Energiekosten senken: Zwei Seiten einer Medaille

Es sind zwei Seiten einer Medaille: Unternehmen, die ihre Energiekosten nachhaltig senken wollen, sollten die Produktion von Solarstrom zum Eigenbedarf ernsthaft in Erwägung ziehen – und Energie sparen. Für Letzteres hat das Böblinger Unternehmen 2b-green eine bestechend einfache und kostengünstige Lösung entwickelt: Energiemanagement aus der Cloud, kurz EMaaS. Unternehmen haben jetzt die Möglichkeit, EMaaS kostenlos zu testen.

Ist das Identifizieren und Ausschöpfen von Energiesparpotenzialen schon für einen Privathaushalt eine relativ komplexe Aufgabe, so stellt sie Unternehmen häufig vor kaum lösbare Herausforderungen. Angesichts steigender Energiepreise wird es indes vor allem für kleine und mittlere Unternehmen immer wichtiger, sich diesem Thema zu stellen.

Die Steigerung der Energieeffizienz ist damit nicht nur „ein entscheidender Faktor für das Gelingen der Energiewende“, wie Stephan Kohler, Chef der Deutschen Energie Agentur dena, feststellt – vielmehr dient sie zunehmend dem Erhalt der Wettbewerbsfähigkeit. Allerdings: Ob mittelständische Betriebe oder Großunternehmen, ob Krankenhäuser, Versicherungen, Banken oder Handelshäuser mit Filialnetz – für die meisten dieser Unternehmen ist ihr Energieverbrauch bislang unerforschtes Terrain.

„Der effiziente Umgang mit Energie scheitert meist schon daran, dass man im Unternehmen nicht genau weiß, wo wie viel Energie verbraucht wird und wo die größten Einsparpotenziale liegen“, erklären die 2b-green Geschäftsführer Thomas Denk und Jens Kammerer. Doch wer dies ändern will, stellt schnell fest: Herkömmliche Energie-Managementlösungen sind in der Regel kompliziert und teuer, das Verhältnis von Kosten und Nutzen mitunter problematisch. „Um hier schnell und unkompliziert Abhilfe zu schaffen, haben wir `EMaaS´ entwickelt.“

Zusammenhänge transparent machen

EMaaS macht die Zusammenhänge zwischen Energieverbrauch und Nutzung transparent. Der Service, den das Böblinger Unternehmen anbietet, erlaubt die kontinuierliche Erfassung des Energieverbrauchs in Gebäuden, Rechenzentren, Büroräumen und Filialen – detailliert aufgeschlüsselt nach Verbrauchern und Verbrauchszeiten. „Unternehmen mit verteilten Liegenschaften oder mit vielen Schreibtisch-Arbeitsplätzen bekommen damit schnell einen Überblick, wo wie viel Energie verbraucht wird und wo die Einsparpotenziale liegen“, so Thomas Denk.

Dieser Überblick ist die erste Voraussetzung dafür, effizienter mit Energie umzugehen. Denn damit sind die Anwender in der Lage, steuernd einzugreifen und Energie einzusparen. Um den Einstieg so schnell und einfach wie möglich zu realisieren und die laufenden Kosten so niedrig und ressourcenschonend wie möglich zu halten, stellt 2b-green seinen Service per Cloud bereit.

Jens Kammerer: „Damit bietet EMaas zunächst schlicht die Vorteile, die Cloud-Lösungen generell auszeichnen. Wer den Service einsetzt, nutzt eine anspruchsvolle und leistungsfähige Anwendung, ohne in Server-Applikationen oder Hardware investieren oder eigenen Wartungsaufwand betreiben zu müssen.“

Innerhalb kürzester Zeit einsatzbereit

Auch der Personalaufwand beim Anwender werde durch die Cloud Lösung gegenüber herkömmlichen Energiemanagement-Lösungen deutlich minimiert. Nicht zu vergessen: Das System ist sehr schnell betriebsbereit, da zentrale Installationszeiten wegfallen und nur noch die Geräte beziehungsweise gegebenenfalls Zähler angebunden werden müssen. Je nach Größe und Komplexität der Situation beim Anwender geht EMaaS in der Regel schon nach wenigen Stunden, maximal wenigen Tagen in Betrieb.

