Wer sich mit dem Kauf einer Photovoltaikanlage beschäftigt, denkt zwangsläufig auch bereits über deren Ende nach. Denn logisch: Die Frage nach der fachgerechten Entsorgung einer Solaranlage will geklärt sein, bevor man sich für einen Kauf entscheidet.

Die Entsorgung von Elektrogeräten in der Schweiz ist in der Verordnung über die Rückgabe, die Rücknahme und die Entsorgung elektrischer und elektronischer Geräte (VREG) geregelt. Darin wird den Herstellern und Importeuren die Verantwortung für die Entsorgung übertragen. Das heisst: Hersteller und Importeure sind verpflichtet, Elektrogeräte entgegenzunehmen und dem Recycling zuzuführen, wenn sie ausgedient haben.

ETABLIERTES RECYCLINGSYSTEM AUCH FÜR PHOTOVOLTAIKANLAGEN
Auf der Grundlage dieser Verordnung hat sich in der Schweiz in den letzten 30 Jahren ein gut funktionierendes System für die Entsorgung von elektrischen und elektronischen Geräten sowie Leuchten und Leuchtmitteln etabliert. Gemanagt wird dieses System von SENS eRecycling.

Swissolar, der Schweizerische Fachverband für Sonnenenergie, hat sich 2013 freiwillig diesem System angeschlossen – und somit frühzeitig sichergestellt, dass auch PV-Module effizient und zuverlässig entsorgt werden und das Recycling höchsten Qualitätsansprüchen genügt.

GESICHERTE FINANZIERUNG
Finanziert wird das Recyclingsystem von SENS eRecycling durch einen vorgezogenen Recyclingbeitrag (vRB). Dieser ist im Kaufpreis eines PV-Moduls bereits inbegriffen. Die Höhe des vRB ergibt sich aus dem Gewicht des Moduls (inklusive Komponenten wie Anschlussdose oder Kabel) und beträgt vier Rappen pro Kilogramm.

Der vRB aller verkauften Module fliesst in einen Fonds, der von SENS eRecycling verwaltet wird. Mit dem Geld aus diesem Fonds wird der gesamte Recyclingprozess finanziert, also das Abholen der zu entsorgenden PV-Module, der Transport zu den Sammelstellen und die fachgerechte Entsorgung durch ein spezialisiertes Recyclingunternehmen.

Wenn Sie sich also den Kauf einer Photovoltaikanlage überlegen, ist eine Sache wichtig zu wissen: Wenn die Solarpanels am Ende ihres Lebenszyklus ausgedient haben, fallen für Sie keine weiteren Kosten für das Recycling an. Denn die gesamten Entsorgungskosten wurden bereits beim Kauf der Anlage bezahlt – sofern Ihre PV-Anlage bei einem an das SENSNetzwerk angeschlossenen Fachinstallateur gekauft wurde.

GEHT DIE RECHNUNG AUF?
Zum Schluss ein paar Zahlen: Im Jahr 2022 wurden 936 Tonnen PV-Module über das Sammelnetzwerk von SENS eRecycling entsorgt. Das Gesamtgewicht aller Elektrogeräte, die dem Recycling insgesamt zugeführt wurden, war im gleichen Zeitraum über 100-mal höher. Der Anteil an PV-Modulen ist also mit weniger als einem Prozent noch immer sehr klein, wächst aber stetig und mit wachsendem Tempo an.

Übrigens interessant: Die gesamten Rücknahmekosten bei PV-Modulen betragen 440 Franken pro Tonne. Durch den vRB ist eine Finanzierung von 40 Franken pro Tonne gesichert.

Wie bitte? Wie kann denn eine solche Rechnung aufgehen? Die Antwort ist einfach: Da der Verkauf von Solaranlagen immer noch stark boomt, werden jährlich deutlich mehr PV-Module installiert als retourniert. Im Jahr 2021 war die Leistung der neu installierten PV-Module mehr als 60-mal höher als die Leistung der Panels, die deinstalliert wurden. Das führt dazu, dass der Recyclingfonds für PV-Module weiter angehäuft werden kann und die Finanzierung des gesamten Rücknahmesystems noch viele Jahre gesichert ist.

