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.
Praxistest
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.
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."
Melkstand-Betriebe
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.
Wirtschaftlichkeit
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.
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.
Was möglich ist
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.
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.
Speicherformen im Projekt
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.
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.
Zuerst sparen, dann speichern
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.
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.
Melkroboter: Sparen ist schlauer als speichern
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.
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.
Schweine: Die Lüftung läuft auch nachts
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.
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.
Direktvermarktung: Batterie deckt Grundlast
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.
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.
Milchviehbetrieb ideal für hohen Eigenverbrauch
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.
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.