Was versteht man unter Eigenverbrauch?

Der Eigenverbrauch von lokal erzeugter erneuerbarer Energie wie PV-Erzeugung ist das Geschäftsmodell, bei dem das Gebäude den von den lokalen Quellen erzeugten Strom für seinen eigenen Strombedarf nutzt und somit als Erzeuger und Verbraucher oder Prosumer agiert. Der Eigenverbrauch wird in den 2020er Jahren aus mehreren Gründen zum bevorzugten Geschäftsmodell:

• Der Eigenverbrauch bietet oder wird bald größere wirtschaftliche Unabhängigkeit und eine Optimierung der Energierechnungen bieten
• Der Eigenverbrauch ermöglicht es Gebäudenutzern, ihre eigene Dekarbonisierte Energie zu nutzen
• Eigenverbrauch bietet eine größere Unabhängigkeit vom Netzbetreiber und Stromtarifschwankungen

Warum wirkt sich der Eigenverbrauch auf die Elektroinstallation des Gebäudes aus?

Abb. K45 – Eine Photovoltaik-Anlage kann direkt an das elektrische Verteilnetz angeschlossen werden [a] oder an die Elektroinstallation im Gebäude angeschlossen und für den Eigenverbrauch genutzt werden [b].

• 

  [a] PV-Erzeugung, die vollständig in das Verteilnetz eingespeist wird

• 

  [b] PV-Erzeugung für den Eigenverbrauch

BEI DER EINSPEISUNG IN DAS VERTEILNETZ SIND DIE PHOTOVOLTAIKANLAGE UND DIE ELEKTROINSTALLATION IM GEBÄUDE GETRENNT UND UNABHÄNGIG, siehe Abb. K45 - [a]

Wenn die PV-Erzeugung vollständig in das Verteilnetz eingespeist wird, wird die PV-Anlage nicht an das elektrische Verteilnetz im Gebäude angeschlossen, siehe Abb. K45 - [a] (auch wenn die Anschlusspunkte in dem gleichen Schaltschrank sein können). Obwohl Teil derselben physischen Infrastruktur, sind die PV-Anlage und die Elektroinstallation im Gebäude zwei unabhängige und autonome elektrische Einheiten. Die in das Verteilnetz eingespeiste PV-Erzeugung und der Energieverbrauch des Gebäudes werden von zwei unabhängigen Zählern oder von einem Zwei-Richtungszähler gemessen. Die PV-Anlage erfordert ein Minimum an Steuerungsfunktionen, die normalerweise von den PV-Wechselrichtern übernommen werden, und hat keinen Einfluss auf die Gebäudesteuerung. Die PV-Installationsregeln werden durch IEC 60364-7-712 (VDE 0100-712) , den NS-Anschlussbedingungen VDE-AR-N 4100 und für Erzeugungsanlagen VDE-AR-N 4105 für die elektrischen Anlagen definiert.

BEI EIGENVERBRAUCH IST DIE PV-ANLAGE TEIL DER ELEKTROINSTALLATION DES GEBÄUDES, siehe Abb. K45 - [b]

In diesem zweiten Fall (siehe Abb. K45 - [b]), erfolgt der Anschluss der PV-Anlage an die Elektroinstallation im Gebäude hinter dem Verbrauchszähler. Die PV-Anlage ist Teil der Gebäudeinstallation und daher sind ihre Dimensionierung, ihr System nach Art der Erdverbindung und ihre Schutzeinrichtungen von der Elektroinstallation im Gebäude abhängig. Die Integration der PV-Anlage kann auch Änderungen in den anderen Teilen der Elektroinstallation im Gebäude erfordern.

BEI EIGENVERBRAUCH KÖNNEN ZUSÄTZLICHE ERZEUGUNGSQUELLEN ODER ENERGIESPEICHER HINZUGEFÜGT WERDEN, WAS DIE TÜR ZUM INSELBETRIEB ÖFFNET, siehe Abb. K46 unten

Abb. K46 – PV-Erzeugung und Energiespeicher für den Eigenverbrauch im Inselbetrieb
(= vom Verteilnetz getrennt)

Was ändert sich bei der Integration der PV-Erzeugung für den Eigenverbrauch?

Es gibt drei grundlegende Veränderungen, die auftreten, wenn die Entscheidung getroffen wird, die von PV-Modulen erzeugte PV-Energie selbst zu verbrauchen:

• Die Elektroinstallation wird nicht mehr aus einer einzigen Quelle versorgt, sondern aus zwei oder mehr Quellen, die parallel zur Netzversorgung arbeiten
• Jede lokale Quelle erzeugt Energie (oder nicht, je nach Bedingungen), was bedeutet, dass die Anlage je nach Kombination der Energiequellen über mehrere Betriebsarten verfügt
• Die Photovoltaik-Module erzeugen am Ausgang Gleichstrom (DC) und verwenden Wechselrichter, um ihn in Wechselstrom (AC) umzuwandeln

Abb. K47 – Anlage zur Integration von erneuerbarer PV-Erzeugung für den Eigenverbrauch

Folglich wirft der Eigenverbrauch von durch PV erzeugter Energie wichtige technische Überlegungen bei der Planung der elektrischen Gebäudeinstallation auf, wie z. B.:

• Wo soll die Photovoltaik-Erzeugung angeschlossen werden?
• Wie berechnet man die Systemparameter der Installation?
• Wie dimensioniert man eine Elektroinstallation im Gebäude mit PV-Erzeugung?
• Wie schützt man eine Gebäudeelektrik mit integrierter PV-Erzeugung?
• Wie werden die Photovoltaik-Anlage und die Gebäudelasten gesteuert?

