Was sind dezentrale Energiequellen (DER) und wie funktionieren sie?

Mit der zunehmenden Digitalisierung, Elektrifizierung und dem steigenden Anteil erneuerbarer Energien an den Stromnetzen rücken dezentrale Energieerzeugungsanlagen (DEA) vom Rand des Netzes ins Zentrum der Energiestrategie. Was früher ein einfaches Einwegsystem war – große Kraftwerke lieferten Strom über Übertragungsleitungen an Haushalte und Unternehmen – entwickelt sich zu einem flexibleren Netz, in dem Kunden Strom erzeugen, speichern, verteilen und sogar verkaufen können.

Dezentrale Energieerzeugungsanlagen (DERs) können die Wirtschaftlichkeit von Energiespeichern verbessern, die Netzintegration unterstützen, Emissionen reduzieren und die Resilienz stärken. Sie bringen aber auch neue technische und regulatorische Herausforderungen mit sich. Dieser Leitfaden erklärt, was DERs sind, wie sie funktionieren, welche Technologien besonders wichtig sind und warum dezentrale Energie in modernen Stromnetzen immer wichtiger wird.

Wichtige Erkenntnisse

• Dezentrale Energiequellen (DERs) sind kleine Energiesysteme, die sich in der Nähe des Ortes befinden, an dem Strom verbraucht wird. Dazu gehören Solaranlagen, Batterien, Elektrofahrzeuge und flexible Lasten.
• DERs wandeln das Stromnetz von einem unidirektionalen System in ein bidirektionales, interaktives Netzwerk um, das es den Nutzern ermöglicht, sowohl Energie zu verbrauchen als auch zu erzeugen.
• Energiespeicherung ist ein Kernbestandteil von DERs, da sie es ermöglicht, überschüssige erneuerbare Energie zu speichern und bei Bedarf zu nutzen, wodurch Effizienz und Zuverlässigkeit verbessert werden.
• DERs spielen eine entscheidende Rolle bei der Netzintegration, indem sie dazu beitragen, Angebot und Nachfrage auszugleichen, die Spannung zu stabilisieren und die Einführung erneuerbarer Energien zu unterstützen.
• Dezentrale Energiesysteme sind skalierbar und flexibel und eignen sich daher für Anwendungen im Wohn-, Gewerbe- und Industriebereich.
• Lösungen wie Avepower Energiespeichersysteme verbessern die Leistung dezentraler Energieerzeugungsanlagen, indem sie eine intelligentere Energienutzung, Notstromversorgung und optimierten Solarstromverbrauch ermöglichen.

Was sind dezentrale Energiequellen (DER)?

Dezentrale Energieerzeugungsanlagen (DEA) sind kleine Stromerzeugungs- oder Speichereinheiten, die in der Nähe des Verbrauchsortes betrieben werden. Dazu gehören beispielsweise Solaranlagen auf Dächern, gemeinschaftliche Batteriespeichersysteme oder sogar Elektrofahrzeuge, die Energie ins Netz zurückspeisen. DEA sind Teil eines wachsenden Trends hin zur dezentralen Energieproduktion und ermöglichen es Verbrauchern, zu „Prosumern“ zu werden – also sowohl Energie zu produzieren als auch zu verbrauchen.

Hauptmerkmale von DERs:

• Energieerzeugung oder -speicherung im kleinen bis mittleren Maßstab.
• Die Nähe zu den Energieverbrauchern reduziert die Übertragungsverluste.
• Kann unabhängig oder in Abstimmung mit dem Stromnetz betrieben werden.
• Flexibel und skalierbar, geeignet für Wohn-, Gewerbe- oder Industrieanwendungen.

Nach Angaben der US-Organisation US-EnergieministeriumDie Integration dezentraler Energieerzeugungsanlagen kann dazu beitragen, die Spitzenlast zu reduzieren, die Systemzuverlässigkeit zu erhöhen und die Nutzung erneuerbarer Energien zu unterstützen.

Wie funktioniert dezentrale Energieversorgung?

Dezentrale Energieversorgung funktioniert, indem Erzeugungsanlagen, Speicher oder flexible elektrische Lasten näher an die Endverbraucher gebracht und diese Ressourcen dann durch Steuerungen, Wechselrichter, Software und Netzregeln koordiniert werden.