WERTSTOFFE WIEDERVERWENDEN
Anders als bei gewissen Elektrogeräten, etwa einem Kühlschrank, geht es beim Recycling von PV-Modulen nicht in erster Linie darum, umweltbelastende Schadstoffe sicher zu entsorgen. Denn Solarpanels enthalten mehrheitlich keine Schadstoffe. Was hingegen in Solarpanels in grossen Mengen vorkommt, sind wertvolle Rohstoffe, die wiederverwendet werden können. Die meisten PV-Module in der Schweiz sind kristalline Silizium-Module. Diese bestehen zu 90 Prozent aus Glas. Die weiteren Schichten bestehen aus Silizium-Wafer (Siliziumdioxid ist die Basis von Glas), Verbundfolien, Metall und manchmal auch einer Rückseitenfolie. Dank innovativer und leistungsstarker Aufbereitungs- und Sortiertechniken, mehrstufiger Recyclingprozesse und einer strengen Qualitätskontrolle können heutzutage über 75 Prozent eines PV-Moduls recycelt werden. Das wiederaufbereite Glas und die Silizium-Wafer werden für die Produktion von Baudämmstoff aus Glaswolle verwendet. Die Verbundfolie wird verbrannt, um Strom für das Energienetz oder Wärme für die Zementproduktion zu erzeugen. Die Metalle werden extrahiert und für die Wiederverwendung an Schmelzwerke in Europa geliefert. Weitere Informationen:
SENS eRecycling | Obstgartenstrasse 28 | CH-8006 Zürich | Tel. +41 43 255 20 00 | info@eRecycling.ch | www.erecycling.ch

Die Verknappung von fossilen Ressourcen wie Kohle oder Gas lässt den Strompreis zukünftig mit grosser Wahrscheinlichkeit kontinuierlich ansteigen. Demgegenüber sinken die Kosten für Solarmodule auf ein attraktives Niveau. Durch eine eigene dezentrale Stromerzeugung und Nutzung, beispielsweise ein massgeschneidertes Konzept einer Photovoltaikanlage, lässt sich der teure Strombezug aus dem Netz reduzieren.

Wer eigenen Strom vom Dach produziert, generiert nur Vorteile: Unabhängigkeit von Energie versorgern, Einsparung von hohen Strom kosten, die Möglichkeit, zum Umweltschutz beizutragen, und eine Wertsteigerung der Immobilie. Alle Partner der Moritz Hunziker AG sind ausgewählte, zertifizierte Meisterbetriebe aus der Region. Mit einer Entscheidung für Photovoltaik fördert man als sympathischen Nebeneffekt das lokale Handwerk.

GESCHÄFTSFÜHRER*IN BASEL: Herr Thaler, Sie sind Abteilungsleiter Solar bei der Moritz Hunziker AG – können Sie mir bitte Näheres über Ihr Kompetenzprofil schildern?
Timon Thaler: Mit grosser Passion habe ich in der Solarbranche bereits vor einigen Jahren Fuss gefasst. Durch meine Tätigkeit bei diversen Firmen und in komparablen Branchen konnte ich im Laufe der Zeit einen immensen Erfahrungsschatz rund um Photovoltaikanlagen sammeln. Da das Thema erneuerbare Energie schon lange eine Faszination auf mich ausübte, habe ich mich mit Elan in diesem Bereich weitergebildet. Um mein Profil abzurunden, absolvierte ich ein Masterstudium in Energiewirtschaft. Durch die mannigfaltigen erlernten Fähigkeiten in dieser Branche und dem zusätzlichen Studium können die Kundinnen und Kunden nun von meinem Know-how profitieren. Um jederzeit auf dem neuesten Stand zu sein, unterrichte ich an einer Hochfachschule den Lehrgang erneuerbare Energien.

