Smart Grid Arzberg Traditional Cache

Der Stadtteil Schlottenhof besitzt bereits jetzt eine hohe Anzahl von PV-Dachanlagen. Bei weiterem zukünftigem Ausbau regenerativer Erzeuger müssen Netzkapazitäten erweitert werden, um Einspeisespitzen abdecken zu können. Zum Ausgleich der fluktuierenden Erzeugung und zum Glätten der Netzspitzen bedarf es eines intelligenten Zusammenspiels von kurzfristigen Speichern zur Netzstabilisierung, langfristigen Speichern zur saisonalen Verschiebung von elektrischer Energie und zuverlässigen Systemen zur Wetterprognose sowie des zu erwartenden Verbrauchs.Das Testfeld in Schlottenhof beherbergt eine Reihe von Komponenten, anhand derer kontrolliert erneuerbare Energien im Stromnetzgebiet bereitstellt werden können. In der Leitwarte werden Messwerte aller Systeme zusammengefasst, ausgewertet und in Steuersignale umgerechnet. Basis für die Steuerung bildet die in den PV-Systemen erzeugte Energie. Größere PV-Anlagen können bei unkontrollierter Einspeisung der erzeugten Energie das Stromnetz überlasten. Daher stehen zur Zwischenspeicherung der erzeugten Energie zwei Speichersysteme zur Verfügung. Kurzfristige Pufferung von Energie ist mit dem RedOx-Flow-Akkumulator möglich. Eine längerfristige saisonale Speicherung wird mit Wasserstoff als Trägerstoff in der Wasserstoff-Baugruppe  ermöglicht. Durch die messtechnische Anbindung des Testfeldes an das Verteilnetz Schlottenhof, ist eine bedarfsgerechte netzdienliche Einspeisung der erzeugten Energie möglich. Die dafür nötige Intelligenz für die Regelung der genannten Komponenten wird im Projekt Smart Grid Solar erforscht und im Testfeld erprobt.

In der Leitwarte fließen alle wichtigen Informationen über die technischen Anlagen zusammen und werden an einen Server zur Datenspeicherung weitergeleitet. Darauf aufbauend können alle Komponenten auf dem Testfeld angesteuert und geregelt werden. Hierfür wird auch ein Wetterprognosesystem eingesetzt, welches die lokale Einstrahlung mit dem Wolkenzug abgleicht. Die damit erhobenen zeitlich hoch aufgelösten Prognosewerte sind wesentliche Eingangsgrößen für die Regelung der Testfeldkomponenten.

Hier auf dem Testfeld werden moderne Solarmodule unterschiedliche Technologien hinsichtlich ihrer Lebensdauer und die Einspeisung in das Stromnetz untersucht. Folgende Solarmodultechnologien sind dabei auf dem Testfeld installiert: mono- und polykristallines Silizium, Cadmium Tellurid Dünnschicht Solarmodule, mikromorphes Silizium, Heterojunction with Intrisnsic Thin layer (HIT) Solarmodule, Kupfer-Indium-Diselinid (CIS) Dünnschichtmodule und polykristalline Solarmodule mit Pyramid-frontglas. Durch zwei unterschiedlich ausgerichtete Aufständerungen kann zudem der Einfluss auf die zeitliche Verschiebung der Einspeiseleistung berücksichtigt werden.

Nachgeführte Solarsystem richten die darauf installierten Solarmodule nach der Sonne aus und nutzen dadurch einen größeren Anteil der Direkteinstrahlung. Die beiden Anlagen auf dem Testfeld führen die Module vollautomatisch der astronomischen Sonnenbahn am Standort nach. Dazu können die beiden Tracker um 270° gedreht und im Bereich von 12° bis 78° geneigt werden, wodurch pro Jahr etwa 30 % mehr Energie er-zeugt wird als bei nach Süden ausgerichteten Photovoltaikanlagen. Ein weiterer Vorteil von Trackern ist zudem die konstantere Energiebereitstellung über den Tag, was zu einer höheren Deckung des Energiebedarfs in den Morgen- und Abendstunden führt.

Das Prinzip der Elektrolyse nutzt elektrische Energie, um Wasser in seine elementaren Bestandteile zu spalten. Der dadurch gewonnene Wasserstoff (H2) kann aufgrund seines hohen Brennwertes große Mengen an Energie bei entsprechender Lagerung sogar verlustlos speichern. Neben der energieintensiven Speicherung als komprimiertes H2-Gas kann Wasserstoff auch in flüssigen, organischen Trägermedien (LOHC) chemisch gebunden werden. Hier am Testfeld kommt dafür Marlotherm zum Einsatz. Wird später die darin gespeicherte Energie benötigt, kann der Wasserstoff durch Wärmezufuhr wieder aus dem LOHC gelöst wer-den und einer Brennstoffzelle zugeführt werden. Die Brennstoffzelle erzeugt durch die Umwandlung des Wasserstoffs mit Luft elektrischen Strom, der wieder ins Netz zurück gespeist werden kann. Dabei entsteht erneut reines Wasser.

Redox-Flow-Akkumulatoren speichern Energie in Form chemischer Verbin-dungen mit unterschiedlichen Oxidationsstufen. Die Anlage auf dem Testfeld nutzt dazu in schwefelsaurem Elektrolyt gelöste Vanadiumsalze. Es gibt zwei getrennte Kreisläufe, in denen je eine Hälfte der Lösung zirkuliert. Die Größe der jeweils an einem Kreislauf angeschlossenen Tanks bestimmt die Speicher-kapazität des Redox-Flow-Systems. Chemisches Herzstück der Anlage ist der durch eine Membran in zwei Hälften getrennte Reaktionsteil, die stacks. In den beiden Halbzellen laufen in Abhängigkeit davon, ob gerade elektrisch be- oder entladen wird, jeweils ein Oxidation und Reduktion ab. Die Größe der Stacks bestimmt die Leistung des Speichers. Die beiden Vorgänge sind reversibel und können beliebig wiederholt werden, weshalb Redox-Flow-Systeme eine hohe Lebensdauer besitzen. Die drei Gildemeister-Systeme auf dem Testfeld können dabei eine Energiemenge von 390 kWh speichern und eine Leistung von 90 kW aufnehmen bzw. abgeben.