Für das Erfassen der Daten gibt es, abhängig von der vorhandenen Infrastruktur, mehrere Möglichkeiten. Sind beispielsweise bereits fernauslesbare Zähler installiert, werden die Verbrauchsdaten direkt dort abgegriffen und in das zentrale Energiemanagementsystem übernommen. „Im Einzelfall kann man auch bereits erfasste Messwerte einlesen, zusätzlich die Auslastung messen und die Korrelation zu den Verbrauchswerten betrachten. Das macht zum Beispiel Sinn bei zentral vorgehaltenen Ressourcen wie Server in der IT oder, im Gebäudemanagement, einzelne Stromkreise und die daran angeschlossen Verbraucher wie den Getränkeautomat auf der Etage. Mit diesem Vorgehen kommt man so manchen Großverbraucher auf die Schliche.“

Die Zahl der benötigten Zähler hängt von verschiedenen Faktoren ab, unter anderem spielt hierbei die gewünschte Detailtiefe eine Rolle. Ist man beispielsweise „nur“ an einem aggregierten Wert interessiert oder möchte man etwa bestimmte Stromkreise beobachten? Viele IT Systeme bieten heute schon „embedded“ Messwerte, die Rückschlüsse auf Verbrauch, Umgebung und Nutzung von Ressourcen zulassen.

Für die Übertragung ins Energiemanagement-und Auswertungssystem nutzt EMaaS beliebige herkömmliche Telekommunikationswege. Eine Besonderheit ist die große Flexibilität bei der Anbindung der Zähler. So können zum Beispiel vorhandene, kommunikative Zähler via übliche Industrieprotokolle oder IP eingebunden werden. Werden zusätzliche Zähler gewünscht, können diese entweder von 2b-green beschafft und eingebunden werden, oder der Anwender übernimmt diese Aufgabe selbst.

Thomas Denk: „Kommunikationstechnik darf nicht der limitierende Faktor sein, sondern muss flexibel nutzbar gemacht werden. Da es an einheitlichen Standards in diesen Bereichen der Übertragungstechnik mangelt, unterstützen wir eine Vielzahl an drahtlosen und drahtgebundenen Technologien. Und natürlich auch alle gängigen Protokoll-Optionen wir ModbusTCP, M-Bus, Profibus, LonWorks oder BACnet.“

Standardisierte oder individuelle Analyse-Tools

Die zu überwachenden Werte werden zyklisch von den Messstellen abgeholt. In manchen Situationen kann eine Orts-, Bereichs- oder funktionale Aggregierung lokal sinnvoll oder gewünscht sein, ist in den allermeisten Fällen jedoch nicht nötig. Die Daten werden annähernd in Echtzeit zur zentralen Auswerte-Einheit gesendet und sind über eine Web-Anwendung überall und jederzeit abrufbar.

Intuitiv nutzbare Analyse-Tools machen die Informationen transparent und lassen schnell erkennen, wo und mit welcher Priorität Handlungsbedarf besteht. Werden auf Basis dieser Auswertungen Einsparmaßnahmen getroffen, lässt sich deren Wirkung über eine Trendauswertung in Echtzeit kontrollieren. Auch ein Vergleich der Verbrauchs-Performance verschiedener Standorte ist problemlos möglich.

Dem Nutzer stehen viele standardisierte Analysemöglichkeiten zur Verfügung, die vollautomatisch laufen. Sinnvoll ist es, die gewünschten Analysen im Zuge der Inbetriebnahme einmalig einzurichten beziehungsweise an das individuelle Anforderungsprofil des Kunden anzupassen. Das minimiert den späteren administrativen Aufwand enorm und sorgt dafür, dass vom Start weg die gewünschten Informationen verfügbar sind.

Der Anwender bekommt einen gesicherten Zugriff auf ein „Customized Dashboard“, das ihm die wichtigsten Kenngrößen graphisch aufbereitet darstellt. Von dort lassen sich jederzeit die vordefinierten Reports beziehen – auf Wunsch schickt das System die Reports automatisch in einem beliebig definierbaren Intervall per E-Mail auf den Account des Nutzers. Eine Anbindung an ein Gebäudemanagement-System ist via standardisierte Web-Schnittstellen möglich.

Die standardisierten Auswertungen lassen sich an die jeweiligen Anforderungen anpassen und auf Wunsch auch als standardisierte Vorlage einstellen. So lässt sich das System beispielsweise so programmieren, dass der Anwender immer am Montagfrüh weiß, welcher Produktionslauf oder welcher Verbraucher in der Woche zuvor am wenigsten beziehungsweise am meisten Energie benötigt hat.