Ein einfaches Beispiel ist ein Haus mit Solaranlage auf dem Dach und einem Batteriespeicher:

1. Solarmodule erzeugen tagsüber Strom.
2. Das Haus nutzt diesen Strom zuerst.
3. Die zusätzliche Stromerzeugung lädt die Batterie auf.
4. Überschüssiger Strom kann in das Stromnetz eingespeist werden.
5. Am Abend entlädt sich die Batterie, um den Haushalt zu versorgen oder den Strombezug aus dem Netz zu reduzieren.

Im größeren Maßstab lässt sich dieselbe Logik auf Schulen, Fabriken, Krankenhäuser, Wohnanlagen, Elektrofahrzeugflotten oder Industriegebiete anwenden. Mehrere dezentrale Energieerzeugungsanlagen können zudem von einem Aggregator zusammengefasst und gemeinsam als „virtuelle“ Ressource betrieben werden. FERC-Verordnung Nr. 2222 wurde entwickelt, um diesen DER-Aggregationen die Teilnahme an regionalen Strommärkten zu erleichtern, einschließlich Ressourcen wie Batterien, Solaranlagen auf Dächern, intelligente Thermostate, Wärmespeicher, Elektrofahrzeuge und effizienzbedingte Nachfragereduzierungen.

Das IEA Es wird darauf hingewiesen, dass dezentrale Energieerzeugungsanlagen (DERs) die Stromsysteme verändern, da Verbraucher zunehmend Strom erzeugen, speichern, auf Preissignale reagieren und bidirektionale Stromflüsse erzeugen können, anstatt nur Strom aus dem Netz zu beziehen. Allein zwischen 2019 und 2021 wurden weltweit 167 GW dezentrale Photovoltaik-Leistung installiert.

Welche gängigen Technologien und Systeme der dezentralen Energieerzeugung werden zur Energiegewinnung eingesetzt?

Nicht jede dezentrale Energieerzeugungsanlage (DER) erzeugt Strom, aber viele tun es. Die gängigsten auf Stromerzeugung ausgerichteten DER-Technologien sind Photovoltaik, Brennstoffzellen, Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen und Mikroturbinen.

Solar-Photovoltaik-Systeme

Solar-PV-Anlagen Photovoltaikanlagen sind die am weitesten verbreitete Technologie zur dezentralen Energieerzeugung. Private Photovoltaikanlagen haben typischerweise eine Leistung von 5 kW bis 20 kW, während gewerbliche Anlagen über 1 MW erreichen können. Photovoltaikanlagen reduzieren die Abhängigkeit vom Stromnetz, senken die Energiekosten und unterstützen die Netzintegration während der sonnenreichsten Stunden.

Ejemplo: In Kalifornien verfügen über mehr als 30 % der Wohnhaushalte über Photovoltaikanlagen auf dem Dach, die zur lokalen dezentralen Energieerzeugungskapazität beitragen (Kalifornische Energiekommission, 2023).

Brennstoffzellen

Brennstoffzellen wandeln chemische Energie aus Brennstoffen wie Wasserstoff mittels eines elektrochemischen Prozesses in Elektrizität um. Sie sind sauber, hocheffizient und können kontinuierlich betrieben werden, solange Brennstoff zugeführt wird. Brennstoffzellen werden häufig in kommerziellen oder industriellen Anwendungen zur dezentralen Energieerzeugung eingesetzt, wo Zuverlässigkeit von entscheidender Bedeutung ist.

Kraft-Wärme-Kopplung (Kraft-Wärme-Kopplung)

Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen erzeugen aus einer einzigen Brennstoffquelle, häufig Erdgas, sowohl Strom als auch nutzbare Wärme. Sie erreichen einen Gesamtwirkungsgrad von 60–80 %, im Vergleich zu 30–50 % bei konventionellen Kraftwerken.

Mikroturbinen

Mikroturbinen sind kompakte, schnelllaufende Turbinen, die Strom lokal erzeugen. Sie eignen sich für Gewerbe- und Industriestandorte mit Bedarf an zuverlässiger Stromversorgung und lassen sich mit erneuerbaren dezentralen Energiequellen zu Hybridsystemen integrieren.

Welche Energiespeichertechnologien werden als dezentrale Energieressourcen eingesetzt?

Energiespeicher gehören zu den wichtigsten Kategorien dezentraler Energieerzeugungsanlagen, da sie die Flexibilität nahezu aller anderen Energiequellen erhöhen.

