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Solarstrom zur Milchkühlung einsetzen Digital Plus

Selbst erzeugter Strom von Photovoltaik-Anlagen kann Eis für Eiswasserkühlanlagen erzeugen. Auf der Versuchsstation Grub der Bayerischen Landesanstalt für Landwirtschaft (LfL) wurde untersucht, in welchem Umfang der eigene Solarstrom dazu genutzt werden kann. Seit die Einspeisevergütung für Solarstrom niedriger ist als der Bezugspreis für Strom, bietet sich die Nutzung selbst erzeugter Energie an. Wird z. B. Solarstrom vom eigenen Betrieb genutzt, lassen sich Energiekosten senken. Stromspeicher können die Verwendung des erzeugten Stroms optimieren und Leistungsspitzen glätten. Akkus oder Batterien sind jedoch in einer entsprechenden Größe noch zu teuer. Eiswasserkühlanlagen bieten eine praktikable Lösung für die Zwischenspeicherung von Solarstrom. Hierbei wird unabhängig von den Melkzeiten in einem separaten Eisspeicher ein Kältevorrat aufgebaut, der bei Bedarf nach dem Melken zur Kühlung der Milch zur Verfügung steht. Bei herkömmlichen Kühlanlagen beginnt das Runterkühlen der Milch während des Melkprozesses und benötigt etwa fünf bis sechs Stunden. Der Energieaufwand für die Milchkühlung am Vormittag kann durch Strom aus einer Photovoltaik-Anlage (PV-Anlage) annähernd abgedeckt werden, während für den Abend Strom aus dem Stromnetz bezogen werden muss. Mit einem Eisspeicher könnte dieser Energieeinsatz in Zeiten verlagert werden, in denen die PV-Anlage Strom liefert. So funktioniert die Kühlmethode Die Milch wird im dreistufigen System zuerst mit Brunnenwasser (Stufe 1) und anschließend mit Eiswasser (Stufe 2) über einen Plattenkühler auf Lagertemperatur heruntergekühlt (eine Übersicht über die kombinierte Anlage finden Sie im Internet unter ElitePLUS). Das so angewärmte Brunnenwasser steht den Milchkühen als Tränkwasser zur Verfügung. Sofern die installierte Photovoltaik-Anlage ausreichend Strom erzeugt, wird Eiswasser produziert. Steht kein Eiswasser zur Verfügung, wird die Milch im Direktkühlverfahren (Stufe 3) im Tank auf Lagertemperatur heruntergekühlt. Eine Regeleinheit gewährleistet, dass erst ab einer bestimmten PV-Leistung Eiswasser produziert wird. Bei zu geringer Einstrahlung schaltet sich die Anlage so nicht ständig ein und aus. Steuer- und Last­relais schalten die Umwälz- und Förderpumpen. Auf der Versuchsstation Grub der Bayerischen Landesanstalt für Landwirtschaft (LfL) wurde untersucht, in welchem Umfang der Solarstrom der PV-Versuchsanlage (44 kWp, Erzeugung von 38.640 kWh/Jahr) genutzt werden kann, um Eiswasser zur Milchkühlung zu erzeugen. Etwas über die Hälfte der Kühe (65 Tiere) wird mit einem Automatischen Melksystem (AMS) gemolken. Die Abkühlung der Milch erfolgt im Direktkühlverfahren (Milchtank AMS: Tankinhalt 5.000 l; Baujahr 2009). In der Vergleichsgruppe werden 55 Kühe in einem Fischgrätenmelkstand (FG) gemolken. Anfang 2014 wurde die Milchkühltechnik des Melkstandbereichs komplett