Energiefresser identifizieren und gegensteuern

Sind die größten Energiefresser identifiziert, gilt es, geeignete Maßnahmen zu treffen.
Thomas Denk: „Zu unserem Service gehört, dass wir unsere Kunden dabei unterstützen. Dazu haben wir ein Eco-Netzwerk aufgebaut, das auf Verbrauchsoptimierung spezialisiert ist.“

Häufig seien die klassischen Einsparpotenziale wie Licht, Klima oder Heizung in Unternehmen zwar bereits optimiert. Dennoch ist es nach seiner Aussage sinnvoll, auch den Verbrauch dieser Komponenten regelmäßig automatisiert zu überwachen und gegebenenfalls erneut zu optimieren.

Darüber hinaus schlummern im Bereich der Nutzung beziehungsweise Auslastung von Ressourcen enorme Potenziale, die bislang nur selten Beachtung finden. Dabei geht es zum Beispiel darum, welche Geräte außerhalb ihrer Nutzzeiten in einem „energy save“ Modus betrieben werden können. Sind solche Potenziale identifiziert, kann EMaaS die Geräte einzeln und nach zuvor definiertem Bedarf aus ihrem „energy save“ Modus wieder automatisch in den Betriebsmodus bringen, sofern das Endgerät dies unterstützt.

EMaaS können Unternehmen für sich nutzen, ohne dafür in eigene Hard- und Software investieren zu müssen, ohne zusätzliche Software-Agenten und ohne nennenswert eigene Ressourcen dafür bereitstellen zu müssen. Die gemeinsam genutzte Infrastruktur entspricht der eines Versorgers. Entscheidender Vorteil: Der Nutzer bezahlt nur für die tatsächlich genutzte Dienstleistung.

„Energie-Management aus der Cloud ist die ideale Lösung, um zu minimalen Kosten schnell klare Ergebnisse zu erhalten“, ist 2b-green Geschäftsführer Jens Kammerer überzeugt. „Der Anwender greift immer automatisch auf die aktuellste Version zu, und der Service lässt sich problemlos hochskalieren. Durch die Cloud-Lösung ist EMaaS innerhalb weniger Tage einsatzbereit und über jeden Browser nutzbar.“

Bis zu 35 Prozent Einsparpotenzial

Nach den Erfahrungen von 2b-green können Unternehmen mit EMaaS schon im ersten Einsatzjahr bis zu 20 Prozent ihrer Energiekosten einsparen. Wenn die Einspar- und Effizienzsteigerungsmaßnahmen richtig greifen, sind dauerhaft bis zu 35 Prozent niedrigere Energiekosten realisierbar – und das ohne jegliche Einschränkung betrieblicher Prozesse oder des Komforts in Büros, Lagerhallen oder Ladengeschäften.

Mit solchen Werten erreicht das System sensationelle Amortisationszeiten, rechnet Jens Kammerer vor: „Ein typischer Mittelständler mit Verwaltung, Vertriebs- und Produktionsstätten mit einem angenommenen jährlichen Strombedarf von 4 Mio Kilowattstunden – das ist eine realistische Größenordnung – adressiert via EMaaS im Durchschnitt ein jährliches Einsparpotential von etwa 900.000 kWh. Das entspricht Kosten von rund 120.000 Euro. Eine auf ein solches Szenario zugeschnittene Lösung schlägt mit rund 150.000 Euro zu Buche. Damit liegt die durchschnittliche Amortisationszeit bei etwa 15 Monaten.“

Davon können die Betreiber von PV-Anlagen, die mit zwölf und mehr Jahren Amortisationszeit kalkulieren, nur träumen. Allerdings: Wenn ein Unternehmen beide Seiten der Medaille im Blick hat, um im eingangs genannten Bild zu bleiben, sieht die Sache insgesamt günstiger aus. Denn die mit dem Energiemanagement aus der Cloud realisierbaren Einsparungen schaffen die Möglichkeit, den Eigenverbrauchsanteil an Solarstrom zu steigern, wenn das Energiemanagement die Stromflüsse entsprechend steuert.

Beispiel: Strom, der aktuell vom Dach kommt, geht komplett ins lokale Netz und wird direkt vor Ort verbraucht; übersteigt die Menge des verfügbaren Solarstroms den aktuellen Bedarf, kann dieser zwischengespeichert und später genutzt werden.