Batterie-Speicher

Batteriespeicher sind derzeit die bekannteste Form der dezentralen Energiespeicherung. Sie speichern Strom, wenn ein hohes Angebot besteht oder die Preise niedrig sind, und geben ihn bei Bedarf wieder ab. Batterien können hinter einem Haushalts- oder Gewerbezähler oder vor einem lokalen Verteilzähler installiert werden. In beiden Fällen unterstützen Batteriespeicher die Netzintegration, indem sie die Energieversorgung zeitlich verschieben, die Solarstromerzeugung glätten, Lastspitzen reduzieren und schnell auf Netzstörungen reagieren.

Beispiele für Batteriespeicher in dezentralen Energieerzeugungsanlagen: Avepower Energiespeichersysteme für Privathaushalte sind skalierbar ab ~15 kWh bis zu ~260 kWhDadurch können Hausbesitzer die Kapazität entsprechend ihrem Energiebedarf erweitern.

Avepower 15kWh Vertikale Heimspeicherbatterie

• Batterietyp: LiFePO4 (Lithiumeisenphosphat)
• Systemenergie: 15kWh
• Nennspannung: 48V Klassensystem
• Lebensdauer: Bis zu 8000+ Zyklen bei empfohlener Entleerungstiefe
• Installation: Innenbereich, vertikaler Standschrank
• Kommunikation: CAN / RS485
• Schutzfunktionen: Überladung, Tiefentladung, Überstrom, Kurzschluss

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Elektrische Fahrzeuge

Elektrofahrzeuge können als mobile Energiespeicher dienen. Mithilfe der Vehicle-to-Grid-Technologie (V2G) können Elektrofahrzeuge in Spitzenlastzeiten Strom ins Netz oder nach Hause zurückspeisen und so effektiv als dezentrale Energiequellen fungieren.

Elektrische Warmwasserbereiter

Elektrische Warmwasserbereiter stellen eine Form der Wärmespeicherung dar. Sie können Wasser erwärmen, wenn die Strompreise niedrig sind oder erneuerbare Energien reichlich vorhanden sind, und den Energieverbrauch in Zeiten hoher Netzlast reduzieren. (Technical Brief 2024) US-Energieministerium weist darauf hin, dass Wärmepumpen-Warmwasserbereiter im Vergleich zu herkömmlichen Widerstands-Warmwasserbereitern den jährlichen Stromverbrauch für die Warmwasserbereitung um etwa 60–70 % senken und gleichzeitig eine Lastverschiebung ermöglichen können.

Wie funktionieren DER-Systeme in Verbindung mit Stromnetzen?

Dezentrale Energieerzeugungsanlagen (DERs) werden über intelligente Wechselrichter, Energiemanagementsysteme und Netzkommunikationstechnologien in Stromnetze integriert. Zu den wichtigsten Funktionen gehören:

• Grid-Unterstützung: Bereitstellung von Spannungsregelung und Blindleistungskompensation.
• Lastverteilung: Verlagerung des Energieverbrauchs zur Reduzierung der Spitzenlast.
• Inselbetrieb: Mikronetze mit dezentralen Energieerzeugungsanlagen können sich bei Stromausfällen vom Hauptnetz trennen und so eine unterbrechungsfreie Stromversorgung gewährleisten.

Diese Integration verbessert die allgemeine Netzstabilität und ermöglicht gleichzeitig eine höhere Durchdringung erneuerbarer Energien.

Welche Vorteile bieten dezentrale Energiequellen?

Der Wert dezentraler Energieressourcen geht über eine einzelne Kennzahl hinaus. Ihre Vorteile erstrecken sich auf Wirtschaftlichkeit, Emissionen, Resilienz und Systemplanung.

• DERs liefern Strom in der Nähe des Verbrauchsortes und reduzieren so die Übertragungsverluste.
• Ermöglichen Sie ein effizienteres Energiemanagement durch Demand-Response-Programme, bei denen Energieversorger die Nutzer dazu anregen, ihren Verbrauch anzupassen und den Zugang zu dezentralen Energieerzeugungsanlagen (DER-Systemen) ermöglichen, um die Nachfrage zu decken.
• Verbraucher mit dezentralen Energieerzeugungsanlagen können günstigeren Strom für den Eigenbedarf produzieren.
• Überschüssige Energie kann über Net Metering in das lokale Stromnetz zurückgespeist werden, wodurch Gutschriften auf der Stromrechnung erzielt werden.
• Energieversorger sparen Infrastrukturkosten, indem sie dezentrale Energieerzeugungsanlagen integrieren, anstatt neue Kraftwerke zu bauen.
• Viele dezentrale Energieerzeugungsanlagen (DERs) basieren auf erneuerbarer Energie oder Wasserstoff und produzieren weitaus weniger Emissionen als Kohle- oder erdölbasierte Kraftwerke.
• DERs dienen als Notstromversorgung bei extremen Wetterbedingungen oder Naturkatastrophen und verbessern so die allgemeine Widerstandsfähigkeit des Stromnetzes.

