Solarstrom & Eigenverbrauch in Liegenschaften

Solarstrom-Eigenverbrauch verbessert die Energiekosten und Ökobilanz einer Liegenschaft. Wie lässt sich das begründen?

Wer auf seinem Grundstück Solarstrom produziert, kann den Ertrag selbst verbrauchen oder ihn verkaufen. Und wer Strom in seinen Geräten & Anlagen verbraucht, kann dafür seine Solarstromernte mehrkostenfrei nutzen oder muss Netzstrom einkaufen. Da der Einkaufspreis für Netzstrom mehr als doppelt so hoch ist wie der Verkaufspreis des Solarstroms, lohnt sich der Solarstrom-Eigenverbrauch wirtschaftlich.

Der Eigenverbrauch beeinflusst zudem die Ökobilanz der Liegenschaft positiv. Bezieht ein Gebäude weniger Endenergie wie Netzstrom, verbessert sich die Effizienzklasse und die Liegenschaft rückt dem Netto-Null Ziel einen grossen Schritt näher.

Elektrizität aus dem Verteilnetz verursacht immer Treibhausgas-Emissionen, selbst beim Kauf "grüner Stromprodukte". Unser Netzstrom ist auf das europäische Verteilnetz angewiesen. Stromnetze benötigen netzstabilisierende Speicher-, Kohle-, Gas und nukleare Kraftwerke im In- und Ausland. Diese werden bei Bedarf ein- und ausgeschaltet, damit das Netz stets dieselbe Spannung und Frequenz behält. Aus diesem Grund ist Netzstrom nie grün. Wenn Energieversorger ihre Stromprodukte als 100% grün bezeichnen, was sie über den Erwerb von Herkunftsnachweisen & Emissionszertifikaten im In- & Ausland aus politischen Gründen dürfen, dann ist das technisch gesehen nicht korrekt.

Sind denn Solaranlagen grüner? Im Betrieb sind sie vollkommen emissionslos. Es muss jedoch die Ökobilanz aus Produktion, Lieferung und Recycling der Solaranlage in Betracht gezogen werden. In gewissen Anlagenkomponenten werden umweltschädigende Zusatzmaterialien genutzt. Auch ist die Energie zur Herstellung der Anlagenkomponenten im jeweiligen Herkunftsland umweltbelastet. Es dauert allerdings nur ein 1 - 3 Jahre bis eine Solaranlage so viel Energie erzeugt hat, wie zu ihrer Herstellung benötigt wurde (energetische Amortisation). Danach trägt eine Solarstromanlage erheblich zur Reduzierung von Treibhausgasen bei. Solaranlagen sind besonders umweltfreundlich, wenn die Energie für die Herstellung selbst aus erneuerbaren Quellen stammt und die Anlage nach einer Betriebszeit von 25-35 Jahren recycelt wird.

Deshalb gilt: Der nachhaltigste Strom ist der vor Ort erzeugte erneuerbare Strom und je höher der Eigenverbrauch in der Liegenschaft, desto günstiger und umweltfreundlicher ist die Energie!

Wer eine erneuerbare Energieerzeugungsanlage beschafft, muss zuerst wissen, wieviel Energie die Gebäudetechnik, die Geräte der Gebäudenutzer und die Elektrofahrzeuge benötigen werden. Zudem, wann die Energie im Zeitverlauf verbraucht wird.

Der Energiebedarf einer Liegenschaft kann entweder gemessen (Bestandsbau) oder geschätzt werden (Neubau). Dargestellt wird der Verbrauch als Lastprofil.

Im Idealfall wird die Energie Just-In-Time produziert, also genau dann, wenn der Strom verbraucht wird. Das bedeutet, es wird keine Energie verschwendet und es wird kein Netzstrom eingekauft. Ist diesem Fall beträgt der Eigenverbrauch 100% und die Autarkie 100%. Wird weniger Strom geerntet als verbraucht, muss zusätzlich Netzstrom bezogen werden und der Autarkiegrad sinkt.