Jens Kammerer: „Eine weitere Möglichkeit ist, den Eigenverbrauchsanteil durch Lastverschiebung via EMaaS zu steigern, vorausgesetzt natürlich, man hat Lastverschiebepotenziale. So lässt sich beispielsweise Solarstrom, der am Sonntagnachmittag anfällt oder aus den Speichern verfügbar ist, zur Wärmeerzeugung für den Betriebsstart am Montag zu nutzen. Oder Büros, Kühlschränke und Kühlhallen sonntags etwas stärker herunterkühlen, um den Energieverbrauch am Montag zu verringern.“

Wer auf solche Weise seinen Solarstrom-Eigenverbrauch erhöht, muss weniger Strom aus dem öffentlichen Netz beziehen. Die Rechnungen seines Versorgers fallen niedriger aus, und die Amortisationszeit der PV-Anlage verkürzt sich entsprechend.

 

E-Commerce für stationäre Händler – Wege durchs digitale Eldorado

Wir erleben derzeit den Beginn einer massiven Veränderung des Handels. Die digitalen Möglichkeiten vergrößern die Freiheit des Kunden und die Möglichkeiten der Anbieter – und sie verschärfen den Wettbewerb dank steigender Transparenz. Zu den Gewinnern dieser Veränderung wird gehören, wer das Bedürfnis des Kunden nach Individualität, Service und Nähe am besten befriedigt. Meint Marcus Diekmann, Experte für Online-Handel und Buchautor („eCommerce lohnt sich nicht“).

Die digitalen Kanäle boomen, PC, Laptop und Smartphone bringen die virtuellen Schaufenster direkt ins Wohnzimmer oder auf die Parkbank. Das Einkaufen wird unabhängig von Ort und Zeit. Damit einher geht eine massive Veränderung des Kundenverhaltens, so E-Commerce-Kenner Marcus Diekmann: „Der Kunde im 21. Jahrhundert lässt sich nichts mehr vorschreiben – er will selber entscheiden, wann und wo er kauft.“

Die Verschiebung der Umsätze in Richtung digitale Kanäle ist voll im Gange. Viele Marktbeobachter sind wie Diekmann überzeugt, dass der stationäre Handel in den kommenden Jahren mit bis zu 20 Prozent weniger Umsatz rechnen muss.

Besonders stark betroffen werden die ländlichen Regionen sein. Hier ist die Nachfrage schon heute rückläufig, weil der Einzelhandel in diesen Regionen Kunden nicht nur an den Online-Handel verliert, sondern auch an größere Einkaufszentren. Hinzu kommt, dass der Online-Handel für eine völlig neue Transparenz sorgt – der regionale Händler sieht sich plötzlich einem Wettbewerb ausgesetzt, der im Internet nur einen Klick entfernt ist.

Neue Konzepte gefragt

Dieser Entwicklung muss sich der Offline-Handel offensiv stellen. Er braucht neue, tragfähige Konzepte, um in der digitalen Flut nicht unterzugehen.
Fest steht: Für den Kunden wird es bald alltäglich sein, sich zum Beispiel das Produkt seiner Wahl innerhalb von wenigen Stunden nach Hause liefern zu lassen – sei es aus der jeweils nächsten Filiale seines Online-Anbieters, vom Einzelhändler in der Nähe oder aus einem Logistikzentrum.

Zugleich muss sich der Einzelhandel in den Innenstädten nicht nur mit der reinen Kanalverschiebung, sondern auch mit der Preistransparenz auseinandersetzen, die das Internet möglich macht.
Für den stationären Einzelhändler ergeben sich hieraus dramatische Konsequenzen. Weitermachen wie bisher wird nicht mehr funktionieren, meint Marcus Diekmann. „Seine Chance besteht entweder darin, in seinem stationären Geschäft konsequent auf innovative Konzepte, Preisformate oder Nischenangebote zu setzen. Oder er nutzt seinen einzigen echten Mehrwert gegenüber reinen Online-Anbietern und erweitert sein stationäres Geschäft um einen Online-Kanal mit Marketing- und Service-Funktion.“

Aktionsangebote als Appetitmacher

So könne der Händler beispielsweise Lust auf einen Besuch in seinem stationären Geschäft machen, indem er sich optisch ansprechend präsentiert und mit speziellen Angeboten punktet. Attraktive Aktionsangebote, regelmäßig wechselnde, eventuell saisonale Themen und Basisprodukte könnten als Appetitmacher dienen.

