Microgrids für die Industrie: Erneuerbare Energien effizient steuern

Was sind Microgrids?

Microgrids integrieren erneuerbare Energiequellen wie Solaranlagen, Windkraft oder Biomasse und ermöglichen eine intelligente Steuerung von Erzeugung, Speicherung und Verbrauch. Besonders auf Industriedächern schlummert ein riesiges, bisher kaum genutztes Potenzial: Die Internationale Energieagentur (IEA) schätzt, dass Solaranlagen auf Industriedächern weltweit bis 2030 bis zu 1 Terawatt Leistung erreichen könnten – das entspräche 1.000 Kernkraftwerken.

Ein Microgrid ist ein kleines lokales Stromversorgungsnetz, das erneuerbare und konventionelle Energiequellen kombiniert. Es kann sowohl netzgekoppelt als auch autark arbeiten. Diese Flexibilität macht Microgrids besonders attraktiv für Industrieunternehmen, die ihre Energieversorgung sichern und gleichzeitig Nachhaltigkeitsziele erreichen wollen. Microgrids sind in der Lage, sich bei Störungen im übergeordneten Netz abzukoppeln und im Inselbetrieb weiterzuarbeiten, was die Versorgungssicherheit deutlich erhöht. Smarte Steuerungstechnik für Dach-Photovoltaik ermöglicht Microgrids, die bis zu 80 Prozent Eigenversorgung erreichen.

Die Struktur von Microgrids ist vielfältig und hängt vom Anwendungsfall und Standort ab. Typischerweise bestehen sie aus mehreren zentralen Elementen. Erzeugungsanlagen wie Photovoltaik, Windkraft, Blockheizkraftwerke oder Brennstoffzellen bilden das Herzstück und liefern die benötigte Energie. Energiespeicher, etwa Lithium-Ionen-Batterien oder Wasserstoffspeicher, puffern Überschüsse und geben Energie bei Bedarf ab, um die Netzstabilität zu sichern. Intelligente Steuerungssysteme optimieren den Energiefluss in Echtzeit, ermöglichen Lastmanagement und sorgen für eine effiziente Nutzung der Ressourcen. Das lokale Verteilnetz verbindet Erzeuger und Verbraucher direkt, minimiert Übertragungsverluste und erhöht die Effizienz des Systems. Die Schnittstelle zum öffentlichen Netz ermöglicht den Austausch mit dem übergeordneten Netz oder die Trennung für den Inselbetrieb.

Microgrids entkoppeln sich bei einer Störung vom öffentlichen Netz und nutzen den Strom aus lokalen Quellen wie Solaranlagen, Blockheizkraftwerken oder Batteriespeichern. Dazu braucht es eine intelligente Steuerung der verschiedenen Netzabschnitte. Bild: Bachmann electronic

Das sind die Vorteile für Industrie und Gewerbe

Die Nähe zwischen Erzeugern und Verbrauchern ist eine der zentralen Stärken von Microgrids. Durch die lokale Erzeugung und Nutzung von Energie werden Übertragungsverluste minimiert, was die Effizienz des Systems erheblich verbessert und zu einer nachhaltigen Energieversorgung beiträgt. Darüber hinaus ist die Zuschaltung oder der Tausch von Energieerzeugungseinheiten durch die kleine Skalierung und das lokale Energiemanagement deutlich sicherer und einfacher zu bewerkstelligen, als dies im bisherigen großen Maßstab möglich war. Zudem können Backup-Systeme schmaler ausfallen, und kritische Infrastruktur ist bei entsprechendem Security-Konzept einfacher zu schützen. Großflächige Ausfälle sind durch Abkopplungen von kleinen Grid-Sektoren nicht zu erwarten.

Diese Vorteile bringen den industriellen Anwendern einen konkreten Nutzen. Durch die Optimierung des Eigenverbrauchs und das sogenannte Peak-Shaving können Unternehmen ihre Stromkosten deutlich reduzieren. Die Integration erneuerbarer Energien und die Nutzung von Abwärme reduzieren zudem die CO₂-Emissionen. Microgrids gewährleisten eine zuverlässige Stromversorgung auch bei Netzausfällen oder Engpässen, was besonders für kritische Infrastrukturen wie Rechenzentren oder Produktionsanlagen essenziell ist. Microgrids lassen sich flexibel erweitern, um zukünftige Anforderungen wie Elektromobilität, Wasserstoffinfrastruktur oder zusätzliche Lasten zu integrieren.

Im industriellen Kontext ist die Entscheidung zur Installation einer eigenen Dachsolaranlage oftmals der Ausgangspunkt für die Schaffung eines eigenen Microgrids, weil für größere PV-Anlagen ab 100 kW besondere rechtliche Bedingungen für die Steuerbarkeit gelten.

Per Fernzugriff auf eine Visualisierung können über einen Internet-Browser unter anderem Topologien, Signalflüsse und Diagramme angezeigt sowie Sollwerte gesetzt werden. Bild: Bachmann electronic

Aktuelle Nutzung und Ausbauziele in Deutschland

In Deutschland verfügt die Industrie nach einer detaillierten Marktanalyse von Garbe Industrial Real Estate über rund 363 Millionen Quadratmeter Dachfläche, die für die Installation von Solaranlagen geeignet sind. Dieses Potenzial könnte nach einer Analyse des Bundesverbands Solarwirtschaft (BSW) bis zu 36 Gigawatt Solarstrom erzeugen, was der Leistung von 36 Kernkraftwerken entspricht. Doch bisher nutzen weniger als 10 Prozent der Industrie- und Logistikunternehmen ihre Dachflächen für die Stromproduktion.

