Innovationen für eine grüne Zukunft: Pilotprojekt «Arrivo»

• 12. Dezember 2022
• Erneuerbare Energien nutzen

Mit Batteriespeichern können Areale, die über eigene Photovoltaikanlagen verfügen, ihren Eigenverbrauchsanteil steigern. Somit müssen sie weniger Strom vom öffentlichen Netz beziehen. Um zu klären, unter welchen Umständen und ab welcher Immobiliengrösse sich der Einbau solcher Speicher lohnt, hat Energie 360° nun an der Überbauung «Arrivo» in Kloten ein zweijähriges Pilotprojekt gestartet.

Batteriespeicher: Vorteile und Herausforderungen

Dominik Bittel ist Projektentwickler Lösungen bei Energie 360° und einer der Initiatorinnen und Initiatoren des Pilotprojekts. Er sieht den grossen Vorteil stationärer Energiespeicher darin, «dass man den auf dem heimischen Dach produzierten Strom nicht mehr sofort verbrauchen muss, sondern auch zeitversetzt nutzen kann. So können beispielsweise Elektroautos, die erfahrungsgemäss tagsüber in Fahrt sind, nachts mit dem eigenen Solarstrom geladen werden.» Dies optimiert sowohl die Wirtschaftlichkeit der PV-Anlage als auch des E-Autos. Andererseits gewährleisten Batteriespeicher eine höhere Versorgungssicherheit, indem das Lastmanagement effizienter umgesetzt wird und Leistungsspitzen ausgeglichen werden.

Leider sind Batteriespeicher aber heute oft noch nicht rentabel. «Die Hauptgründe dafür sind die hohen Technologiekosten sowie das weit verbreitete duale Tarifsystem mit Hoch- und Niedertarif: Da der Preisunterschied zwischen den Tarifen wesentlich kleiner ist als die Fluktuationen am freien Markt, kann die theoretische Flexibilität von Batterien heutzutage praktisch nicht vollumfänglich umgesetzt werden», so Bittel. Der generelle Strompreis und die Einspeisevergütungen sind weitere Faktoren – neue Preismodelle dürften künftig also einen grossen Einfluss auf die Rentabilität von stationären Energiespeichern haben.

Solaranlagen auf dem Dach der Überbauung «Arrivo» in Kloten

Klar ist aber, dass dezentrale Speicherlösungen bei der grünen Energiewende eine entscheidende Rolle spielen werden. Mit dem Pilotprojekt sammelt Energie 360° wertvolle Erfahrungen in diesem für die grüne Energiewende wichtigen Bereich: Wie ist der Einfluss von Batteriespeichern auf den Stromverbrauch eines Areals und wie wirkt sich dies auf die Kosten aus? Welche baulichen, technischen und sicherheitsrelevanten Anforderungen können für die frühzeitige Planung solcher Speicher identifiziert werden? Was muss man bei der Installation und beim Betrieb beachten?

Antworten auf Fragen von morgen: das Modell aus dem lab360

Um die optimale Grösse und den optimalen Betrieb von Batterien unter vorgegebenen Rahmenbedingungen von Technologiekosten und Tarifstruktur zu ermitteln, hat das lab360, das Innovationslabor von Energie 360°, ein mathematisches Modell entwickelt.

Smart-Meter, also intelligente Stromzähler von Smart Energy Link, messen den realen Einzelverbrauch der Wohnungen, Wärmepumpen und Elektroautos sowie die produzierte Solarstrommenge der Liegenschaft. «Zusammen mit vielen weiteren Daten, etwa dem aktuellen Strompreis oder den Investitionskosten für eine Batterie, berechnet das Modell die für die Liegenschaft optimale Batteriegrösse», sagt Dominic Scotoni. Er war massgeblich an der Entwicklung des Modells beteiligt und fügt hinzu: «Gerade das letzte Jahr hat gezeigt, dass sich äussere Umstände sehr schnell und dramatisch ändern können» – mit drastischen Folgen für die Energiepreise und die Lieferungen benötigter Teile. Niemand könne mit Sicherheit sagen, «wie viele Elektroautos in zehn Jahren unterwegs sein werden oder wie sich der Strompreis bis dahin entwickeln wird.» Deshalb sei das Modell modular aufgebaut. Laut Scotoni ermögliche dies ein Simulieren verschiedener Szenarien, die dabei helfen, «ein gesamtheitliches Bild und eine fundierte Vorstellung über die Zukunft zu gewinnen.» So werde es möglich, qualifizierte Aussagen über die zukünftige Profitabilität von Arealen zu treffen.