Biomasse- und Wasserstoffanlagen können mehr oder weniger nach Bedarf produzieren (der Rostoff muss aber weiterhin am Markt beschafft werden). Windkraft- und Solaranlagen produzieren wetterabhängig und können deshalb oft nicht bedarfsgerecht liefern.

Bei unflexibler Produktion stellt sich die Frage, ob allenfalls die Verbraucher flexibel an die Produktionszeiten angepasst werden können? Viele Geräte haben tatsächlich einen gewissen Nutzungsspielraum, z.B. Boiler, Batterien, Kühltruhen oder Lüftungen. Zudem können die Personen im Gebäude gewisse Aktivitäten an die Sonnenstunden anpassen, z.B. Arbeitszeit, Kochen, Waschen.

Bestehen solche Verbraucher-Flexibilitäten können sie über eine intelligente Anwendung gezielt informiert bzw. gesteuert werden. Das Ziel einer smarten Energiemanagement-Anwendung ist es, den Solarstrom so zu verwerten, dass insgesamt weniger Netzstrom bezogen wird.

Wird eine Energieerzeugungsanlage mit hoher Kapazität beschafft, nimmt die Netzstromabhängigkeit ab. Mehr Autarkie ist deshalb gut, weil hoher Energiekosten, volatile Tarife und Mangellagen weniger die Liegenschaftsbenutzer beeinflussen. Auf der anderen Seite verursachen zu hohe Kapazitäten unnötige Investitionskosten und es kann anspruchsvoller sein, einen hohen Eigenverbrauch zu erzielen.

Damit ein höherer Eigenverbrauch möglich ist, schuf der Staat die Möglichkeit, dass sich benachbarte Grundeigentümer zusammenschliessen und ein privates Arealnetz gründen (mehr über ZEVs finden sie hier). Im vertraglich geregelten Privatareal können Nachbarn ihre Solarerträge untereinander verkaufen . Solarstromproduzenten erzielen in einer Eigenverbrauchsgemeinschaft zudem höhere Stromerträge, als wenn sie ihren Solarstrom ins öffentliche Verteilnetz speisen.

Fassen wir zusammen: Für eine Liegenschaft oder ein Areal muss die zum Lastprofil passende Solarstromlösung evaluiert werden, damit die Energiekosten sinken und das Netto-Null-Ziel erreicht wird. Ziel ist die richtige Kombination aus Kapazität, Eigenverbrauch und Autarkie. Eine solche Lösung besteht aus Solaranlage, Speicher, Gebäudeintelligenz und allenfalls der Gründung einer nachbarschaftlichen Energiegemeinschaft. Wer das klug entwickelt, gehört zu den Gewinnern des Klimawandels.

Die Kosten für eine kWh Solarstrom berechnet man aufgrund der Gestehungskosten der Photovoltaik-Anlage. Das ist eine Mischrechnung aus Anlagekosten, Abschreibungen und effektiver jährlicher Solarstromernte. Technik & Wirtschaftlichkeit der Solaranlagen haben sich in den letzten 20 Jahren signifikant verbessert und dieser Trend bleibt ungebrochen. Das Resultat ist heute eindeutig: Solarstrom ist der günstigste Strom, selbst ohne Förderzuschüsse.

Die Tarifanstieg für Strom aus dem öffentlichen Verteilnetz hingegen ist mittelfristig unvermeidbar. Um die Klimaerwärmung auf "well under 2°C" zu drücken, wie im Paris-Abkommen steht, findet weltweit eine Energiewende statt. Die Energiewende ist der Umbau der Energieversorgung weg vom bisherigen "Raubbau-Prinzip" hin zu einer ressourcenschonenden Kreislaufwirtschaft. Das bedeutet, fossil oder nuklear betriebene Grosskraftwerke müssen ihre Umweltbelastungen früher oder später selbst bezahlen, was deren Energie verteuert. Energieversorger investieren deshalb nicht mehr freiwillig in diese Technologien.