Welche Herausforderungen stellen dezentrale Energieressourcen dar?

DERs sind vielversprechend, aber nicht ohne Weiteres umsetzbar. Für eine erfolgreiche Skalierung müssen technische, finanzielle und regulatorische Probleme gelöst werden.

• Die Installation von DER-Technologien wie Brennstoffzellen oder Solaranlagen kann Tausende von Dollar kosten.
• Staatliche Anreize wie Steuergutschriften und Subventionen können dazu beitragen, anfängliche Investitionsbarrieren abzubauen.
• Ältere Stromnetze waren für einen unidirektionalen Stromfluss von den Kraftwerken zu den Verbrauchern ausgelegt.
• Derived Energy Resources (DERs) können aufgrund bidirektionaler Flüsse zu Engpässen und einer Überlastung des Stromnetzes führen.
• Eine gute Abstimmung zwischen den Beteiligten (Regulierungsbehörden, Energieversorgern, Nutzern) und die Einführung intelligenter Stromnetztechnologien können dazu beitragen, diese Probleme zu mindern.

Vorteile dezentraler Energieerzeugung gegenüber zentralisierten Systemen

Dezentrale Energieerzeugung bietet gegenüber zentraler Erzeugung mehrere strukturelle Vorteile. Sie lässt sich schrittweise, näher am Verbrauchsort und oft schneller als der Bau großer Kraftwerke und Übertragungsleitungen realisieren. Sie kann Netzverluste reduzieren, die Versorgungssicherheit auf Kundenebene verbessern und Stromverbraucher zu aktiven Teilnehmern statt passiven Konsumenten machen.

Funktion	Verteilte Energie	Zentralisierte Energie
Standort	Nahe am Verbrauch	Weit entfernt vom Konsum
Wirkungsgrad	Reduzierter Übertragungsverlust	Höherer Übertragungsverlust
Zuverlässigkeit	Flexibel, Insel	Abhängig vom zentralen Netz
Emissionen	Oftmals erneuerbar	Häufig basierend auf fossilen Brennstoffen
Kosten	Skalierbar, modular	Hohe Infrastrukturkosten

Fazit

Durch die Kombination von Erzeugung, Speicherung und intelligenter Netzintegration ermöglichen dezentrale Energieerzeugungsanlagen (DERs) effizientere, nachhaltigere und widerstandsfähigere Energiesysteme. Für Hausbesitzer und Unternehmen können Investitionen in DERs wie Photovoltaik, Batteriespeicher oder Elektrofahrzeug-basierte Energielösungen zu erheblichen Kosteneinsparungen und ökologischen Vorteilen führen. Für Energieversorger verbessert die Integration von DERs in den Netzbetrieb Flexibilität und Zuverlässigkeit.

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Unternehmen mögen Avepower Entwicklung und Bereitstellung intelligenter, DER-fähiger Energiespeichersysteme, die Photovoltaik, Batteriespeicher und Energiemanagement integrieren, um den Eigenverbrauch und die Netzstützung zu maximieren. Avepower Energiespeicher für zu Hause und kommerzielle Energiespeicher Die Produkte basieren auf Lithium-Eisen-Phosphat (LiFePO4) Technologie, die modulare Kapazitätsoptionen bietet (ab 15 kWh bis zum Vielfachen von 260 kWh), skalierbare Systemdesigns und lange Lebensdauer für einen zuverlässigen Einsatz dezentraler Energieerzeugungsanlagen.

Avepower Energiespeicherlösungen Hausbesitzern helfen, überschüssigen Solarstrom für die Nutzung in der Nacht zu speichern, eine zuverlässige Notstromversorgung bei Stromausfällen bereitzustellen und den Energieverbrauch so zu verlagern, dass die Stromkosten gesenkt und gleichzeitig die Kohlenstoffemissionen reduziert werden.

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