Wie gestaltet sich ein typischer Arbeitstag eines Abteilungsleiters Solar?
Die meisten Arbeitstage beginnen mit einem regen Austausch mit meinem Team und natürlich einem Kaffee. Im Anschluss erfolgt die notwendige Büroarbeit, also Mails sowie die offenen Comboxnachrichten zu beantworten. Dann heisst es meist, die Termine mit der Kundschaft wahrzunehmen, um ein Angebot aufzunehmen oder eine umfassende Beratung zu leisten. Oftmals ergibt sich auch ein Besuch auf einer Baustelle, damit dort die Baufortschrittskontrolle durchgeführt werden kann. Am Nachmittag werden die Angebote erstellt oder die Projekte ausführlich geplant. Mein tagtäglicher Fokus richtet sich auf den engen Kontakt und Austausch mit den Kundinnen und Kunden, meinen Mitarbeitenden im Büro sowie unserem MontageTeam und den Subunternehmen.

Das hört sich ganz danach an, dass Sie für die Kundinnen und Kunden der Moritz Hunziker AG mit Interesse an einer Photovoltaikanlage der Ansprechpartner für alle Belange sind.

Durch unser langjährig aufgebautes Netzwerk in der Elektrobranche und die ausgezeichneten Kontakte zu diversen Händlern und Unternehmern können wir die zukünftigen Kundinnen und Kunden schnell und unkompliziert beraten. Bei einer Objektbesichtigung habe ich in der Regel meist noch einen Dachexperten für das Beratungsgespräch dabei. Dies bedeutet für unsere Kundschaft, dass wir ebenfalls vorab das Dach anschauen, bevor die Baumassnahmen beginnen. Je nach Situation und Wunsch seitens der Bauherrschaft wird eine gründliche Sanierung vorgenommen. Ebenfalls, je nach geplanter Grösse der zu realisierenden Anlagen, ist eine unserer Elektrofachpersonen bei der Besichtigung dabei – wir sind in der privilegierten Lage, unserer Kundschaft das absolute Rundum-Paket anzubieten.

Das berühmte «Alles aus einer Hand» haben sich viele Firmen auf die Fahne geschrieben, um der Kundschaft den bestmöglichen Komfort zu bieten. Welche Trümpfe hat die Moritz Hunziker AG diesbezüglich im Ärmel?
Durch unsere internen kurzen Entscheidungsprozesse und langjährig aufgebauten guten Beziehung zu unseren Subunternehmern und Lieferanten können wir der Kundschaft – im Normalfall – den wesentlichen Vorteil einer zeitgerechten Lieferfrist garantieren. Bei der Installation und Inbetriebnahme der zukünftigen Solarstromanlage kommen die Kundinnen und Kunden in den komfortablen Genuss, mit nur einem einzigen Ansprechpartner zu kommunizieren. Da wir mit externen Dachpartnerfirmen zusammenarbeiten, kannder Zustand des Dachs ebenfalls geprüft, gegebenenfalls saniert oder bei vorgängigen Schäden auch repariert werden.

Sollten Interessierte an einer Photovoltaikanlage bereits zu dieser Thematik vollumfänglich informiert sein, bevor sie mit Ihnen Kontakt aufnehmen?
Die Kundschaft darf selbstverständlich ohne Grundwissen zu uns kommen. Wir beraten jeden gerne in allen Belangen rund ums Dach, die Solarstromanlage und die entsprechenden Optimierungsmöglichkeiten.

Bedeutet das, dass man sich lediglich mit dem Wunsch, Sonnenlicht in lokalen und umweltschonenden elektrischen Strom zu verwandeln, an Sie wenden kann – ohne vorherige Eignungsprüfung, ob das Gebäude respektive die Wohnsituation dafür überhaupt infrage kommt?
Je nach Bedarf bieten wir Machbarkeitsstudien an. Diese eignen sich bestens für grössere Liegenschaften oder für Überbauungen. Unser Dienstleistungsangebot umfasst auch eine Baubegleitung – von der Angebotserstellung bis zur Übergabe an die Bauherrschaft.

Wie klein beziehungsweise wie gross können und dürfen die Aufträge von Photovoltaikanlagen sein, welche die Moritz Hunziker AG realisiert?
Wir realisieren Solarstromanlagen sowohl auf Neubauten sowie bestehenden Bauten. Die Grössenordnung beträgt in der Regel von einem bis rund 200 Kilowattpeak. Doch sollte ein Anliegen der Kundinnen und Kunden einmal etwas spezieller sein, wird die Machbarkeit von uns gründlich geprüft.

