Erneuerbare für Gewächshäuser

Verbundforschungsprojekt ELGEVOS

In Deutschland ist im Winter der Anbau von Gurken und Tomaten im Gewächshaus aufgrund der relativ geringen Sonneneinstrahlung nur mit Heizung und Beleuchtung möglich. Wirtschaftlich ist die Gemüseproduktion damit angesichts der aktuellen Strompreise allerdings nicht. Ob das mit einem optimierten direkten Strombezug zu schwankenden Börsenstrompreisen möglich wäre, hat einer Medienmitteilung des Fraunhofer IEE zufolge das Verbund-Forschungsprojekt ELGEVOS – Elektroenergieversorgung von Gewächshäusern bei einer volatilen Stromversorgung mit hohem Anteil erneuerbarer Energien von Fraunhofer IEE, HU Berlin und Leibniz IGZ untersucht. Das Ergebnis ist nun als interaktive Animation verfügbar.

Durch die Verwendung von Zusatzlicht lässt sich die Produktion von Gemüse in Gewächshäusern nicht nur auf die Wintermonate ausdehnen, sondern auch in anderen Monaten der Ertrag steigern. Dabei müssen jedoch die Länge von Dunkelphase und Wärmeeintrag berücksichtigt werden. Die Untersuchungen am Beispiel von Tomatenpflanzen haben ergeben, dass Heizung und Kühlung der modellierten Gewächshäuser wie auch die künstliche Belichtung der Pflanzen nur um maximal vier Stunden verschoben werden sollten.

Im Projekt ELGEVOS wurde das innovative Konzept des besonders energieeffizienten Solar-Gewächshauses mit den heute üblichen Gewächshäusern verglichen. Während letztere meist mit Erdgas oder Öl beheizt werden, nutzt ein Solar-Gewächshaus die eingestrahlte Wärmeenergie der Sonne. Über eine Wärmepumpe gelangt die Energie in einen Wärmespeicher und kann später zum Heizen wieder ausgespeichert werden. Bei optimaler Auslegung des Systems reicht die gespeicherte Wärme bis weit in den Winter hinein, so dass das System nur für einen kurzen Zeitraum eine Zusatzheizung (z.B. Strom oder Erdgas) benötigt. Im Gegensatz zu den herkömmlichen Gewächshäusern lässt sich das im Projekt ELGEVOS betrachtete Solar-Gewächshaus also vollständig mit Strom heizen.

Im Projekt wurde der Betrieb durch Lastverschiebung entsprechend den Preisschwankungen am Strommarkt optimiert und so minimale jährliche Strombeschaffungskosten erreicht. Die Strombeschaffungskosten des Solar-Gewächshauses können auf diese Weise so weit gesenkt werden, dass es wirtschaftlich betrieben werden kann. Dabei können durch die Nutzung von Grünstrom auch die CO2-Emissionen gesenkt werden.

Der Einsatz einer künstlichen Zusatzbeleuchtung rechnet sich allerdings auch im strompreis-optimierten Betrieb nicht, da der Anteil von Steuern und Umlagen an den Stromkosten sehr hoch sind. Die Mehrkosten für die Stromversorgung übersteigen die Erlöse durch die Ertragssteigerung deutlich. Flexibles Verhalten von Verbrauchern könnte viel stärker angeregt werden, wenn die Preisschwankungen der Strombörse sich in den Gesamtkosten deutlicher widerspiegeln würden.

Gewächshausbetreiber können nun mit einer im Projekt ELGEVOS entwickelten Animation unterschiedliche Versorgungskonzepte interaktiv konfigurieren und miteinander vergleichen. Die Nutzer können auswählen, ob Gewächshäuser mit Zusatzbeleuchtung und Komponenten für die Heizung und Kühlung ausgestattet sein sollen. Der strompreis-optimierte Betrieb kann mit dem Betrieb ohne Lastmanagement in animierter Form verglichen werden, und die Kostenkomponenten der Energieversorgung werden ins Verhältnis zu den Erlösen durch den Verkauf der produzierten Tomaten gesetzt.

Die Flexibilität stromversorgter Solar-Gewächshäuser erlaubt neben dem strompreis-optimierten Betrieb auch netzdienliches Verhalten für den Ausgleich kurzfristiger Schwankungen in der Stromeinspeisung durch Regelleistung. Negative Regelleistung wird benötigt, wenn im Netz mehr Strom erzeugt als verbraucht wird. Positive Regelleistung dient dem Ausgleich von zu geringer Stromerzeugung im Verhältnis zum Verbrauch. Daher werden zunehmend flexible Kapazitäten zur Stromerzeugung, -speicherung und zum -verbrauch benötigt. Das Angebot von Regelleistung ist bei ausreichender Flexibilität auch durch große Verbraucher möglich, wobei diese bei negativem Regelleistungsbedarf eingeschaltet werden. Bei positivem Regelleistungsbedarf wird hingegen der Stromverbrauch reduziert.

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