Substituiert wird das Angebot mit erneuerbarer Energie aus Sonne, Wind, Wasser, Geothermie und Biomasse durch sehr viele "Kleinkraftwerke" auf Baugrund, Freiflächen und Gewässern. Dezentrale Energieversorgung löst zentrale Kraftwerke zu einem grossen Teil ab, weshalb die Verteilnetze an die neuen Energieflüsse auf kontinentaler, nationaler und regionaler Ebene angepasst werden müssen. Dieser Umbau hat erst begonnen und stellt die Netzbetreiber vor grosse Herausforderungen betreffend Netzstabilität und Versorgungssicherheit. Das Netz soll umgebaut werden in drei Punkten

• Physischer Umbau, z.B. Bildung dezentraler Arealnetze (siehe ZEV), Kapazitätsanpassung regionaler Kupferleitungen & Transformatoren, Hochspannungstrassen aufgrund erneuerbarer Grosskraftwerke

• Intelligente Netze, z.B. durch Smart Meter, Smart Grid, Smart Home Flexibilitäten & Nutzung von Fahrzeugbatterien

• Neue ökonomische Konzepte, z.B. dynamische Tarife statt fixe Jahrestarife, freier Strommarktzugang für Gross- und Kleinverbraucher, Tauschhandel (Sharing)

Mit neuen Wirtschaftskonzepten soll sich der Energiefluss marktgerecht "von unsichtbarer Hand" einpegeln. Mit mehr Technik soll das Netz stabil bleiben. Doch noch steckt vieles davon in den Kinderschuhen. Was sicher ist: die Netztransformation wird teurer und die Netztarife ebenfalls.

Der nächste Kostentreiber sind Treibhausgas-Emissionen. Organisationen sind heute verpflichtet, klimaschädliche Energieträger zu erfassen und auszuweisen. Diese Ökobilanz wird von Dritten beurteilt und sie werden dann entweder direkt zur Kasse gebeten, gemassregelt oder - bei überdurchschnittlichen Emissionsreduktionen - belohnt. Das geschieht über den CO2-Zertifikathandel oder durch den Markt aufgrund von ESG-Geschäftsberichten (z.B. gemäss TCFD, EU Taxonomie oder Swiss Climate Scores). Schädliche, fossile Energieträger werden zudem über Importsteuern verteuert, was die Organisation an ihre Endkunden weiter verrechnen.

Eine weiterer "Kostentreiber" für Netzstrom sind unserer Pläne als Gesellschaft bzw. der Staat. Er lenkt, fördert und finanziert die Energiewende über Abgaben & Steuern. Die erfolgreiche Energiewende wird heute weniger als technologische Herausforderung eingeschätzt, als eine politische. Besteht der politische Wille und werden die dafür benötigten notwendigen imensen finanziellen Mittel investiert, dann wird die Energiewende zu schaffen sein. Doch es wird sich auch auf die Energiepreise auswirken, denn im marktliberalen Europa und in der Schweiz werden die Kosten voraussichtlich nach dem Verursacherprinzip umverteilt.

Fassen wir zusammen: Solarstrom ist heute die günstigste Energieversorgungsoption. Strom über Netze ist relativ teurer, belastet die Umwelt und birgt Risiken wie oben ausführlich erläutert. Netzstromkosten setzen sich zusammen aus

• Energieherstellung

• Netznutzung

• Staatliche Lenkungsabbgaben

• Steuern

Alle vier Positionen werden in Zukunft mit hoher Warscheinlichkeit höhere Kosten verursachen. Wärend der Übergangszeit ins post-fossile Energizeitalter nimmt beim Netzstrom zudem die Versorgungssicherheit ab. Die Gefahr steigt aufgrund von

• Engpässen mit volatilen Preisauschlägen

• Mängellagen aufgrund von Staats- & Marktversagen, Deglobalisierung ("Me-First-Politik") und unvorhersehbaren Dominoeffekten in komplexen Systemen

• Ausfällen aufgrund von Netzinstabilitäten, Wetterkatastrophen oder Sabotageakten

Börsenkotierte Unternehmen müssen diese Risiken bereits in den Geschäftsberichten ausweisen. KMUs sowie Areal- & Liegenschaftsbesitzer werden zwar nicht zur offenlegung gezwungen, sind aber dennoch gut beraten, nach guten Lösungen zu suchen, um Chancen und Risiken der Energiewende gut zu nutzen, und damit Kunden, Manager und Mitarbeiter zufrieden bleiben.