Die Moritz Hunziker AG besteht bereits in der dritten Generation und ist in der Region verankert. Wieviel «Swissness» steckt in einer Photovoltaikanlage, die diese traditionsreiche Firma umgesetzt hat?
Von unseren Lieferanten bis zu unseren Subunternehmern sind alle in der Schweiz ansässig. Die Produkte variieren von Hersteller zu Hersteller, diese können je nach Kundenwunsch natürlich ebenfalls aus der Schweiz bezogen werden.

Wie kompliziert ist die Handhabung/Steuerung einer Photovoltaikanlage?
Für die Handhabung / Steuerung einer Photovoltaikanlage bieten wir der Kundschaft eine umfassende Instruktion an und stehen telefonisch oder per Mail für jegliche Belange zur Verfügung. Ausserdem betreuen wir unsere Kundinnen und Kunden von Anfang bis zur Fertigstellung der Anlage. Bei jeder Anlagenübergabe an die Bauherrschaft wird eine Dokumentation erstellt, in welcher die nötigen Informationen jederzeit gefunden werden können. Selbstverständlich betreuen wir unsere Kundschaft auch im Nachhinein, zum Beispiel mittels eines Wartungsvertrags, bei welchem ein kontinuierlicher Service enthalten ist.

Wie sieht Ihre zukunftsgerichtete Prognose für den Bedarf an erneuerbaren Energien aus?
Die Prognose für den Bedarf der erneuerbaren Energien sieht gut aus, da diese Energien uns helfen, die Schadstoffbelastung auf der Welt mehr und mehr zu mindern. Durch den Zubau an Solarstromanlagen können wir unsere Stromkosten senken und dadurch Geld und Energieressourcen sparen. Gerade jetzt, bei den momentan steigenden Strompreisen, ist dies ein riesiger Vorteil! Geld zu sparen und gleichzeitig in die grüne Zukunft der Welt zu investieren, ist eine Win-win-Situation für uns alle.

FACHGEBIET PHOTOVOLTAIKANLAGEN

• Beratung / Kostenschätzung
• Vorprojekte / Abklärungen
• Projektierung von Solaranlagen
• Planung & Realisierung
• Montage & Demontage
• Service & Unterhalt
• Wartungsvertrag
• Reinigung

LEISTUNGSSPEKTRUM MORITZ HUNZIKER AG

• Elektro-Installation
• Telefon-Installation
• TV-Installation
• EDV-Installation
• Elektro-Spezialaufgaben
• Photovoltaikanlagen
• … und alles rund um Ihre Elektronik

MORITZ HUNZIKER AG
Hafenstrasse 4
CH-4127 Birsfelden
Telefon +41 (0) 61 631 35 35
timon.thaler@elektro-hunziker.ch
WWW.ELEKTRO-HUNZIKER.CH

Anfang der 90er Jahre setzt Fronius erstmals auf das Zukunftsthema Sonnenenergie. Damals noch belächelt, hat sich dieser Geschäftsbereich bis heute zum grössten Standbein des Familienunternehmens entwickelt. Da die Wertschöpfung auch weiterhin in Europa verbleiben soll, schlägt sich das Wachstum speziell am Fertigungsstandort in Sattledt (Oberösterreich) nieder.

Das oberösterreichische Familienunternehmen Fronius wird häufig mit der boomenden Photovoltaik-Branche in Verbindung gebracht. Das war nicht immer so: Blickt man auf die erst 30-jährige Geschichte des jüngsten Geschäftsbereichs „Solar Energy“ zurück, so hat sich dieser Zweig erst in den letzten Jahren zum neuen Zugpferd von Fronius entwickelt.

