Luxusresort beschreibt die Cheetah Plains Lodge in Südafrika nur unvollständig. Wer hier eine Safari bucht, nächtigt in Villen mit eigener Weingalerie, kuratierter Kunstsammlung und einem Privatkoch. Ins Gelände geht es unter sachkundiger Führung mit elektrisch betriebenen Land Cruisern; eine ruhige und emissionsfreie Fortbewegungsart, die Big Five-Sichtungen schon beinahe garantiert. Die Hausleitung und die anspruchsvollen Gäste legen aber nicht nur Wert auf ein einzigartiges Safari-Erlebnis. Auch Umweltmanagement und Nachhaltigkeit sind Pflicht. Dazu gehören Grauwasserrecycling und die Verwendung von Bauelementen wie Energiesparglas, das die Wärmeübertragung durch die Fenster reduziert. Ein Problem galt es noch zu lösen: eine nachhaltige und sichere Stromversorgung. Zwar gab es sogar einen einphasigen Anschluss des örtlichen Energieversorgers, die Leistung war allerdings begrenzt und die Spannungsschwankungen beträchtlich. Dem steigenden Energiebedarf von Kühlanlagen und Ladestationen für die E-Fahrzeuge war diese Art der Versorgung nicht gewachsen. Deshalb beauftragten die Betreiber den südafrikanischen Solarexperten Blockpower und den deutschen Microgrid-Integrator Dhybrid ein dreiphasiges Energiesystem mit einer PV-Anlage und einem inselnetzbildenden Energiespeichersystem auf Basis von Lithium-Ionen-Batterien zu installieren. Ein Dieselaggregat sollte nur im Notfall mögliche Versorgungslücken decken.
Die Inselmanager: Spezialisten für hybride Netze
Früher übernahmen die Stromversorgung in Inselnetzen, so genannten Microgrids, fast ausnahmslos robuste und einfach zu wartende Dieselgeneratoren. Den Einsatzbedingungen in modernen Anlagen genügen sie aber nicht mehr. Dies liegt einerseits an der Umweltbelastung und den steigenden Kraftstoffkosten, andererseits an den Anforderungen an die Spannungsqualität, und das nicht nur in Luxus-Resorts. Auch in den Personal-Unterkünften von entlegenen Produktionsstandorten haben LED-Panels die energiefressenden Glühlampen ersetzt. Und natürlich gibt es Flatscreens, Notebooks, Smartphones und Maschinen mit Embedded-PCs als Steuerung. Hier sind immer häufiger PV-Anlagen mit Batteriespeichern und eventuell einem Diesel als Backup gefragt. Auf solche hybride Smart-Grid-Lösungen hat sich die Dhybrid Power Systems GmbH aus Gauting spezialisiert. Zum Angebotsspektrum gehört das kundenspezifische Energiemanagementsystem (EMS) – die Dhybrid Universal Power Platform (Dhybrid UPP), die herstellerunabhängig unterschiedlichste Technologien, wie Batteriespeicher, PV-Anlagen, Windkraftwerke miteinander kombinieren kann. Des Weiteren bietet Dhybrid schlüsselfertige Batterie-Energiespeichersysteme (Bess) an. Für die Überwachung und Optimierung der Netzversorgungsqualität nutzt Dhybrid die Energiemesstechnik und aktive Leistungsfilter der Firma Janitza Electronics. Insbesondere in Inselnetzen mit hoher Netzimpedanz ist die Überwachung der Netzqualität essentiell.
Diesel nur noch im Notfall
Mit der neuen Anlage deckt die Safari-Lodge ihren Energiebedarf überwiegend aus der PV-Anlage mit insgesamt 300kWp. Auf den Carports und den Unterkünften der Angestellten sind 260kWp Dachanlagen installiert. Dazu kommen 40kWp von drei zweiachsig nachgeführten Trackern. Sie speisen den Lithium-Ionen-Speicher mit einer Kapazität von 1.027kWh, der wiederum den netzbildenden, bidirektionalen Batteriewechselrichter versorgt. Mit einer Spitzenleistung von 250kW bei stabiler Ausgangsspannung und -frequenz bietet er genügend Reserven für eine 3-phasige Stromversorgung. Auch größere Verbraucher wie Kühlanlagen, Motoren oder die Ladestationen für die Land Cruiser lassen sich damit zuverlässig betreiben. Wechselrichter und Batterien sind in einem 20 Fuß Energiecontainer untergebracht. Dieser wurde mit einer Klimatisierung und einer Löschgas-Anlage versehen und komplett verkabelt geliefert. Zur Notstromversorgung dient ein 150-kVA-Dieselgenerator. Das Aggregat wurde von einem Stand-by-Generator zu einem fernsteuerbaren Generator aufgerüstet, der für den Parallelbetrieb geeignet ist. Er geht jedoch nur in Ausnahmefällen in Betrieb. Die Anlage läuft zu nahezu 100% mit erneuerbarer Energie. Zusätzlich ist auch die einphasige Leitung des regionalen Energieversorgers aufschaltbar.
Reichlich Energie – aber immer an der richtigen Stelle?
Energiequellen stehen auf der Lodge reichlich zur Auswahl: Sonne, das örtliche Netz, die Batterie, Diesel als Puffer. Es besteht kein Risiko, dass die Gäste plötzlich im Dunkeln sitzen oder die Land Cruiser nicht fahren – vorausgesetzt die Energieströme fließen in die richtigen Bahnen. Dafür sorgt UPP, kurz für Universal Power Platform. Dieses Energiemanagementsystem wurde von Dhybrid eigens für die Steuerung von Smart-Grids entwickelt. Die intelligente Steuerungsplattform bietet volle Transparenz und Kontrolle über das Energiesystem. Sie überwacht alle Netzparameter sowie die Wirk- und Blindleistungssollwerte der Stromerzeuger. Dies ermöglicht einen automatisierten Betrieb der Anlage. Anders als bei vielen herkömmlichen Microgrids, bei denen entweder der Diesel oder die PV-Anlage laufen, kann die Dhybrid UPP verschiedene Erzeuger gleichzeitig und aufeinander abgestimmt steuern. Dadurch muss der Dieselgenerator nur in Zeiten mit außergewöhnlich hohem Energieverbrauch oder in Schlechtwetterperioden eingeschaltet werden. Auf einen weiteren Vorteil weist Tom Fricke hin, der bei Dhybrid den Bereich Energiespeicher und Vertrieb leitet: „Unser System ist technologieoffen, das heißt wir können die unterschiedlichsten Hersteller einbinden. Da wir Zugriff auf alle Komponenten haben, können wir sehr vorausschauend agieren. Das betrifft zum Beispiel die Lebensdauer von Batterien. Unterschiedliche Betriebszustände lassen sie schneller oder langsamer altern. Da wir wissen, wie sich die Last oder PV-Erzeugung über den Tag entwickelt, können wir die Betriebsstrategie so optimieren, dass die Batterie länger hält.“ Die Echtzeit-Überwachung und Fernwartung des Netzes erfolgt per VPN über ein SCADA-System von Dhybrid. Darüber hinaus bietet die UPP Zugang zu historischen Daten, Berichten und Dashboards über ein Web-Portal.