Sichere Stromversorgung im Gebäude dank Batteriespeicher und Blockheizkraftwerk.

Total Energie System (TES) der Gravag Energie AG.

Am Hauptsitz der GRAVAG Energie AG in St. Margrethen SG wurde das neu entwickelte Total Energie System (TES) erstmals in der Schweiz in Betrieb genommen. Die ersten Auswertungen zeigen, dass das System einwandfrei funktioniert und der Selbstversorgungsgrad des Strombedarfs bei über 80 Prozent liegt. Das TES wurde als Pilotanlage bei der GRAVAG in mehreren Etappen aufgebaut, getestet und optimiert. Seit der offiziellen Inbetriebnahme im Juli 2021 läuft das TES einwandfrei. Eine wichtige Erkenntnis der Testphase war, dass die Spannungsabsicherung der elektrischen Komponenten entscheidend ist, damit die USV bei einer Notstromsituation funktioniert.

9430 St. Margrethen SG
(Schweiz)

Gewerbe, Industrie
& Büroeinheiten

Elektrischer Energieverbrauch
55'000 kWh / Jahr

Zu 100 Prozent aus erneuerbaren Quellen.

Die Photovoltaik-Anlage kann mit einer Leistung von 36 kWp im Sommerhalbjahr praktisch den gesamten Strom- und Wärmebedarf des Büro- und Gewerbegebäudes abdecken. Im Winterhalbjahr übernimmt die WKK-Anlage, die mit 100 Prozent Biogas aus der Region betrieben wird, mehrheitlich die Strom- und Wärmeversorgung. Der restliche Strombedarf wird aus dem öffentlichen Netz bezogen. Die Energieversorgung am Hauptsitz der GRAVAG stammt zu 100 Prozent aus erneuerbaren und regionalen Quellen.

ecoBatterySystem der ecocoach AG.

Zudem zeigte sich, dass sich das modular aufbaubare Batteriespeichersystem von ecocoach AG (26 bis 260 kWh) problemlos an veränderte Bedürfnisse anpassen lässt. Bei der Pilotanlage stellte sich heraus, dass die eingebaute Batteriespeicherkapazität von 26 kWh zu tief war für die spezifischen Bedürfnisse des Büro- und Gewerbegebäudes. Mit dem Ausbau auf 65 kWh konnte die Eigenstromnutzung stark erhöht werden. Der Selbstversorgungsgrad des Strombedarfs liegt nun bei über 80 Prozent.

Beim TES übernimmt die PV-Anlage immer die Masterfunktion zur Deckung des Strom- und Wärmebedarfs im Gebäude. Das bedeutet, dass sich die WKK-Anlage erst dann zuschaltet, wenn entweder zu wenig PV-Strom vorhanden ist oder es sich um eine Notstromsituation handelt.

«Die Zukunft gehört den erneuerbaren Energien! Dank der Zusammenarbeit mit ecocoach AG und dem Einsatz des Batteriespeichers leisten wir einen weiteren Beitrag und erhöhen den Autarkiegrad unseres Betriebes.»
- Peter Küpfer, Leiter Unternehmensentwicklung/Marketing bei Gravag Energie AG

Das Total Energie System (TES) von Gravag Energie AG in der Übersicht.

Der selbst erzeugte Strom der PV- und der WKK-Anlage wird in erster Priorität für den zeitgleich vorhandenen Strombedarf im Gebäude (Nummer 1 in untenstehender Abbildung) eingesetzt. In zweiter Priorität wird der Batteriespeicher geladen (2). In dritter Priorität, primär im Winterhalbjahr, wird der selbst produzierte Strom der Wärmepumpe zur Verfügung gestellt. Bei Gravag Energie AG fliesst der Strom in diesem Prinzipschema in den Wärmespeicher (3). In vierter Priorität wird mit dem PV-Strom der Wärmespeicher geladen (4). Der Rest des Strombedarfs wird aus dem Stromnetz bezogen (5). Der im Gebäude nicht nutzbare (Überschuss-)Strom der PV-Anlage wird ins Stromnetz eingespeist (6). Der Selbstversorgungsgrad des Strombedarfs ist abhängig von der Leistung der PV- und der WKK-Anlage sowie der Batteriespeicherkapazität. Mit dem Energie Management System (EMS) von ecocoach AG können die Prioritäten projektspezifisch verwaltet werden.

Abbildung: Prinzipschema der Gravag Energie AG.

Die Grundlagen zum Total Energie System (TES).