„Eine andere Chance bietet sich dem stationären Einzelhandel, wenn er das Internet in seine Filiale holt.“ So könne er zum Beispiel dem Kunden das gesamte Sortiment zu einem guten Preis- und Leistungsverhältnis bieten, ohne es auf Lager zu halten. „Auf diese Weise kann das örtliche Fernsehgeschäft seinem Kunden plötzlich nicht nur ein überschaubares Sortiment an Modellen präsentieren. Er bekommt vielmehr Zugriff alles was der Markt an relevanten Produkten hergibt.“ Selbstverständlich sollte der Händler die Bestellabwicklung und gegebenenfalls die Installation des Geräts übernehmen.

Mit einem solchen Konzept könne ein stationäres Fachgeschäft seine Lagerflächen reduzieren und dennoch auf kleiner Fläche ein großes Angebot bieten. Und sich auf seine Kernkompetenzen – Beratung und Service – konzentrieren und so wettbewerbsfähig werden beziehungsweise bleiben

Fazit: Der stationäre Handel braucht Online-Konzepte, die wenig finanzielle und personelle Ressourcen binden und dennoch attraktiv sind. Für viele ist es besser, das Internet lediglich als Service- und Marketing-Kanal zu betreiben, als einen aufwändigen Onlineshop zu pflegen. Restposten oder Aktionsware, die online zum Kauf – oder nur informatorisch – angeboten werden, können helfen, den Kunden ins Geschäft zu ziehen.

Der letzte Schlüssel

Energiespeicher – Das renommierte Karlsruher Institut für Technologie betreibt den größten Photovoltaik-Speicherpark in Deutschland. Dort sollen bis 2016 marktreife Prototypen für private Energiespeichersysteme entstehen.

Das Thema ist alles andere als trivial. Dennoch ist Olaf Wollersheim überzeugt: „Wir werden bald Prototypen für Solarspeicher im Privatbereich haben, die sicher sind – und preislich so attraktiv, dass sich der Markt dafür öffnet.“ Nicht zu vergessen: Die neue Speichergeneration wird auch die Netzdienlichkeit erneuerbarer Energien deutlich verbessern. Das Potenzial für solche Systeme sei da, so der Projektleiter Competence E am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) – „und es wird noch wachsen.“

Für den KIT-Projektleiter und seinen Kollegen Andreas Gutsch ist es nur eine Frage kurzer Zeit, bis die Energiewende auch in Deutschland wieder Fahrt aufnimmt. Und der richtigen Technologie. „Die Frage, mit welchen Technologien die Energiewende gelingt, wollen wir beantworten, indem wir intensiv und interdisziplinär forschen und diese Technologien selbst entwickeln.“ Das Ziel sind Prototypen, die alle Kriterien erfüllen, um in Serie zu gehen und am Markt zu bestehen.

Dazu arbeiten am KIT << Bitte ersetzen durch: etwa hundert>> mehrere hundert Forscher und Entwickler aus den Fachbereichen Chemie, Materialforschung, Produktions- und Verfahrenstechnik, Elektrotechnik, Produktentwicklung, Fahrzeugsysteme, Informatik und Technikfolgenabschätzung zusammen.

Zu den besonders beeindruckenden Vorzeigeprojekten zählt der größte deutsche Solar-Speicher-Park, den das Institut seit Sommer 2014 auf dem eigenen Gelände betreibt. Als Industriepartner haben die pragmatischen Wissenschaftler die Unternehmen Solarwatt und Kostal Solar Electric gewonnen. Solarwatt mit Sitz in Dresden hat die Module für den Solarpark geliefert, von Kostal kommen die PIKO-Wechselrichter, die dort im Einsatz sind.

Mehr als 100 Systemkonfigurationen

Mit entscheidend für rasche und praxisnahe Ergebnisse ist eine möglichst breite technologische Basis. Deshalb hat das Competence-E-Team seine Forschungsanlage mit mehr als 100 verschiedenen Systemkonfigurationen bestückt. Die fest installierten Solarpaneele mit einer Gesamtkapazität von rund einem Megawatt unterscheiden sich zum Beispiel in ihren technischen Bauteilen und in der Neigung, aber auch in ihrer Ost-West-Ausrichtung, die in Summe etwa dem Lauf der Sonne entspricht. Damit wollen die Karlsruher Forscher unter anderem einen möglichst ausgeglichenen Lastgang über den Tag hinweg erreichen – eine erste Maßnahme, mit der sich allzu hohe Produktionsspitzen bereits ohne weitere technische Eingriffe vermeiden lassen.