Solarstrom kann für drei Zecke genutzt werden:

1. Eigenverbrauch

2. Netzeinspeisung

3. Verkauf an Kunden

Sind während der Solarstromernte wenige Verbraucher im Gebäude aktiv, fliesst der Strom ins öffentliche Netz. Im Verteilnetz addiert sich dieser Überschussstrom zu jener Energiemenge, welche der regionale Energieversorger Monate zuvor in Kraftwerken bestellte. Das ist bei kleinen Mengen nicht relevant. Erst bei grossen Einspeisemengen beisst es den Energieversorger. Wird Beispiel wärend einer Hitzewelle wesentlich mehr Energie eingespiesen, als geplant war, kann der Energieversorger seinen Kraftwerkstrom nicht loswerden. Er macht Verluste, die er in der nächsten Rechnungsperiode in Form höhrerer Tarife den Netzkunden verrechnen muss.

Aus Sicht der Verteilnetzbetreiber (und der Gesellschaft insgesammt) ist es deshalb besser, wenn Solarstromproduzenten den Überschussstrom nicht ins öffentliche Netz einspeisen, sondern diesen selber verbrauchen, speichern oder an ihre Mieter und Nachbarn verkaufen. Dadurch wird das Verteilnetz weniger stark belastet.

Für ein kommunalen Energiehandel muss eine sogenannte Eigenverbrauchsgemeinschaft (EVG) gegründet werden, die völlig unabhängig vom öffentlichen Verteilnetz Solarstrom tauschen kann. Mehrerer Grundstücke werden dazu zu einem Arealnetz verknüpft. Der Solarstrompreis können die Grundeigentümern selber bestimmen und ist an öffentlichen Ladestationen im Areal frei wählbar. Bei Mietern hingegen muss das Mietgesetz berücksichtigt werden. Dieses deckelt den Solarstrompreis (siehe ZEV).

In Zukunft sollen kleinere Solarstromproduzenten ebenfalls das Verteilnetz für den Stromhandel nutzen dürfen. Einerseits sollen Eigenverbrauchsgemeinschaften das regionale Verteilnetz zur Gründung einer sogenannten virtuellen ZEV nutzen dürfen. Zum anderen ist eine vollständige Strommarktöffnung geplant, welche es Stromkunden ermöglicht, ihren Energieversorger frei wählen zu dürfen. Letzteres Anliegen liegt allerdings schon seit 2009 politisch auf Eis. Bewegung wird in beiden parlamentarischen Dossiers ab im 2025 erwartet. Vorerst bleibt der Stromhandel im Schweizer Verteilnetz den wenigen privilegierten Organisationen vorbehalten.

Ein Gebäude- oder Arealnetz stellt man sich am besten als volle Badewanne vor, die prallvoll mit Strom (statt mit Wasser) gefüllt ist. Beziehen Geräte Strom aus der Badewanne ab, senkt sich der Pegelstand und sofort beginnt neuer Strom in die Badewanne nachzufliessen, entweder Netz-oder Solarstrom. Die Badewann bleibt immer voll.

Strom sucht sich stets den Weg des geringsten Widerstands. Deshalb bevorzugt die Badewanne stets Solarstrom, ganz einfach weil die Photovoltaik-Anlage näher an der Badewanne liegt als die Grosskraftwerke in weiter Ferne irgendwo am öffentlichen Verteilnetz.

Die Badewanne füllt sich solange mit Solarstrom, wie die Sonne scheint und die PV-Anlage genügend schnell neuen Strom nachliefert. Dabei entstehen zwei Situationen:

• Ist der Verbrauch im Arealnetz grösser als die aktuelle Solarstromproduktion, muss zusätzlich Netzstrom nachfliessen. Man spricht dann von Solarstrom-Unterdeckung.