Die Geburtsstunde der Solar Energy

Ab 1950 baut Fronius neben der Batterieladetechnik den Schweisstechnik-Zweig auf und feiert damit ab den 60er Jahren erste grössere Erfolge, die 1981 mit der Einführung eines noch nie dagewesenen Schweissgeräts in einem Meilenstein gipfeln. „Wir sind uns allerdings mehr und mehr wie Stromräuber vorgekommen“, erinnert sich Geschäftsführerin Elisabeth Engelbrechtsmüller-Strauss. „Man muss sich vorstellen, dass die Schweisstechnik zur damaligen Zeit Unmengen an Energie benötigt hat. Wir wollten einen Teil dieses Stroms wieder ‚zurückliefern‘ und haben erste Versuche mit Photovoltaik-Modulen gestartet. Es war die Geburtsstunde der Business Unit Solar Energy.“

30 Jahre später scheint kein Weg mehr an der grünen Stromerzeugung mittels Sonnenenergie vorbeizuführen. Der jetzige Erfolg war aber lange Zeit nicht absehbar, wie Engelbrechtsmüller-Strauss weiter ausführt: „Wir sind in der Anfangsphase häufig als die grünen Spinner dargestellt worden und hatten grosse Schwierigkeiten, unsere Geräte am Markt unterzubringen. Man muss sich vorstellen, dass wir damals pro Woche nur rund ein bis zwei Wechselrichter gefertigt haben.“

Die Energieversorgung Europas im Fokus

Wie stark sich das seither gewandelt hat, untermauern die aktuellen Zahlen: Mit einem geplanten Output von 510.000 Wechselrichtern in diesem Jahr ist Fronius der grösste Hersteller von Prosumer-Lösungen in Europa. Global sind bereits 3,4 Mio. Wechselrichter von Fronius in Betrieb. Diese erzeugen jährlich 35,1 TWh an sauberer Sonnenenergie. Das entspricht der Energie aus 33 Donaukraftwerken. Die Energieversorgung wird mehr und mehr dezentralisiert, indem die Kund/-innen selbst zu Produzent/-innen werden – sie erzeugen ihren eigenen Strom, verbrauchen diesen lokal und geben den Überschuss an andere Verbraucher/-innen weiter. Externe Umweltfaktoren wie hohe Energiepreise und die künftige Eigenversorgung Europas verstärken diese Entwicklung zusehends.

„Im Fokus steht dabei immer die hohe Relevanz einer europäischen Wertschöpfung. Speziell aufgrund der jüngsten Lieferengpässe strebt Europa eine reduzierte Abhängigkeit von anderen Märkten an“, verrät Martin Hackl, Global Director Marketing and Sales, Business Unit Solar Energy, Fronius International GmbH. „Wir können das bei Fronius nur unterstützen. Für uns sind nachhaltige Lösungen von höchster Bedeutung und diese schaffen wir am besten durch die Bündelung unserer Fertigungsaktivität in Österreich und Tschechien.“

Der Ausbau in Sattledt in Zahlen

Aus diesem Grund hat Fronius seine Produktionswerke in Österreich und in Tschechien angesiedelt und denkt seit jeher nicht an Outsourcing. Bestes Beispiel ist der grosse Fertigungs- und Logistikstandort im oberösterreichischen Sattledt. Hier wird die Nutzfläche von derzeit 41.000 m² um weitere 28.000 m² ergänzt. Die Gesamtfertigstellung wird bereits Ende Juli 2022 abgeschlossen sein, danach erfolgt die schrittweise Besiedelung der neuen Flächen.

Zu den Highlights der sogenannten Norderweiterung zählt unter anderem das vollautomatisierte Hochregallager. Es ist die künftige Umschlagstelle des Warenausgangs und bietet Platz für 7.000 Paletten und 12.500 Kleinteile-Behälter. Einzigartig sind ausserdem die zwei neu installierten Eisspeicher, die aktuell grösste Anlage ihrer Art in Europa. Vereinfacht erklärt nutzt ein Eisspeicher die Kristallisationsenergie, die frei wird, wenn Wasser zu Eis gefriert. Mithilfe von Wärmetauschern kann diese Energie in der kalten Jahreszeit zur Beheizung und im Sommer zum Kühlen und Klimatisieren des Gebäudes verwendet werden. Und ganz im Sinne der Fronius Werte wird der Neubau auch bald ganzflächig mit einer Photovoltaik-Anlage ausgestattet, die den Bestand von 930 Kilowattpeak um ein weiteres Megawattpeak Leistung aufstockt.

