Einspeiseoptimierung: Zähler kaputt oder doch nicht so effizient?
Angesichts steigender Strompreise und sinkender Einspeisevergütungen wird es für Betreiber von Fotovoltaikanlagen zunehmend erstrebenswert, so viel Solarenergie wie möglich selbst zu nutzen. Eine Möglichkeit für eine effektive Einspeiseoptimierung ist die Nutzung eines Batteriespeichers. Viele Verbraucher entscheiden sich stattdessen für die günstigere Lösung in Form eines thermischen Speichers - oftmals ein bereits vorhandener Warmwasserspeicher. Der Wärmespeicher soll die überschüssige Energie puffern. Das würde den Eigenverbrauchsanteil steigern und Einspeisungen ins öffentliche Netz reduzieren.
In der Vergangenheit häuften sich bei Nutzern von thermischen Speicherlösungen jedoch Unklarheiten in Bezug auf die Zählerstände. Zuerst erschien es, als würden die Zähler nicht richtig funktionieren. Trotz Überschuss und entsprechendem Eigenverbrauch wurde Strom aus dem Netz bezogen - und auch welcher eingespeist. Der DKE-Arbeitskreis hat sich der Sache angenommen(öffnet im neuen Fenster) und kam zu dem Ergebnis: die Zähler messen korrekt. Es gibt eine andere Ursache für die unerwarteten Zählerstände. Als Resultat folgte am 25. Mai 2023 ein Hinweis zur EN-Norm 50470 3(öffnet im neuen Fenster) .
Woran es liegt, dass EN-Norm-50470-3-konforme Zweirichtungszähler im Rahmen der Einspeiseoptimierung mit Warmwasserspeichern vermeintliche falsche Ergebnisse anzeigen, und welche Lösungen für dieses Problem denkbar wären, erklären wir im Folgenden.
Ursache: Steuerung des Heizelements als flexiblen Verbraucher
Die Basis für die PV-Einspeiseoptimierung mit Warmwasserspeichern ist ein Heizelement, das direkt an die Solaranlage angeschlossen ist und Überschüsse flexibel aufnimmt. Wichtig ist, dass sich die Leistung des Heizelements steuern lässt, damit es bei hohem Überschuss mehr und bei niedrigem Überschuss weniger Energie aufnehmen kann.
Anders als Batteriespeicher, Sekundärbatterien (Elektroautos) oder Elektroheizungen sind Heizelemente für Warmwasserspeicher nur begrenzt steuerbar. Die Steuerung erfolgt in einzelnen Stufen, wobei beispielsweise jeder Drehstromphase ein separat schaltbares Heizelement zugeordnet werden kann.
Als Lösung für dieses Problem werden elektronische Leistungssteller vorgeschaltet, die eine stufenlose Regulierung ermöglichen und den Wirkungsgrad hochhalten. Es gibt zwar mehrere Funktionsweisen, doch für Heizelemente kommt nur das Prinzip der Schwingungspaketsteuerung(öffnet im neuen Fenster) infrage.
Anders als bei der Phasenanschnittsteuerung(öffnet im neuen Fenster) , die bei handelsüblichen Dimmern zum Einsatz kommt, wird in diesem Fall der Strom stets im Nulldurchgang einer Schwingung geschaltet. Dadurch werden bei größeren Verbrauchern störende Stromoberschwingungen (öffnet im neuen Fenster) vermieden.
Um die Leistung steuern zu können, werden die Sinusschwingungen des Wechselstroms daher periodisch ein- und ausgeschaltet. Um die Hälfte einer Leistung abzurufen, werden bei einer Frequenz von 50 Hz daher in einer Sekunde 25 vollständige Schwingungen eingeschaltet. Das bedeutet jedoch: Während dieses Schwingungspaketes ruft das Heizelement die volle Leistung ab. Daher ist es möglich, dass die PV-Anlage diese Leistung gar nicht liefern kann und die Differenz aus dem Netz bezogen werden muss.
Zähler zeigen nur vermeintlich falsche Werte an
Während der übrigen 25 Schwingungen hingegen ist das Heizelement ausgeschaltet. Daher speist die PV-Anlage in diesem Zeitraum den Strom in das Netz ein. Bildet man einen Mittelwert aus dem Stromfluss eines Nutzungszeitraums, heben sich Einspeisung und Netzbezug gegenseitig auf. EN-50470-3-konforme Zweirichtungszähler messen jedoch die tatsächlichen Energieflüsse - und das in sehr kurzen Intervallen. Dadurch werden auch die kleinen Schwankungen im Energieverbrauch und in der Einspeisung erfasst, was dazu führt, dass der Zähler die Werte vermeintlich falsch anzeigt.
Unter dem Strich ist es den Experten zufolge durch die Einspeiseoptimierung per Warmwasserspeicher also nicht möglich, die angestrebte Erhöhung des Eigenverbrauchs beziehungsweise Senkung der Einspeisemenge zu erreichen, ohne Netzbezug oder Einspeisungen zu registrieren. Schuld haben allerdings nicht die EN-50470-3-konformen Zweirichtungszähler, sondern die Art der Steuerung des Heizelements.
Im Moment keine praktikable Lösung
Es gibt laut DKE zwar technische Lösungen, etwa die Pulsweitenmodulation(öffnet im neuen Fenster) oder die Nutzung echter Umrichter, diese seien momentan aber noch zu aufwendig und kostspielig, um praktikabel zu sein. Andere Möglichkeiten seien die Optimierung des Verbrauchs durch stufenlose Leistungsstellung oder die Nutzung von Geräten, die verschiedene Leistungsstellungen anbieten. Doch auch hier stünden die Kosten der Praktikabilität im Weg.