Die aus lokalen Quellen erzeugte Energie (PV-Erzeugung ...) versorgt die Verbraucher parallel zum Netz

Tagsüber, während das Sonnenlicht und die PV-Module Strom erzeugen, wird die Elektroinstallation sowohl vom Netz als auch von der Photovoltaik-Anlage mit Strom versorgt. Diese beiden Quellen arbeiten parallel, ohne dass die Versorgung von einer Quelle zur anderen übertragen wird.

Um dies zu erleichtern, wandeln Wechselrichter den von den PV-Modulen erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom um. Die PV-Wechselrichter synchronisieren ihre Ausgangsleistung mit der Netzspannung und -frequenz, um Fehlanpassungen und Versorgungsprobleme zu vermeiden.

Abb. K48 – Die Photovoltaikleistung wird mit der Netzspannung und -frequenz synchronisiert, um Fehlanpassungen und Versorgungsprobleme zu vermeiden

Der Eigenverbrauch der lokal erzeugten Energie erfolgt direkt am Erzeugungsort

Der Eigenverbrauch, der lokal erzeugten Energie erfordert keine spezielle Ausrüstung, um den Elektronenfluss zu steuern – dies geschieht auf natürliche Weise. Die lokal erzeugte Energie geht zu den Lasten, da die Energie den Weg des geringsten Widerstands nimmt.

Der Weg zu den Lasten der z. B. aus Kabeln, Sammelschienen und Schienenverteilern besteht, hat einen viel geringeren Widerstand als der Weg zum Transformator und zum Netz. Daher verbrauchen die Lasten die verfügbare lokale Erzeugung und ziehen bei Bedarf zusätzliche Energie aus dem Netz.

Abb. K49 – Die lokal erzeugte Energie (z. B. PV) geht zu den Lasten, da der Weg zu den Lasten einen viel geringeren Widerstand aufweist als der Weg zum Transformator und zum Netz

Wenn die lokale Erzeugung den Verbrauch der Lasten übersteigt – zum Beispiel in der Mittagszeit – wird die überschüssige Energie natürlich ins Netz eingespeist. Je nach Verteilnetzbetreiber kann die Einspeisung lokal erzeugter Energie in das Netz erlaubt sein oder nicht und muss angemeldet werden. Siehe Lokale Überproduktion - wie man damit umgeht.

Nachts erzeugen Photovoltaik-Anlagen keine Energie, können aber Energie verbrauchen

Nachts erzeugen die PV-Module keine Energie. Auch wenn sich die Photovoltaik-Wechselrichter im Standby-Modus befinden, können sie ein wenig elektrische Energie verbrauchen. Normalerweise liegt der Nachtverbrauch der Photovoltaik-Wechselrichter unter 1 Watt / Stunde.

Standby-Leistungsverluste können vermieden werden, indem die Photovoltaik-Anlage während der Nacht abgeschaltet wird. Dies geschieht jedoch selten, da die Trennung den Einsatz zusätzlicher Geräte und einen täglichen Schaltvorgang erfordert.

Abb. K50 – Nächtlicher Stromverbrauch eines Photovoltaik-Wechselrichters – Auszug aus den technischen Daten

Was ist der Unterschied zu einem klassischen Ersatzstrom-Generator?

Die Verwendung lokaler Quellen wie Ersatzstrom-Generatoren ist beispielsweise in der Elektroinstallation für Sicherheitseinrichtungen üblich.

Abb. K51 – Beispiel für eine Installation mit integriertem Ersatzstrom-Generator

Der Hauptunterschied einer solchen Installation zu einem Prosumer besteht darin, dass eine solche Installation nicht dazu bestimmt ist, Energie lokal zu erzeugen, wenn sie an das Netz angeschlossen ist, so dass es nur zwei Betriebsarten gibt:

• Angeschlossen an das Stromnetz ohne lokale Erzeugung.
• Vom Netz getrennt mit lokaler Erzeugung.

Das System nach Art der Erdverbindung im getrennten Zustand ist einfach zu handhaben, zusätzlich können Ersatzstrom-Generatoren auf Basis eines Synchrongenerators im Falle eines Kurzschlusses einschließlich Erdschluss Überstrom liefern, was eine einfache automatische Trennung der Versorgung als Schutzmaßnahme gegen Leitungs-zu-Erdschluss ermöglicht.

Diese werden in hoch verfügbaren Anlagen wie z. B. Rechenzentren und in Einrichtungen mit Lebenserhaltenden elektrischen Anlagen wie z. B. in Krankenhäusern eingesetzt.

Dezentrale Architekturen mit mehreren Quellen mit geringer Kurzschlussleistung, können in großen Anlagen mit ausgedehnten Leitungsnetzen zu Problemen bei den Abschaltzeiten im Fehlerfall führen. Sie sind auf kleine Anwendungen zu beschränken, wo auch im Inselbetrieb, in den Betriebsarten PV oder Batteriespeicher, noch die Abschaltzeiten der Schutzeinrichtungen im Fehlerfall sichergestellt werden können. wie z. B. in Prosumer Elektroinstallation.

Hinweis: Solche Installationen werden durch IEC 60364-5-55 (VDE 0100-550) abgedeckt.