Der Weg aus der Krise

„Wir setzen mit dem Neubau in Sattledt gleich mehrere Zeichen“, meint Elisabeth Engelbrechtsmüller-Strauss. „Wir möchten einerseits den Standort stärken und sichern sowie andererseits als zukunftsträchtiger Arbeitgeber wahrgenommen werden. Allein heuer investieren wir bei Fronius 187 Millionen Euro in die Zukunft. Wir leben als Familienunternehmen die Kontinuität und denken weit nach vorne. Wir wachsen dabei aber nicht um jeden Preis, sondern immer nur dann, wenn wir es uns leisten können.“

www.fronius.ch

Störungen unserer Stromversorgung sind selten. Zum Beispiel wenn ein Kraftwerk unerwartet ausfällt. Dann sinkt die Frequenz der Wechselstromversorgung unter 50 Hertz, bis andere Kraftwerke den Ausfall kompensieren. Ein Anstieg der Frequenz hingegen ist zu beobachten, wenn beispielsweise ein grosser Strombezüger vom Netz abgeschnitten wird. Dann herrscht vorübergehend eine Stromüberproduktion – und die Netzfrequenz klettert über 50 Hertz, bis die Kraftwerke ihre Produktion gedrosselt haben.

Die Stromversorgung ist so ausgelegt, dass Störungen in aller Regel innert Sekunden behoben werden: Dank der automatischen Anpassung der Kraftwerksleistung (genannt Regelreserve) wird das Gleichgewicht zwischen Produktion und Bezug schnell wiederhergestellt, die Netzfrequenz kehrt zum Sollwert von 50 Hertz zurück. Zur Netzstabilität tragen hinreichend grosse Kraftwerkkapazitäten ebenso bei wie ein eng vermaschtes Netz. Eine wichtige Rolle spielt auch die Konstruktionsweise der Kraftwerke: Wasser-, Kern- oder Gaskraftwerke nutzen zur Stromerzeugung grosse Generatoren. Die rotierenden Metallelemente haben eine Schwungmasse, deren Trägheit das Stromnetz dauerhaft stabilisiert, indem sie allzu schnellen Frequenzänderungen entgegenwirkt. Darüber hinaus leisten die Wicklungen der Generatoren einen Beitrag zur Dämpfung von Frequenzschwingungen.

Wegfall von Schwungmasse gefährdet Netzstabilität
Mit dem geplanten Atomausstieg und dem Ausbau der Solarenergie wird der Anteil Generator-gestützter Kraftwerke künftig zurückgehen. Netzexperten betrachten diese Entwicklung mit Sorge, denn Solaranlagen verfügen nicht über Generatoren mit netzstabilisierender Schwungmasse. Ihnen fehlt die Fähigkeit zur passiven Schwingungsdämpfung, und sie beteiligen sich meist nicht an der von der nationalen Netzgesellschaft Swissgrid und den anderen europäischen Übertragungsnetzbetreibern organisierten Bereitstellung von Regelleistung. «Wenn wir die Solarkraft ausbauen und gleichzeitig konventionelle Kraftwerke vom Netz nehmen, müssen die Umrichter einen Beitrag leisten, damit das Netz im Fall von Störungen weiterhin ins Gleichgewicht zurückfindet», sagt Dr. Alexander Fuchs, Wissenschaftler an der Forschungsstelle Energienetze der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETHZ).

Das ist möglich, weil moderne Umrichter in der Lage sind, rotierende Masse nachzubilden, wenn sie «netzunterstützend» betrieben werden. Das gilt für Umrichter von Solaranlagen, Batteriespeichern und Elektroauto- Ladestationen, aber auch für die Umrichter, wie sie in Windkraftanlagen eingesetzt werden, um den Strom der unterschiedlich schnell rotierenden Generatoren mit passender Frequenz ins Wechselstromnetz einspeisen zu können. Werden die Umrichter über eine geeignete Software intelligent gesteuert, leisten sie einen Beitrag zur Netzstabilität, so wie es die Generatoren von traditionellen Kraftwerken tun.