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Selbst erzeugter Strom von Photovoltaik-Anlagen kann Eis für Eiswasserkühlanlagen erzeugen. Auf der Versuchsstation Grub der Bayerischen Landesanstalt für Landwirtschaft (LfL) wurde untersucht, in welchem Umfang der eigene Solarstrom dazu genutzt werden kann. Seit die Einspeisevergütung für Solarstrom niedriger ist als der Bezugspreis für Strom, bietet sich die Nutzung selbst erzeugter Energie an. Wird z. B. Solarstrom vom eigenen Betrieb genutzt, lassen sich Energiekosten senken. Stromspeicher können die Verwendung des erzeugten Stroms optimieren und Leistungsspitzen glätten. Akkus oder Batterien sind jedoch in einer entsprechenden Größe noch zu teuer. Eiswasserkühlanlagen bieten eine praktikable Lösung für die Zwischenspeicherung von Solarstrom. Hierbei wird unabhängig von den Melkzeiten in einem separaten Eisspeicher ein Kältevorrat aufgebaut, der bei Bedarf nach dem Melken zur Kühlung der Milch zur Verfügung steht. Bei herkömmlichen Kühlanlagen beginnt das Runterkühlen der Milch während des Melkprozesses und benötigt etwa fünf bis sechs Stunden. Der Energieaufwand für die Milchkühlung am Vormittag kann durch Strom aus einer Photovoltaik-Anlage (PV-Anlage) annähernd abgedeckt werden, während für den Abend Strom aus dem Stromnetz bezogen werden muss. Mit einem Eisspeicher könnte dieser Energieeinsatz in Zeiten verlagert werden, in denen die PV-Anlage Strom liefert. So funktioniert die Kühlmethode Die Milch wird im dreistufigen System zuerst mit Brunnenwasser (Stufe 1) und anschließend mit Eiswasser (Stufe 2) über einen Plattenkühler auf Lagertemperatur heruntergekühlt (eine Übersicht über die kombinierte Anlage finden Sie im Internet unter ElitePLUS). Das so angewärmte Brunnenwasser steht den Milchkühen als Tränkwasser zur Verfügung. Sofern die installierte Photovoltaik-Anlage ausreichend Strom erzeugt, wird Eiswasser produziert. Steht kein Eiswasser zur Verfügung, wird die Milch im Direktkühlverfahren (Stufe 3) im Tank auf Lagertemperatur heruntergekühlt. Eine Regeleinheit gewährleistet, dass erst ab einer bestimmten PV-Leistung Eiswasser produziert wird. Bei zu geringer Einstrahlung schaltet sich die Anlage so nicht ständig ein und aus. Steuer- und Last­relais schalten die Umwälz- und Förderpumpen. Auf der Versuchsstation Grub der Bayerischen Landesanstalt für Landwirtschaft (LfL) wurde untersucht, in welchem Umfang der Solarstrom der PV-Versuchsanlage (44 kWp, Erzeugung von 38.640 kWh/Jahr) genutzt werden kann, um Eiswasser zur Milchkühlung zu erzeugen. Etwas über die Hälfte der Kühe (65 Tiere) wird mit einem Automatischen Melksystem (AMS) gemolken. Die Abkühlung der Milch erfolgt im Direktkühlverfahren (Milchtank AMS: Tankinhalt 5.000 l; Baujahr 2009). In der Vergleichsgruppe werden 55 Kühe in einem Fischgrätenmelkstand (FG) gemolken. Anfang 2014 wurde die Milchkühltechnik des Melkstandbereichs komplett erneuert und auf eine kombinierte Kühlanlage umgerüstet. Installiert wurden ein Vorkühler, ein neuer Milchtank (Tankinhalt 5.000 l; Baujahr 2013) sowie eine separate Eiswasserbank (Icebuilder 70 KW) mit einem Speichervolumen für insgesamt vier Herdengemelke (Ø Milchleistung: 9.600 kg Milch/Kuh/Jahr). Im Praxistest: 2.630 € jährlich gespart Eventuelle monetäre Vorteile zeigen die Kennwerte Eigenstromnutzung und -deckung. Die Eigenstromnutzung (Eigenverbrauchsquote) beschreibt den Anteil des erzeugten Solarstroms, der durch die Stromverbraucher genutzt wird. Je höher der Eigenverbrauchsanteil ist, desto weniger Solarstrom wird in das Netz eingespeist. Die Eigenstromdeckung (Autarkiegrad) gibt