Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) hat den größten deutschen Solarstrom-Speicher-Park in Betrieb genommen. Er besteht aus mehr als 100 einzelnen Solarstromanlagen in unterschiedlichsten Systemkonfigurationen. So sind die einzelnen Systeme unterschiedlich ausgerichtet, sind mit verschiedenen Neigungswinkeln aufgeständert und bestehen aus unterschiedlichen Modulen. Dazu kommen noch verschiedene Wechselrichter und Speicher. Gesteuert von neuartigen Prognoseverfahren speichern die Anlagen so den Strom aus der Sonne in den Batterien. Damit werden sowohl die Erzeugungsspitzen am Mittag abgeflacht als und der Solarstrom für den spätere Bedarf am Abend oder Nachts gespeichert. Mit den Versuchsanlagen will das KIT herausfinden, wie das bestmögliche System aussieht, um die Generatoren in das Stromnetz zu integrieren. „In diesem Solarstrom-Speicher-Park entwickeln wir mit unseren Partnern zukunftsweisende Lösungen und Systemkonfigurationen, die auf einem globalen Markt bestehen können“, erklärt Holger Hanselka, Präsident des KIT. „Diese neue Forschungsinfrastruktur erlaubt es uns, in einem relevanten Maßstab das Zusammenspiel der neuesten Generationen von Solarmodulen, Stromrichtern und Lithium-Ionen-Batterien zu untersuchen“, ergänzt Olaf Wollersheim, Projektleiter am KIT. „Ein flächendeckender Ausgleich von Stromerzeugung und Bedarf wäre ein wichtiger Baustein für die Energiewende.“
Anforderungen an Wechselrichter untersuchen
Ständig erfassen die Forscher am KIT die Leistungsdaten aus den verschiedenen Systemen und analysieren sie hinsichtlich ihrer Eignung für den netzdienlichen Betrieb. „Wir wollen damit einen Beitrag zu einer wissenschaftlich fundierten Strategie zum Ausbauziel von 50 Prozent erneuerbarer Stromerzeugung bis 2030 leisten“, sagt Wollersheim. Zentrales Element sind dabei nicht nur die Speicher, sondern vor allem die Wechselrichter. Die leistungselektronischen Bauteile sind das Bindeglied zwischen den Solarmodulen, den Speichern und dem Netz. „An der neuen Anlage können wir die verschiedenen Anforderungen an die Wechselrichter durchspielen“, erklärt Werner Palm, Geschäftsführer von Kostal Solar Electric. Der Wechselrichterhersteller aus Freiburg hat die gesamte Leistungselektronik für die Anlagen geliefert. „Mit diesem Testfeld eröffnet sich für uns ein hervorragender Vorteil für die innovative und marktgerechte Weiterentwicklung unser Wechselrichter“, betont Palm. „Dieser Vorteil zahlt direkt auf unseren Markenanspruch ,Intelligent verbinden‘ ein.“
Mit einem ähnlichen Projekt will auch der Wechselrichterhersteller SMA die Integration der Wechselrichter in das Stromnetz verbessern. Die Niestetaler haben eine 3,2-Megawatt-Anlage aufgebaut. Damit will das Unternehmen das eigene Utility Power-System erproben. Es besteht aus einem Zentralwechselrichter, einem Mittelspannungsblock und der Gleichstromtechnik. Zusätzlich will SMA mit der Anlage auch Batteriespeicherlösungen erproben und Erfahrung in der Anwendung der neuen 1.500 Volt-DC-Technik sowie der Regelung von Solarparks sammeln.
Investition zahlt sich aus
Den erzeugten Solarstrom werden sowohl das KIT als auch SMA selbst verbrauchen. Das Wissenschaftsinstitut wird damit unter anderem große Forschungsgeräte in den Gebäuden des Campus‘ Nord des KIT betreiben. Insgesamt können die Anlagen etwa zwei Prozent des gesamten Strombedarfs des KIT decken, wenn die Ertragsprognose aufgeht. Damit sparen die Karlsruher immerhin etwa 200.000 Euro Stromkosten pro Jahr. So wird das KIT die Investitionskosten von 1,5 Millionen Euro innerhalb von 7,5 Jahren wieder eingespielt haben. Danach produziert die Anlage Gewinne. Die Lebensdauer der Anlagen ist auf 20 Jahre ausgelegt.
SMA hat eine eigene Mittelspannungsleitung zwischen dem Solarpark und dem benachbarten Werk 3 gelegt. Der überschüssige Strom wird in das öffentliche Netz eingespeist. Über eine Kooperation mit den Stadtwerken Kassel kann SMA diesen Strom bilanziell in den anderen Produktionslinien in Niestetal nutzen. „Damit erhöht SMA den Anteil der dezentral am Standort erzeugten regenerativen Energie im Verhältnis zum Stromverbrauch deutlich“, betont das Unternehmen.
Systemischer Ansatz
Der solare Forschungspark in Karlsruhe wurde im Rahmen des KIT Projektes Competence E entwickelt und aufgebaut. Neben dem KIT und Kostal ist noch der Modulhersteller und Systemanbieter Solarwatt aus Dresden am Projekt beteiligt. Im Projekt Competence E untersucht das KIT verschiedene Batteriematerialien und elektrische Speicher. Dazu kommen noch Untersuchungen zu batterieelektrischen Fahrzeugantriebs- und stationäre Energiespeichersysteme. Damit verfolgt das KIT einen systemischen Ansatz. Das Projekt zielt darauf ab, industriell anwendbare Lösungen und Produktionsverfahren zu entwickeln und zu verbessern. „Dank der Integration entlang der Wertschöpfungskette soll das ehrgeizige Ziel angegangen werden, bis 2018 Batteriesysteme zu fertigen, die eine Energiedichte von 250 Wattstunden pro Kilogramm bei Kosten von 250 Euro pro Kilowattstunde aufweisen“, erklären die Karlsruher Wissenschaftler. „Damit wird ein wichtiger Schritt in Richtung Energiewende und Klimaschutzziele umgesetzt: eine erhöhte Speicherfähigkeit für stationäre Speicher zum Ausgleich der Fluktuation von erneuerbaren Energien sowie eine Verlängerung der Reichweite von Elektrofahrzeugen zur Erhöhung der Akzeptanz.“