Die Bundesregierung hat ehrgeizige Ausbauziele formuliert und plant, den jährlichen Zubau der Photovoltaik-Leistung auf 22 bis 26 Gigawatt zu steigern. Industrie- und Gewerbedächer spielen dabei eine zentrale Rolle, um diese Ziele zu erreichen. Besonders Dachflächen ab 1.500 Quadratmetern sind wirtschaftlich rentabel und können maßgeschneiderte Solaranlagen aufnehmen.

Ökologische Vorteile und organisatorische Aspekte

Solarstrom vom Dach ist in vielen Regionen bereits günstiger als Strom aus dem Netz. Fraunhofer ISE und BSW Solar zeigen in Analysen, dass Unternehmen bis zu 80 Prozent ihres Strombedarfs selbst decken und so Energiekosten langfristig senken können. Jede installierte Kilowattpeak-Solarleistung spart außerdem jährlich etwa 500 Kilogramm CO₂ ein – ein entscheidender Beitrag zur Dekarbonisierung. Die Nutzung von Industriedächern für Solaranlagen bietet zudem den Vorteil, dass keine zusätzlichen Flächen versiegelt werden müssen, was die Akzeptanz in der Bevölkerung erhöht und Konflikte mit anderen Nutzungsformen vermeidet.

Die Implementierung von Microgrids und Solaranlagen ist mit mehreren Herausforderungen verbunden. Die Anfangsinvestitionen für Erzeugungsanlagen, Speicher und Steuerungssysteme stellen eine Hürde dar. Allerdings zeigen Zahlen des Fraunhofer ISE zeigt, dass Industrie-PV-Anlagen mit Eigenverbrauch heute Renditen von 8–12 % p.a. erzielen, was eine Amortisation von fünf bis acht Jahren ermöglicht. Förderprogramme und innovative Finanzierungsmodelle wie Microgrid-as-a-Service können zusätzlich Abhilfe schaffen. Power Purchase Agreements (PPAs, auf Deutsch Stromabnahmeverträge) ermöglichen Unternehmen, Solarstrom ohne eigene Investitionen zu beziehen.

Unterschiedliche regulatorische Rahmenbedingungen erschweren die Planung und den Betrieb von Microgrids. Standardisierung und klarere Richtlinien sind notwendig, um diese Barrieren zu überwinden. Die Integration verschiedener Erzeugungsquellen, die Steuerung von Speichern und die Koordination von Lasten erfordern Steuerungssysteme und eine sorgfältige Planung, um Netzstabilität und Effizienz zu gewährleisten.

Ein Netzerfassungs- und Schutzmodul misst und überwacht die relevanten Größen im elektrischen Netz. Mittels des FASTBUS-Modul kommuniziert es mit der Steuerung. Bild: Bachmann electronic

Modulare Microgrids lassen sich schrittweise erweitern, um wachsende Energiebedarfe zu decken. Intelligente Energiemanagement-Systeme bieten Echtzeit-Monitoring und ermöglichen eine optimale Nutzung der erzeugten Energie. Mehrstufige Schutzkonzepte wie verschlüsselte Kommunikation und Zugriffskontrollen schützen vor Hackerangriffen und gewährleisten die Versorgungskontinuität.

Wohin geht der Trend?

Nach einer Marktstudie von Fortune Business Insights wird der globale Photovoltaik-Markt 2034 auf etwa 1,5 Billionen US-Dollar (rund 1,3 Billionen €) anwachsen, mit einer jährlichen Wachstumsrate von mehr als 14 Prozent. Microgrids werden dabei eine zentrale Rolle spielen, weil sie die Integration dezentraler Energieerzeugung ermöglichen und die Netzstabilität erhöhen.

Die EU-weite Gebäuderichtlinie und Solarpflichten, wie sie in Frankreich und den westlichen Bundesländern in Deutschland eingeführt wurden, beschleunigen den Ausbau von Solaranlagen. Zielgerichtete Subventionen für Industriedächer senken die Einstiegshürden für Unternehmen und fördern die Energiewende.

In technischer Hinsicht wird künstliche Intelligenz eine zunehmend wichtige Rolle in der Steuerung von Microgrids spielen. Präzisere Lastprognosen und automatisierte Steuerungsstrategien erhöhen die Effizienz und Zuverlässigkeit der Systeme. Grüner Wasserstoff kann als Langzeitspeicher die Flexibilität von Microgrids weiter steigern und die Integration erneuerbarer Energien verbessern. Neue Geschäftsmodelle wie Microgrid-as-a-Service machen Microgrids auch für kleinere Unternehmen zugänglich und beschleunigen die Verbreitung.

Microgrids und Solaranlagen als Schlüsseltechnologien

Microgrids und Solaranlagen auf Industriedächern sind komplementäre Lösungen, die die Energiewende beschleunigen. Technisch erhöhen sie die Netzstabilität, senken Übertragungsverluste und ermöglichen eine dezentrale, resiliente Energieversorgung. Wirtschaftlich reduzieren sie Energiekosten, schaffen Unabhängigkeit von fossilen Brennstoffen und bieten neue Geschäftsmodelle. Ökologisch tragen sie maßgeblich zur Dekarbonisierung bei und unterstützen die Erreichung nationaler und internationaler Klimaziele.

Dieser Beitrag erschien im BetreiberBrief 2-2026. Jetzt registrieren und künftig alle aktuellen Ausgaben per Mail erhalten!

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