Ein ähnlicher Effekt ließe sich durchaus auch mit Systemen erreichen, die sich nach der Sonne ausrichten, räumt Olaf Wollersheim ein – ihr Lastgang ist wesentlich ausgeglichener als der von starr installierten Anlagen, und sie erzeugen darüber hinaus deutlich mehr Solarstrom pro Quadratmeter Modulfläche. Dennoch habe man sich gegen den Einsatz nachgeführter Systeme entschieden. Zum einen seien der Einmal-Invest und die Wartungskosten höher, zum anderen seien PV-Module inzwischen so günstig zu haben, dass der Mehrertrag den Aufwand für Nachführung zumindest für ihr Projekt nicht rechtfertige.

„Wir haben hier in Karlsruhe erfreulicherweise kein Platzproblem und müssen auch nicht eine bestimmte Menge an Solarstrom generieren, wie etwa ein produzierendes Unternehmen, das eine möglichst hohe Eigenbedarfsdeckung auf begrenzter Fläche erreichen will. Also haben wir lieber mehr Kapazität, sprich mehr Modulfläche aufgebaut.“

Flächendeckender Ausgleich

„Die Forschungsinfrastruktur im Solar-Speicherpark ist so aufgebaut, dass man damit das Zusammenspiel der neuesten Generationen von Solarmodulen, Stromrichtern und Lithium-Ionen-Batterien in einem relevanten Maßstab untersuchen kann“, erklärt der KIT-Projektleiter. „Der flächendeckende Ausgleich von Stromerzeugung und Bedarf ist ein wichtiger Baustein für die Energiewende. Deshalb die unterschiedliche Ausrichtung der Module, und deshalb vor allem die Zwischenspeicherung in Batterien.“

Drei Ziele sind es im Wesentlichen, die das Competence-E-Team am KIT erreichen will:

  • Prototypen für sichere und wirtschaftliche Solarspeichersysteme entwickeln, die für private wie gewerbliche Verbraucher attraktiv sind.
  • Systeme und Steuerungskomponenten entwickeln, auf deren Basis der gespeicherte Strom deutlich günstiger bereitgestellt werden kann als von den Energieversorgern. Als Richtwert nennt Olaf Wollersheim hierfür rund 28 Cent pro Kilowattstunde für Privatkunden, für gewerbliche Nutzer 20 Cent oder weniger.
  • Systeme bereitstellen, die eine höchstmögliche Netzverträglichkeit von eingespeister Energie aus erneuerbaren Quellen garantieren.

Kurz: Es geht darum, „zukunftsweisende Lösungen und Systemkonfigurationen zu entwickeln, die auf einem globalen Markt bestehen können“, wie es Prof. Dr.-Ing. Holger Hanselka, Präsident des KIT, formuliert.

Strom für 6,9 Cent pro kWh

In ausgesprochen vielversprechende Dimensionen sind die Karlsruher Forscher schon jetzt beim Stromgestehungspreis vorgedrungen, wie Olaf Wollersheim nicht ohne Stolz anmerkt: „Wir arbeiten ja nicht erst seit vergangenen Sommer an diesem Thema. Heute erzeugen wir mit unseren Systemen Solarstrom bereits für 6,9 Cent pro Kilowattstunde – alle Investitionen eingerechnet.“

Auch das Ziel, die gespeicherte Energie zu einem deutlich günstigeren Preis bereitzustellen als der Strom bei den öffentlichen Versorgern kostet, sei längst erreicht. „Allerdings variieren hier die Kosten je nach Systemkonfiguration stark.“

Noch seien allerdings Speichersysteme deutlich zu teuer, um für einen Massenmarkt attraktiv zu sein. „Derzeit liegen wir bei rund 750 Euro pro Kilowattstunde Speicherkapazität.“ Durch eine intelligente Integration entlang der Wertschöpfungskette wollen die Karlsruher bis 2018 serienfähig Batteriesysteme entwickeln, die eine Energiedichte von 250 Wattstunden pro Kilogramm bieten und rund 250 Euro pro Kilowattstunde kosten, erklärt Wollersheim. „Dann lohnt sich das für viele Gewerbebetriebe oder auch für Lebensmittelmärkte oder Backshops etwa, die erhebliche Stromlasten haben.“

