht zukaufen muss und somit auch keine Netzkosten, Gebühren und Steuern anfallen. Es zeigt sich also, dass eine PV-Anlage in einem landwirtschaftlichen Betrieb auch in Zukunft sinnvoll und wirtschaftlich gebaut werden kann. Beginnen Sie mit einer Fachfirma, Ihre Anlage zu planen. Diese Planung muss immer der erste Schritt zur PV-Anlage sein. Danach stellt die Fachfirma den Antrag an den Netzbetreiber, eine PV-Anlage an Ihrem Standort mit der Größe X zu bauen. Erst wenn der Netzbetreiber sein OK in Form des Zählpunktes vergibt, kann im dritten Schritt eine Förderung beantragt werden.

Eine PV-Anlage, die mit Standardkomponenten gebaut wird, ist nicht notstromfähig und funktioniert daher bei einem Stromausfall nicht. Der Wechselrichter muss bei einem Stromausfall die Produktion der PV-Anlage herunterfahren, damit ein Stromfluss in das abgeschaltete Stromnetz unterbunden wird. Wenn man eine PV-Anlage notstromfähig haben möchte, muss man die spezielle Notstromeigenschaften der Anlage bereits einplanen. In diesem Fall wird ein Wechselrichter verbaut, der im Notstrombetrieb einen Inselbetrieb hochfahren kann. Diese Wechselrichter bezeichnet man auch als Insel- oder Hybridwechselrichter. Weiters ist eine Netztrennschaltung einzubauen, um einen Stromfluss in das Netz zu unterbinden. Oft werden eine Netzüberwachung und ein Stromspeicher mitverbaut, um die Notstromeigenschaften der Anlage zu verbessern.

Stromspeicher sind nicht darauf ausgelegt, die Stromversorgung für sehr große elektrische Verbraucher, wie zum Beispiel Melkanlagen, Fütterungen oder Heukräne über einen längeren Zeitraum zu gewährleisten.

Für den autarken Betrieb solcher Verbraucher müsste ein extrem leistungsfähiger und großer Speicher installiert werden, dessen Kosten nach heutigem Stand in keiner Relation zum Nutzen stehen. Außerdem kann speziell an trüben Herbst- und Wintertagen nicht gewährleistet werden, dass die Photovoltaikanlage genug Strom produziert, um den Speicher wieder zu befüllen und somit den Notstrombetrieb aufrecht zu erhalten.

Speziell für tierhaltende Betriebe ist daher ein Zapfwellenaggregat die einfachste und kostengünstigste Variante, einen Notstrombetrieb auch über Tage hinweg aufrecht zu gewährleisten, egal welches Wetter vorherrscht.

Einzelne, auch sehr kleine Fehler an einer Photovoltaikanlage können sich auf die Leistungsfähigkeit der Gesamtanlage sehr stark auswirken. Dies ist der Serienverschaltung der einzelnen Zellen in den Modulen und der einzelnen Module zu einem Gesamtstrang geschuldet. Weist nun in einem Strang von, zum Beispiel zehn Modulen, eine Zelle eines einzelnen Modules einen Fehler auf, so kann das die Leistungsfähigkeit des gesamten Stranges hemmen. Hohe Ertragsverluste der Gesamtanlage folgen. Aus diesem Grund ist es bei einer PV-Anlage sehr wichtig, auch kleine Fehler zu finden und zu beheben. Diese Fehler findet man aber nur mit spezieller Ausrüstung.

Früher wurden meist nur große Freiflächen- oder Aufdachanlagen mit einer Infrarotkamera inspiziert. Diese Kameras waren in der Regel handgeführt, die Inspektion daher gerade bei Dachflächen teilweise sehr aufwendig. Oft wurde mit Hubsteigern oder ähnlichen Geräten gearbeitet, um die Kamera in den richtigen Winkel zur PV-Anlage bringen zu können.

Große, leistungsfähige Drohnen bringen nun auch schwere Infrarotkameras relativ einfach in den richtigen Winkel über eine PV-Anlage. Damit wird eine Drohneninspektion für jeglichen Anlagentyp möglich. Die Infrarotkamera macht Bilder der Anlage. Diese Bilder werden mit einem Computerprogramm nachbearbeitet. Hier zeigen sich mögliche Wärmeunterschiede in den einzelnen Zellen, die mit freiem Auge oder einer normalen Wärmebildkamera nicht erkennbar sind. Aufgrund der, von der Infrarotkamera detektierten Wärmeunterschiede, kann man mögliche Schäden an einzelnen Zellen, einzelnen Substrings, des ganzen Moduls oder von ganzen Strängen aufspüren. Oft sind es nur Kleinigkeiten, die man rasch reparieren kann, wie zum Beispiel eine kaputte Bypass-Diode in der Anschlussdose des Moduls. Auch schadhafte Kabel oder kaputte Siliziumzellen können Ursachen für die unterschiedlichen Erwärmungen sein.

Empfehlenswert ist es, eine PV-Anlage bereits nach der Errichtung zu überfliegen. So kann man Schäden erkennen, die bereits beim Errichten der Anlage oder beim Transport der Module entstanden sein könnten. Im laufenden Betrieb kann ein Leistungsunterschied an einzelnen Strängen oder ein Leistungsabfall der Gesamtanlage ein Indiz für kleinere oder größere Fehler an der PV-Anlage sein.

Die Serie "Energiesparen in der Landwirtschaft“ nimmt den Energieverbrauch am landwirtschaftlichen Betrieb unter die Lupe. In sieben Teilen informieren Sie unsere Experten, wo es vom Treibstoff bis zum Notstrom, vom Haus bis zum Feld Möglichkeiten gibt, Energie einzusparen, effizienter zu nutzen und dabei zugleich das Klima zu schützen.

Hier die bereits erschienenen Artikel der siebenteiligen Serie im Überblick:
Energiesparserie 1. Teil: Wie man effektiv Treibstoff spart
Energiesparserie 2. Teil: Bei Licht Energie sparen
Energiesparserie 3. Teil: Wie man mit Digitalisierung am Hof energieeffizienter arbeitet
Energiesparserie 4. Teil: Energieeffizienz in der Geflügel- und Schweinehaltung
Energiesparserie 5. Teil: Mit Brennholz und modernen Heizkesseln Energie sparen
Energiesparserie 6. Teil: Die "Energiefresser“ im Rinderstall aufspüren