‹Netzunterstützende› Umrichter
Alexander Fuchs hat zusammen mit einem Forscherteam untersucht, wie die Netzstabilität auch bei einem starken Umbau der Energieversorgung in Richtung Solar- und Windenergie sichergestellt werden kann. Beteiligt war ein Wissenschaftler von Hitachi Energy, einem Joint Venture, das kürzlich aus der früheren Netzwerksparte von ABB hervorgegangen ist. In ihrer Untersuchung verwendeten die Forscher Computersimulationen, die das dynamische Verhalten von Stromnetzen beschreiben. Das Projekt wurde vom BFE finanziell unterstützt.

Um die Netzstabilität zu gewährleisten, müssen nicht alle neu im Stromnetz verbauten Umrichter «netzunterstützend» betrieben werden. Es genügt, wenn das bei einem Teil der Fall ist. Das Forschungsteam von ETHZ und Hitachi Energy hat in seiner Untersuchung abgeschätzt, welcher Anteil der Umrichter «netzunterstützend» betrieben werden muss, damit sich die Netzstabilität im Zuge des Umbaus des Energiesystems nicht verschlechtert. Fazit: Wird in der Schweiz Kraftwerksleistung aus Generatoren durch Photovoltaik-Anlagen ersetzt, müssten rund zehn Prozent der neuen PVAnlagen «netzunterstützend» betrieben werden, damit die Netzstabilität nicht leidet.

Batterien stehen im Vordergrund
«Netzunterstützende» Umrichter haben somit ein grosses Potenzial, einen Beitrag zur Netzstabilität leisten zu können. Wie sie das in einem künftigen Energiesystem tun werden, bleibt mit der jüngsten Untersuchung offen. So ist es zwar möglich, einen Umrichter aus einer PV-Anlage «netzunterstützend» zu betreiben, allerdings ist das wenig sinnvoll, weil eine PV-Anlage das Netz nur unterstützen kann, wenn sie Strom produziert, die «netzunterstützende» Funktion aber rund um die Uhr benötigt wird. «Wir gehen davon aus, dass in der praktischen Umsetzung die Funktion der Netzunterstützung künftig hauptsächlich durch Batterien übernommen wird. Das ist aus heutiger Sicht die einzige praktikable Lösung, weil nur so die Netzunterstützung rund um die Uhr abgerufen werden kann», sagt Alexander Fuchs. «Am einfachsten wäre wohl, die Batterien für die Netzunterstützung zu ertüchtigen, die von Hausbesitzern mit PV-Anlage ohnehin eingebaut werden.»

Um den Weg zu solchen Lösungen zu ebnen, möchten die ETHZ-Wissenschaftler verschiedene Umsetzungsvarianten der
Netzunterstützung untersuchen, einschliesslich deren Integration in unterschiedliche Verteilnetztypen (beispielsweise städtische Netze, ländliche Netze, industrielle Netze). An den Mehrkosten sollten die neuen Lösungen kaum scheitern, vermuten die Wissenschaftler: «Werden Umrichter der neusten Generation eingesetzt, ist im Prinzip nur ein Software-Update nötig, um diese «netzunterstützend» betreiben zu können.»

Rund zehn Prozent der Umrichter müssen «netzunterstützend» sein
Das Forschungsteam aus ETHZ und Hitachi Energy hat am Beispiel des europäischen Übertragungsnetzes durchgerechnet, welche Folgen es hat, wenn der Strom nicht mit herkömmlichen Generatoren in Kohle-, Gas-, Kern- oder Wasserkraftwerken produziert wird, sondern in Solar- und Windkraftwerken unter Einsatz von Umrichtern. Sie nutzten ein vereinfachtes Modell des europäischen Verbandes der Übertragungsnetzbetreiber (ENTSO-E). In diesem Modell besteht die europäische Stromversorgung aus circa 1 000 über den Kontinent hinweg verteilten Generatoren (120 Gigawatt Leistung), die 12’000 Verteilnetze und andere grosse Verbraucher versorgen.

