Optimierung einer Solaranlage
Analyse und Optimierung einer Photovoltaikanlage auf einem Wohngebäude hinsichtlich Effizienz, Wirts
Wie lässt sich der Strom einer bestehenden Photovoltaikanlage in einem Mehrfamilienhaus effizienter nutzen? Diese Diplomarbeit untersucht die Energieproduktion und den Verbrauch eines Gebäudes in Naters und vergleicht theoretische Erträge mit realen Messdaten. Auf Basis der Analyse wurde ein eigener Zusammenschluss zum Eigenverbrauch umgesetzt, inklusive Messsystem, interner Energieverteilung, Datenbank und Weboberfläche. Ziel war es, den lokal erzeugten Solarstrom besser im Gebäude zu nutzen un
Ausgangslage
Auf dem Mehrfamilienhaus ist eine Photovoltaikanlage mit 36 Modulen und einer installierten Leistung von 15,12 kWp installiert. Das Gebäude besteht aus fünf Wohnungen, einer Werkstatt und dem Allgemeinbereich.
Ursprünglich wurde der erzeugte PV-Strom hauptsächlich für den Allgemeinstrom genutzt. Überschüssige Energie wurde in das öffentliche Netz eingespeist, während die Wohnungen und die Werkstatt gleichzeitig weiterhin Strom aus dem Netz beziehen konnten.
Dadurch entstand die zentrale Fragestellung der Diplomarbeit: Wie kann die vorhandene Solarenergie innerhalb des Gebäudes besser genutzt und auf mehrere Verbraucher verteilt werden?
Analyse der Photovoltaikanlage
Als Grundlage wurde zuerst die bestehende PV-Anlage technisch erfasst und dokumentiert. Anschliessend wurde der theoretische Energieertrag mit standortbezogenen Einstrahlungsdaten berechnet.
Für die Anlage ergibt sich ein theoretischer Jahresertrag von rund 17’824 kWh. Die reale Energieproduktion wurde anschliessend mit eigenen Messdaten erfasst und mit den theoretischen Werten verglichen.
Zusätzlich wurde der Stromverbrauch der einzelnen Bereiche untersucht. Dabei zeigte sich, dass der Allgemeinstrom den grössten Verbrauchsanteil verursacht. Gleichzeitig wurde deutlich, dass sich PV-Produktion und Stromverbrauch zeitlich nicht immer decken. Während die PV-Anlage ihre höchste Produktion hauptsächlich um die Mittagszeit erreicht, besteht auch am Morgen und am Abend ein hoher Energiebedarf.
Umsetzung des ZEV
Aus den Ergebnissen der Analyse wurde ein Zusammenschluss zum Eigenverbrauch umgesetzt.
Die einzelnen Verbrauchsbereiche werden weiterhin separat gemessen. Insgesamt werden sieben Verbraucher sowie die PV-Produktion und der Energieaustausch mit dem öffentlichen Netz erfasst.
Die Energiezähler kommunizieren über Modbus RTU und RS485 mit einem Raspberry Pi. Dort werden die Messdaten verarbeitet und in einer SQLite-Datenbank gespeichert.
Eine entwickelte Verteilungslogik ordnet die verfügbare PV-Energie den gleichzeitig aktiven Verbrauchern zu. Nicht benötigte PV-Energie wird als Einspeisung erfasst, während nicht durch die PV-Anlage gedeckter Verbrauch dem Netzbezug zugeordnet wird.
Weboberfläche
Für die Kontrolle und Auswertung wurde zusätzlich eine Weboberfläche entwickelt.
Über die Weboberfläche können unter anderem die einzelnen Verbraucher, die PV-Anteile, der Netzbezug sowie verschiedene Abrechnungszeiträume angezeigt werden.
Dadurch können die Messdaten nicht nur technisch kontrolliert, sondern auch als Grundlage für die interne Abrechnung des ZEV verwendet werden.
Ergebnis und Mehrwert
Mit der Umsetzung des ZEV kann der erzeugte Solarstrom innerhalb des Gebäudes von mehreren Verbrauchern genutzt werden.
Dadurch wird die lokal erzeugte Energie besser genutzt und die gleichzeitige Situation von PV-Einspeisung und Netzbezug innerhalb des Gebäudes reduziert.
Die aufgebaute Mess- und Dateninfrastruktur bietet zudem eine Grundlage für weitere Optimierungen. Dazu gehören beispielsweise eine intelligente Verbrauchersteuerung, eine langfristige Analyse des Eigenverbrauchs sowie die spätere Bewertung und Dimensionierung eines Batteriespeichers.
Die Diplomarbeit zeigt, dass bei einer bestehenden PV-Anlage nicht nur die installierte Leistung entscheidend ist. Ein wichtiger Optimierungshebel liegt auch darin, die bereits erzeugte Solarenergie möglichst sinnvoll innerhalb des Gebäudes zu verteilen und zu nutzen.
Besar Ajeti
Ich bin gelernter Elektroinstallateur EFZ und absolviere die Weiterbildung zum dipl. Techniker HF Elektrotechnik an der TEKO Bern.
ajeti.besaro2@gmail.com
+41 79 900 56 83