Das Modell aus dem lab360 kam bereits bei der Bestimmung der in der Überbauung «Arrivo» benötigten Batteriegrösse zum Einsatz. Anonymisierte Daten aus anderen Arealen wurden dafür an die Grösse dieser Liegenschaft angepasst. In den kommenden zwei Jahren wird das Modell nun mit den echten Daten der Überbauung in Kloten gefüttert. So überprüft man, ob die für diese Liegenschaft getroffenen Annahmen mit der Realität übereinstimmen. Andererseits trägt eine grössere Datenmenge auch dazu bei, das mathematische Modell – und damit Vorhersagen für zukünftige Projekte – noch genauer zu gestalten.

Erkenntnisse zu neuartigen Batteriespeichern

Beim Pilotprojekt «Arrivo» geht es auch darum, den Einsatz neuartiger Batteriespeicher zu testen und diese auf ihre Tauglichkeit zu prüfen. Eine Möglichkeit, solche Energiespeicher zu bauen, besteht darin, ausgedienten Batterien – etwa von E-Autos – ein zweites Leben zu schenken, indem sie zu einer leistungsstarken Speicherzelle zusammengeschlossen werden. Diese Methode hat aktuell aber noch einige technische Schwächen: Die einzelnen Batterien werden unter lebensgefährlich hoher Gleichspannung miteinander verbunden. Ein sogenannter Wechselrichter muss diese Gleichspannung dann in netztaugliche Wechselspannung umwandeln. Das führt zu einem erheblichen Energieverlust. Hinzu kommt, dass die verbauten Batterien baugleich sein müssen und dass der Ausfall einer einzelnen Batterie zum Ausfall der gesamten Speicherzelle führt.

Innovative Batterielösung für die Überbauung «Arrivo»

Die nun in der Überbauung «Arrivo» eingebaute Speicherzelle stammt von der Stabl Energy GmbH. Sie verspricht Abhilfe für die gerade beschriebenen technischen Probleme. Das durch den Smart Energy Innovationsfonds von Energie 360° unterstützte Start-up mit Sitz in München hat eine modulare Batterielösung entwickelt, die ebenfalls auf Second-Life-Zellen aus Fahrzeugen setzt. Dabei werden die einzelnen Batterien dynamisch miteinander verschaltet und weisen berührungssichere Spannungen von unter 60 Volt vor. Dies macht sie einerseits sicherer, andererseits reduziert es im Vergleich zu konventionellen Batteriespeichern den Energieverlust um bis zu 70 Prozent. Darüber hinaus verbindet Stabl die einzelnen Batterien so miteinander, dass beim Ausfall einer Batterie nicht gleich die gesamte Speicherzelle ausfällt. Noch ein Plus: Die Technologie von Stabl Energy erlaubt es, Batterien unterschiedlicher Bauarten miteinander zu verbinden. Das schafft weitere Einsparpotenziale.

Die noch verpackten Second-Life-Batterien für den Energiespeicher der Überbauung «Arrivo» in Kloten.

Vorbereitung für den Batteriespeicher der Überbauung «Arrivo»: Einspannen der Second-Life-Batterien.

Nam Truong, CEO von Stabl Energy, beim Einspannen einer der Second-Life-Batterien für den Batteriespeicher.

Die eingebauten Second-Life-Batterien des Batteriespeichers der Überbauung «Arrivo».

Pilotprojekt «Arrivo» – Blaupause für Stabl Energy

In wissenschaftlichen Tests der Technischen Universität München hat sich die neuartige Speichertechnologie von Stabl Energy bereits als effizient und sicher erwiesen. Mit dem Einbau in der Überbauung «Arrivo» geht es laut Nam Truong, CEO von Stabl Energy, nun darum, «die technischen Vorteile, die wir im Labor gemessen haben, in einem Feldtest zu validieren. Wir möchten auch verstehen, wie sich der Anwendungsfall und die Wirtschaftlichkeit für Quartiere entwickeln.»

Der Beweis, dass die Speicher von Stabl Energy für solche Anwendungen geeignet sind, «eröffnet vielen weiteren Überbauungen die Möglichkeit, noch ein Stück unabhängiger von der fossilen Energieerzeugung zu werden», so Nam Truong. Dabei komme dem Pilotprojekt an der Liegenschaft in Kloten eine besondere Bedeutung zu: «Für Stabl ist das der Speicher, der als Vorlage für die Produktionsserie dient. Die Erfahrungen aus diesem Projekt erlauben uns, unsere Produktion zu skalieren, und bringen uns ein Stück näher an das Ziel, Strom künftig emissionsfrei zu erzeugen.»

Bei Pilotprojekten wie diesem sind wir auf Partnerinnen und Partner mit einem ähnlichen Spirit angewiesen. Mit der Überbauung «Arrivo» in Kloten hat Energie 360° einen solchen Partner gefunden. So kann das Pilotprojekt schweizweit einmalige Erkenntnisse und Daten liefern. Diese werden in Zukunft dazu dienen, ganzheitliche Energielösungen noch effizienter und kostengünstiger umzusetzen.