Das Forschungsteam betrachtete einen Störfall, der sich im Jahr 2006 tatsächlich ereignet hat. Damals zerfiel das kontinentale Stromnetz in drei Teile mit unterschiedlichen Frequenzen: West- und Nordeuropa (rot, grün) sowie die Länder Osteuropas (blau). Aufgrund des resultierenden Ungleichgewichts zwischen Produktion und Bezug kam es zu markanten Abweichungen von der Sollfrequenz (50 Hertz): In der Simulation erreichte die Frequenzspitze in Westeuropa knapp 50.4 Hertz (hoher Stromüberschuss), in Nordeuropa knapp 50.1 Hertz (geringer Stromüberschuss), während sie in Osteuropa auf ca. 49.85 Hertz sank (Strommangel) (vergleiche Grafik). Der stabilisierenden Funktion der 1 000 Generatoren war es zu verdanken, dass die Frequenzabweichungen nicht noch deutlich höher waren und es zu einem Black-out kam.

Die ETHZ-Forscher wollten nun wissen, was in dem Szenario geschehen wäre, wenn damals 30 beziehungsweise sogar 60 Prozent der Generatoren gefehlt hätten (weil die Kraftwerke im Zuge der Energiewende durch Solar- und Windkraftwerke ersetzt wurden). Die Grafik zeigt, dass in diesem Fall zum Beispiel in Westeuropa die Netzfrequenz auf gegen 50.6 Hertz (30 Prozent weniger Generatoren) beziehungsweise sogar über 51 Hertz (60 Prozent weniger Generatoren) hochgeschnellt wäre. Um diesem massiven Netzungleichgewicht entgegenzuwirken, rüsteten die Forscher in der Simulation einen Teil der Umrichter aus Solar- und Windkraftwerken mit einer «netzunterstützenden» Steuerung aus. Je mehr Umrichter «netzunterstützend» betrieben werden, desto geringer werden die Frequenzausschläge. Werden rund zehn Prozent der in Westeuropa neu installierten Umrichter von Solar- und Windanlagen «netzunterstützend» betrieben, können die Frequenzabweichungen auf jenes Mass begrenzt werden, als wären 1 000 Generatoren im Einsatz.

Mit anderen Worten: 10 Prozent «netzunterstützende» Umrichter reichen aus, um die Netzstabilität so gut zu gewährleisten, wie es bisher die Generatoren herkömmlicher Kraftwerke getan haben. Die Beobachtung aus der Region Westeuropa gilt ähnlich für Nord- und Osteuropa, oder auch bei einer Variation des Stromaustauschs zwischen den Stromnetzen. Stets gewährleisten laut den Berechnungen des Forscherteams etwa 10 Prozent «netzunterstützende» Umrichter die Aufrechterhaltung des Stabilitätsniveaus wie vor Abschaltung der Kraftwerke. Überträgt man diese Erkenntnis in einem Gedankenspiel auf die Schweizer Stromversorgung, bedeutet das: Will man den Beitrag, den die Schweizer
Kernkraftwerke (drei Gigawatt Leistung) über die darin verbauten Generatoren zur Netzstabilität leisten, durch «netzunterstützende» Umrichter erreichen (beispielsweise in Batterien oder PV-Anlagen), dann müsste deren Leistung rund 300 Megawatt betragen. Das ist rund ein Zehntel der in der Schweiz aktuell (Ende 2020) installierten PV-Leistung.

HINWEIS
Weitere Informationen auf der Projekt-Webseite: www.fen.ethz.ch/activities/systemoperation/acsicon.html

Den Schlussbericht zum BFE-Forschungsprojekt «ACSICON – Novel Analysis and Control Solutions for Dynamic Security Issues in the future ENTSO-E network with high Converter-Based Generation» finden Sie unter: www.aramis.admin.ch/ Texte/?ProjectID=41465

Auskünfte zum Projekt erteilt Dr. Michael Moser (michael.moser@bfe.admin.ch), Leiter des BFE-Forschungsprogramms Netze.

Weitere Fachbeiträge über Forschungs-, Pilot-, Demonstrations- und Leuchtturmprojekte im Bereich Elektrizität finden Sie unter www.bfe.admin.ch/ec-strom.