Netze effektiv entlasten

Damit wäre ein wichtiger Schritt in Richtung Energiewende getan. „Denn wenn sich Speichersysteme großflächig durchsetzen, können sie die Fluktuation von erneuerbaren Energien ausgleichen und die Netze effektiv entlasten.“ Was sich auch auf das Design der öffentlichen Netze und deren Kosten auswirke. „Die Wirtschaftlichkeit der Energiebereitstellung hängt stark mit dem Design der Netze zusammen.“

Vereinfacht ausgedrückt: Die Versorgung in Deutschland ist sehr stabil, das aber macht Strom vor allem für Privatkunden teuer. In vielen anderen Ländern hingegen ist Strom zwar vergleichsweise billig – das aber geht zu Lasten der Verfügbarkeit, was vor allem für Industriekunden problematisch und damit der gesamten Wirtschaftsleistung abträglich ist. „Ziel muss es sein, dass erneuerbare Energien die Kosten für die öffentlichen Netze nicht noch weiter nach oben treiben, sondern im Gegenteil: dass sie helfen, diese Kosten zu senken.“ Dies sei ein durchaus realistisches Ziel, bei dem die Speichersysteme eine wesentliche Rolle spielten.

Darüber hinaus sei es mit ausgereiften Speichersystemen möglich, die Industrie in Ländern mit problematischer Versorgungslage weitgehend mit vor Ort produziertem Strom aus erneuerbaren Quellen zu versorgen. „Für netzferne energieintensive Betriebe wie Minen etwa ist eine Eigenversorgungsquote von bis zu 80 Prozent mit selbst erzeugtem Solarstrom möglich. Bei hoher Einstrahlungsintensität eventuell sogar mehr.“

Auch für die Alltagstauglichkeit von E-Mobilen ist die Effizienz von Speichersystemen logischerweise von wesentlicher Bedeutung. „Effizientere Batteriesysteme können die Reichweite von Elektrofahrzeugen signifikant erhöhen.“ Und damit E-Mobilen auf breiter Front zum Durchbruch verhelfen.

Lithium-Technologien im Fokus

Für seine Speichersysteme testet das Team unterschiedliche Lithium-Technologien wie etwa Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Oxid oder Lithium-Eisenphosphat. Im Labor werden auch Zukunftstechnologien wie Silizium-Anoden oder Lithium-Schwefel-Batterien erforscht. Nicht im Einsatz allerdings sind Systeme mit Lithium-Titanat-Technologie, wie sie der nur 50 Autominuten entfernte Batteriehersteller Leclanché herstellt.

„Wir schätzen diese Technologie außerordentlich“, so der KIT-Experte. „Sie ist sehr sicher und bietet enorm hohe Zyklenzahlen – leider ist sie relativ teuer.“ Außerdem sei die hohe Zahl an Be- und Entladezyklen – Leclanché spricht von 15.000 – für Privatanwender schlicht nicht erforderlich. „Im Privathaushalt gehen wir von 200 bis 250 Zyklen im Jahr aus, das sind in 20 Jahren maximal 5.000 Zyklen. Nach unseren Vorgaben müssen Speicher 6.000 bis 7.000 Zyklen unbeschadet überstehen. Das ist mehr als ausreichend.“

Für seine Forschungen hat das Competence-E-Team ein umfassendes Szenario für die Erfassung und Analyse der Leistungsdaten implementiert. Die wissenschaftliche Auswertung soll zeigen, welche Systemkonfiguration wie netzschonend und wie kostengünstig ist. Dabei spielt die richtige Systemsteuerung eine wichtige Rolle für die Wirtschaftlichkeit wie für die Lebensdauer der Batterien. „Wenn zum Beispiel der Akku um 11 Uhr vormittags schon voll ist, dann geht die Mittagsspitze ins Netz. Und die Batterie bleibt stundenlang vollgeladen und ungenutzt. Das ist weder gut für die Batterie noch fürs Netz. Um das zu vermeiden, muss der Ladevorgang abhängig von Einstrahlung und Verbrauch intelligent gesteuert werden.“

Schließlich haben die Wissenschaftler einen hohen gesamtgesellschaftlichen Anspruch. Olaf Wollersheim: „Wir wollen einen Beitrag zu einer wissenschaftlich fundierten Strategie leisten, auf deren Basis das erklärte Ausbauziel erreichbar ist, Deutschland bis 2030 zu 50 Prozent mit Strom aus erneuerbaren Quellen zu versorgen.“

Ein zentrales Thema dabei ist die Sicherheit von Speichersystemen. Unter anderem arbeiten die Wissenschaftler in diesem Zusammenhang eng mit den Branchenverbänden wie ZVEI, BSW-Solar und dem Bundesverband Energiespeicher BVES zusammen.