• Ist der Verbrauch im Arealnetz kleiner als die gegenwärtige Solarstromproduktion, läuft die Badewanne über bzw. der Strom fliesst weiter ins Verteilnetz. Es besteht ein Solarstrom-Überschuss.

Mit anderen Worten, der Stromfluss im Gebäude ist gar nicht direkt regelbar. Er kann nur indirekt über den Strombezug beeinflusst werden, nämlich indem Verbraucher eingeschaltet, abgeschaltet (z.B. Leitung unterbrechen) oder die Geräteleistung verändert wird (z.B. Drehzahl ändern). Die indirekte Regelung des Energieflusses in Netzen wird als Lastmanagement bezeichnet.

Das Lastmanagement bezweckt einen höheren Solarstrom-Eigenverbrauch, damit weniger Netzstrom benötigt wird. Dazu muss es als erstes den aktuellen Energiefluss im Gebäude kennen: Besteht gerade Stillstand, Unterdeckung oder Überschuss? Um das herauszufinden, muss der Energiefluss im Gebäude in Echtzeit gemessen werden. Als zweites benötigt das Lastmanagement eine Aktor, um Anlagen & Geräte nach Bedarf ein- und auszuschalten. Über die Schalt- oder Steuervorgänge wird der Energiefluss indirekt beeinflusst.

Damit der Lastmanager die Gebäudeanlagen und Geräte nicht ständig an und abschaltet, wenn eine Wolke die Solarstromerzeugung beeinträchtigt, braucht die Steuerung eine Intelligenz, die abwägen kann, welche Regelvorgänge nützlich und tolerierbar sind, damit möglichst viel Optimierungspotential abgeschöpft wird, ohne den Benutzerkomfort negativ zu beeinträchtigen.

Das Lastmanagement führt eine intelligente Steuerung automatisch aus, weshalb es Energiemanagementsystem (EMS) genannt wird. Das EMS verlegt die Betriebszeiten der flexibel nutzbaren Anlagen & Geräte auf die Sonnenstunden. Ist dies nicht möglich, kann Solarstrom-Überschuss in Akkus (Hausbatterien) gespeichert und nach Sonnenuntergang genutzt werden. Der Akku verlängert sozusagen die verfügbaren Sonnenstunden.

Die EMS-Steuerung beachtet dabei, dass die Nutzer*innen der Liegenschaft keine Komforteinbussen haben. Das bedeutet gewisse Toleranzwerte werden zwingend eingehalten, welche der Anwender zuvor festlegte.

Eine intelligente Steuerung kann potentiell ein oder mehrere Ziele gleichzeitig verfolgen:

• Minimale Energiekosten

• Minimale Treibhausgas-Emissionen

• Reduktion der Leistungsspitzen (Peak-Shelving), sofern Leitungen nicht überlastet werden dürfen oder der jährliche Stromverbrauch > 100'000 kWh beträgt und Leistungtarife separat bezahlt werden

• Maximaler Solarstromerlös (Handel)

Damit die Steuerung intelligente Entscheide treffen kann, informiert ein Energiemonitoring in Echtzeit über den IST-Zustand.

• Messgeräte senden mindestens die Daten zum Stromfluss der Solarstromanlage und des Verteilnetzanschlusses. Nach Bedarf werden weitere Leitungen gemessen z.B. für die einzelnen Nutzeinheiten im Gebäude, den Allgemeinstrom, Wärmepumpe, Durchleitungen usw.

• Sensoren können spezifische Messwerte optional erfassen z.B. Temperatur, Volumenströme, Luftqualität, Lichtverhältnisse, Bewegungen usw.

Empfängt das intelligente EMS Daten vom regionalen Wetterdienst, können zusätzlich Solarertragsprognosen erstellt und Temperaturstürze antizipiert werden. Damit kann die intelligente Steuerung die Energieflussentwicklung der nächsten 1-2 Tage antizipieren.