Intelligent gesteuerte Großbatteriespeicher könnten die Nutzung bestehender Netzanschlüsse verbessern und zusätzliche Photovoltaikleistung ermöglichen. Eine Studie des Fraunhofer IEE im Auftrag des Bundesverbands Solarwirtschaft (BSW-Solar) beziffert das technische Potential an 1.313 ausgewählten ländlichen, von erneuerbaren Energien geprägten Umspannwerken in Deutschland auf rund 150 GW zusätzliche PV-Leistung.
Das Szenario kombiniert diese mit 60 GW Batteriespeicherleistung und 240 GWh Speicherkapazität. Die Ergebnisse verdeutlichen, welche Möglichkeiten in der intelligenten Verknüpfung von Solarstromerzeugung, Speicherung und bestehender Netzinfrastruktur liegen.
Umspannwerke verbinden verschiedene Spannungsebenen des Stromnetzes. Transformatoren passen die Spannung an, damit Strom über die entsprechenden Leitungen weitertransportiert werden kann. Ihre Leistung begrenzt gemeinsam mit der Kapazität der Leitungen, wie viel Strom zu einem bestimmten Zeitpunkt ins Netz eingespeist und weitergeleitet werden kann. Da die Auslastung im Tages- und Jahresverlauf schwankt, bleibt ein Teil der vorhandenen Netzkapazität zeitweise ungenutzt.
Hier setzt die Kombination aus Photovoltaik und Batteriespeichern an. Statt die Leistung neuer Solaranlagen ausschließlich an der verfügbaren Netzanschlusskapazität auszurichten, können mehr PV-Anlagen installiert werden, als der Anschluss unter Spitzenbedingungen gleichzeitig aufnehmen kann. Diese sogenannte PV-Überbauung wird mit einem Batteriespeicher kombiniert, der überschüssigen Solarstrom aufnimmt und später einspeist, wenn wieder Netzkapazität verfügbar ist. Eine intelligente Steuerung stimmt Erzeugung, Speicherung und Einspeisung aufeinander ab.
So können Transformatoren besser ausgelastet und zusätzliche PV-Anlagen angeschlossen werden, ohne die Netzkapazität zwangsläufig im gleichen Umfang ausbauen zu müssen. Im Referenzszenario der Studie entspricht dies einer installierten Erzeugungsleistung aus bestehenden Erneuerbare-Energien-Anlagen und zusätzlicher PV von insgesamt 200 Prozent der jeweiligen Transformatorleistung.
Für 1.313 ausgewählte ländliche Umspannwerke in Deutschland ermittelt die Studie ein technisches Potential von rund 150 GW zusätzlicher Photovoltaikleistung. Die dazu betrachtete Referenzdimensionierung umfasst 60 GW Batteriespeicherleistung und bei vier Stunden Speicherdauer 240 GWh Speicherkapazität.
Die Modellrechnungen zeigen außerdem, dass sich die Abregelung der zusätzlich installierten PV-Anlagen aufgrund von Transformatorengpässen im untersuchten Referenzszenario auf durchschnittlich rund ein Prozent ihrer jährlichen Stromproduktion begrenzen ließ. Abregelung bedeutet, dass eine Solaranlage vorübergehend weniger Strom ins Netz einspeisen darf, als sie erzeugen könnte, weil das Netz die Energie nicht vollständig aufnehmen oder weiterleiten kann. Der Speicher nimmt einen Teil dieser Überschüsse auf und stellt die Energie zu einem späteren Zeitpunkt zur Verfügung.
Die in der Studie ausgewiesene Ein-Prozent-Quote bezieht sich dabei ausschließlich auf transformatorbedingte Abregelungen der zusätzlich modellierten PV-Anlagen. Andere mögliche Ertragsverluste, etwa durch Speicherverluste, marktbedingte Abregelungen oder Netzengpässe außerhalb des betrachteten Umspannwerks, sind darin nicht enthalten.
Das Ergebnis unterstreicht die Bedeutung des Zusammenspiels von PV-Überbauung, Speicherdimensionierung und intelligenter Betriebsführung. Entscheidend ist nicht allein die installierte Batteriekapazität, sondern auch, wann der Speicher lädt und entlädt und wie sein Betrieb auf die jeweilige Netzauslastung abgestimmt wird.
Für die Untersuchung analysierte das Fraunhofer IEE zunächst reale Betriebsdaten von 20 Transformatoren an 13 Umspannwerken aus den Netzgebieten der Pfalzwerke Netz AG und der Westnetz GmbH. Darauf aufbauend simulierten die Forschenden verschiedene Szenarien, in denen sie unterschiedliche PV-Leistungen, Speichergrößen, Speicherdauern und Betriebsstrategien miteinander verglichen. Ziel war es, zu ermitteln, wie sich zusätzliche Solarstromerzeugung integrieren und die Abregelung aufgrund von Transformatorengpässen reduzieren lässt.
Anschließend übertrugen sie die Ergebnisse anhand vergleichbarer Standort-, Erzeugungs- und Lastmerkmale auf 1.313 ländliche, von erneuerbaren Energien geprägte Umspannwerke in Deutschland. Daraus leiteten sie das bundesweite technische Potential ab.
Die Ergebnisse zeigen, dass Großbatteriespeicher mehr leisten können, als Strom zeitlich zu verschieben oder auf Preisunterschiede am Strommarkt zu reagieren. Sie können unter geeigneten Bedingungen auch dazu beitragen, vorhandene Netzanschlüsse besser auszulasten und zusätzliche Erzeugungskapazitäten zu ermöglichen. Für Projektentwickler, Speicherintegratoren und Netzbetreiber eröffnet sich damit ein Ansatz, Photovoltaik und Speicher bereits bei der Planung gemeinsam zu dimensionieren und zu steuern.
Wie viel des ermittelten Potentials tatsächlich erschlossen werden kann, hängt allerdings von den örtlichen Netzbedingungen, der technischen Umsetzbarkeit und der Wirtschaftlichkeit der einzelnen Projekte ab. Die Studie liefert eine technische Potentialabschätzung, aber keine umfassende Wirtschaftlichkeitsanalyse.
Zudem wurden keine detaillierten Leistungsflussberechnungen oder Netzengpassanalysen für vor- und nachgelagerte Netzebenen durchgeführt. Die Ergebnisse beschreiben daher in erster Linie das Potential auf Ebene der untersuchten Umspannwerke und Transformatoren und stellen keine allgemeine Aussage über die unmittelbare Anschlussfähigkeit der ausgewiesenen 150 GW zusätzlicher PV-Leistung dar. Auch mögliche Engpässe in anderen Teilen des Stromnetzes und die konkrete Flächenverfügbarkeit wurden nicht vollständig berücksichtigt.
Für den weiteren Ausbau des Speichermarktes wird deshalb entscheidend sein, unter welchen Standort- und Marktbedingungen sowie Geschäftsmodellen sich die Kombination aus Photovoltaik und Großbatteriespeichern an einzelnen Standorten rechnet. Die Studie zeigt dafür eine technische Perspektive auf: Eine intelligentere Nutzung bestehender Netzinfrastruktur könnte zusätzliche Spielräume für den Ausbau erneuerbarer Energien schaffen.