Erste Produkte aus ihren Forschungen will der Projektleiter auf der Intersolar 2015 präsentieren. „Wir gehen davon aus, dass unsere Prototypen bis in spätestens anderthalb Jahren serienreif sind.“

Wirtschaftlicher Nutzen

Neben dem wissenschaftlichen Erkenntnisgewinn hat der neue Solarstrom-Speicher-Park in Karlsruhe natürlich auch einen wirtschaftlichen Nutzen. Der im wissenschaftlichen Umfeld erzeugte Strom wird auf dem Campus Nord des KIT für den Betrieb großer Forschungsgeräte eingesetzt. Zwar lassen sich damit nur etwa zwei Prozent des jährlichen Strombedarfs des Instituts decken, dennoch summiert sich die jährliche Kostenersparnis auf rund 150.000 Euro – bei einer Anlagenlebensdauer von 20 Jahren. Das Investment für die Anlage beläuft sich auf rund 1,5 Millionen Euro.

Zahlen, die für sich sprechen. Und deren Konsequenz den großen Energieversorgern naturgemäß nicht schmeckt. Dennoch zeigt sich der pragmatische Wissenschaftler überzeugt, dass Strom in Zukunft in hohem Maße dezentral erzeugt wird. „Energie aus erneuerbaren Quellen lässt sich längst zu ausgesprochen attraktiven Konditionen gewinnen, und binnen weniger Jahre werden die Speicher sicher, günstig und leistungsfähig genug sein, um sich auf dem Markt durchzusetzen. Dazu leisten wir unseren Beitrag.“ Wenn erst mal eine gewisse Zahl von Privatverbrauchern, Hausbesitzern und Gewerbetreibenden ihren eigenen Strom produziere und weitgehend selbst verbrauche, werde sich die Entwicklung nicht zurückdrehen lassen.

Kurz: „Ich sehe nicht, dass in einem zivilisierten und demokratischen Land wie Deutschland die dezentrale Stromversorgung aufzuhalten ist.“ Die richtige Speichertechnologie ist der letzte Schlüssel dazu.

 

Forschung für Märkte

Das Karlsruher Institut für Technologie versteht sich als Forschungseinrichtung, die technologische Entwicklungen mit Blick auf deren Marktfähigkeit vorantreibt und der Wirtschaft qualifiziert zuarbeitet. „Die Ergebnisse unserer Arbeit sollen helfen, wirtschaftliche Potenziale zu entwickeln und auszuschöpfen“, so Olaf Wollersheim. „Wir bieten dem Markt gut ausgebildete Studenten, und die Industrie bekommt von uns praxisorientierte Forschungsergebnisse sowie funktions- und marktfähige Prototypen und Technologien.“

Für viele seiner Entwicklungen vergibt das KIT Lizenzen. Sie sollen Industrieunternehmen in die Lage versetzen, mit überschaubarem Forschungsaufwand in die Serienproduktion zu gehen. „Die Systeme, die wir lizenzieren, sind sicher. Wir achten auf Wirtschaftlichkeit und Produktionsfähigkeit – und wir prüfen auch, dass für die jeweils benötigten Schlüsselkomponenten qualifizierte Lieferanten zur Verfügung stehen.“

 

Stadtbus mit E-Antrieb

Derzeit entwickeln Wissenschaftler am KIT einen Stadtbus mit Elektroantrieb. In spätestens zwei Jahren soll das Projekt marktreif sein. Unter anderem beteiligt sich der Lehrstuhl für Bahnsystemtechnik (BST) am Projekt „PRIMOVE Mannheim“, bei dem es unter anderem um den Einsatz von induktiv ladenden E-Bussen im urbanen Verkehr geht. Im Rahmen des Projekts setzen die Rhein-Neckar-Verkehrsbetriebe (RNV) seit vergangenem Jahr auf der Mannheimer Buslinie 63 zwei rein elektrisch betriebene Busse ein, die an ausgewählten Haltestellen induktiv Energie nachtanken.