  • Das TES eignet sich für alle Gebäude, bei denen eine USV ein wichtiges Kriterium darstellt. Es ist mehr als nur ein Notstromaggregat, denn es ermöglicht neben der USV eine sichere Energieversorgung und erhöht den Selbstversorgungsgrad des Strombedarfs im Gebäude.
  • Die Photovoltaik-Anlage (PV) deckt den Strom- und Wärmebedarf im Gebäude vor allem in Sommerhalbjahr und reduziert zudem auch die Abhängigkeit vom Strommarkt. Der Batteriespeicher ermöglicht eine USV im Gebäude über die erste Periode nach einem Stromunterbruch und erhöht zudem die Eigenstromnutzung (Selbstversorgungsgrad).
  • Die TES-Steuereinheit regelt den gesamten Strom- und Wärmefluss im Gebäude sowie die Einspeisung ins Stromnetz und den Bezug aus dem Stromnetz.
  • Die Wärme-Kraft-Kopplungs-Anlage (WKK) deckt im Winter den Strom- und Wärmebedarf und gewährleistet bei einem länger andauernden Stromunterbruch eine sichere Energieversorgung – da die Gasinfrastruktur den Energieträger stromunabhängig bis ins Gebäude liefern kann. Der Wärmespeicher ermöglicht eine kontinuierliche und sichere Wärme- und Warmwasserversorgung.
  • Das TES ist eine Rückversicherung, da es mögliche hohe wirtschaftliche und gesellschaftliche Schäden bei einem länger andauernden Stromunterbruch mindern kann.

Wie zuverlässig ist die Stromversorgung in Zukunft?

Die Schweiz ist längerfristig konfrontiert mit der Herausforderung einer hohen Stromüberproduktion im Sommer und eines Strommangels im Winter. Dies kann im Winter zu Versorgungsengpässen führen, die eventuell sogar die Stabilität des Stromnetzes gefährden könnten.

Gemäss einer Studie der Empa zur zukünftigen Stromversorgung in der Schweiz könnte der Strombedarf im Winter im Vergleich zu heute um rund 600 GWh pro Woche höher liegen. Das verschärft die Versorgungslücke deutlich. Wie diese gedeckt werden kann, ist eine der zentralen Fragen der zukünftigen Energieversorgung der Schweiz. Mit Importstrom allein wird dies kaum gelingen, denn die meisten europäischen Staaten setzen auch auf erneuerbaren Strom aus Sonne und Wind. Daher werden sie im Winter mit ähnlichen Herausforderungen konfrontiert sein wie die Schweiz. Es ist also ungewiss, ob im Winter in Europa genug Strom produziert wird, den die Schweiz zum Decken ihrer Versorgungslücke benötigt.

Die gleiche Problematik stellt sich auch im Gebäude bei der Eigenstromnutzung. PV-Anlagen auf dem eigenen Dach produzieren Strom erstens nur tagsüber und zweitens hauptsächlich im Sommerhalbjahr. Bei Einfamilienhäusern, die tagsüber wenig Strom verbrauchen, liegt die Eigenstromquote in der Regel zwischen 10 und 30 Prozent, mit einem Batteriespeicher kann dieser Wert erhöht werden. In Gewerbebetrieben, die aufgrund ihrer Tätigkeit tagsüber einen hohen Strombedarf aufweisen, können auch höhere Eigenverbrauchsquoten realisiert werden. Der restliche Strom, vor allem in Winterhalbjahr, muss aus dem Netz bezogen werden.

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Details zur Referenz

Photovoltaikanlage
  • Leistung 36.7 kWp
  • Stromproduktion ca. 20'000 kWh/Jahr
ecoBatterySystem

1x Batteriesystem

  • Speicherkapazität 65 kWh / Gesamtkapazität 65 kWh
  • Lade- & Entladeleistung 24 kW / Gesamtleistung 24 kW
  • Notstromfähigkeit: Ja
ecoEnergyCoach

Energiemanagement

  • Visualisierung der Energiedaten
  • Eigenverbrauchs­optimierung
  • Projektspezifische Prioritäten setzen
  • Optimierung & Steuerung der Energieflüsse von BHKW, Photovoltaik & Batterie
ecoChargingCoach

1x private Ladestation & 1x nur für Besucher

  • Marke der Ladestation: «Juice Booster» & «Mennekes»
  • Skalierbarkeit: weiter ausbaufähig
  • Abrechnung: für Kunden kostenfrei
ecoOneClick

Abrechnungssystem der Nebenkosten wird hier nicht gebraucht.

ecoSetupTool

Plattform für Inbetriebnahme durch Installateure, ermöglicht die Konfiguration ohne Programmierkenntnisse

ecocoach App

Vorteile für das Unternehmen:

  • Automatische Alarmierung des TES direkt auf Smartphone
  • Optimierung des Energiesystems durch die Visualisierung

Vorteile für Mitarbeiter:

  • Messung der Ladestationen
  • Visualisierung der Energieflüsse
Smart Home

Kein Smart Home integriert

Besonderheiten

Durch das TES wird auch bei längerem Unterbruch des öffentlichen Stromnetzes weiter das Gebäude mit Strom & Wärme versorgt

Beteiligte Unternehmen

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