den Anteil des Stromverbrauchs an, der durch die PV-Anlage inkl. Speichersystem versorgt wird. Je höher die Eigenstromdeckung ist, desto weniger Energie wird aus dem Stromnetz bezogen. In Grub wurden Verbrauch und Produktion über drei Jahre (Juli 2012 bis Juni 2015) ausgewertet. Der Stromverbrauch im AMS-Bereich, sowohl für die Milchkühlung als auch für die Tankreinigung, ist in den drei Erhebungszeiträumen annähernd gleich geblieben. Der durchschnittliche Stromverbrauch über alle drei Erhebungszeiträume lag bei ca. 122,5 kWh/Kuh/Jahr bzw. bei ca. 1,28 kWh/100 kg Milch/Jahr. Weitaus größere Unterschiede gibt es bei den Kühlanlagen im Melkstand. So lag der Gesamt-verbrauch in 2012/13 (alte Eiswasserkühlung) bei insgesamt 15.609 kWh (283,8 kWh/Kuh bzw. 2,35 kWh/100 kg Milch). In 2014/15, also nach der Erneuerung des Kühlsystems (kombinierte Kühlung aus Vor-, Eiswasser- und Direktkühlung) verbrauchte die Anlage nur noch 5.495 kWh (99,9 kWh/Kuh, bzw. 0,93 kWh/100 kg Milch). Insgesamt konnten durch die Erneuerung der Kühlanlage 10.114 kWh bzw. 65 % des Stroms eingespart werden. Bei einem aktuellen Strompreis von 0,26 € errechnet sich somit eine Energiekosteneinsparung von 2.630 € pro Jahr. Übersicht 1 zeigt die Investitionskosten der kombinierten Eiswasserkühlung inkl. Montagekosten der Fremdfirmen. Der Zeitaufwand der eigenen Mitarbeiter lag bei ca. 30 Stunden (nicht in der Kalkulation berücksichtigt). Insgesamt kostete der Umbau 33.500 €. Bei einer Energiekosteneinsparung von 2.630 € pro Jahr errechnet sich eine statische Amortisationszeit (ohne kalkulatorische Ansätze) von 12,7 Jahren. Was bringen neue Geräte? In Übersicht 2 sind die Lastprofile der Milchkühlungen (AMS und Melkstand) nach der Umrüstung zu sehen, zudem die Leistungsprofile der Solarstromerzeugung der PV-Anlage im Juli 2014. Am AMS (Direktkühlverfahren) wurde für die Milchkühlung in diesem Zeitraum im Schnitt 21,8 kWh/Tag verbraucht. Zur Abkühlung der Milch im Melkstand benötigte man 16,7 kWh/Tag. 2013 hatte dieser Wert noch bei 42,5 kWh/Tag gelegen. Hier zeigt sich der Effekt der modernen, kombinierten Eiswasser-, Vor- und Direktkühlung im Vergleich zur alten Kühl- und Tanktechnik. Die Energieeinsparung lässt sich technisch durch die effiziente Kühl- und Tankanlage mit Vorkühlung der Milch und baulich durch bessere Dämmung des Milchtanks erklären. Zudem ist das Kühlaggregat nun energieeffizienter an der Nord-Ost-Seite außerhalb des Gebäudes angebracht. Weiterer Vorteil: Durch die Umrüstung liegen die Verbrauchsprofile der Milchkühlungen in wesentlich größerem Umfang innerhalb der Leistungsprofile der Solarstromerzeugung. Bei Gegenüberstellung der Auswertungsjahre erhöhte sich der Stromverbrauch im AMS geringfügig, während die Kühlung im Melkstand deutlich weniger Strom verbrauchte. Im Auswertungsjahr 2012/13 konnten 9.837 kWh der von der PV-Anlage erzeugten 38.640 kWh für die Milchkühlung genutzt werden. Das entspricht einer Eigenstromnutzung von ca. 25,5 %. Im zweiten Vergleichszeitraum 2014/15 wurden 7.640 kWh bzw. 19,8 % des Solarstroms selbst verbraucht. Aufgrund des geringeren Stromverbrauchs in 2014/15, aber auch durch die Verlagerung der Eiswasserproduktion in Zeiten mit Solarstromerzeugung reduzierte sich der Netzbezug und die Eigenstromdeckung stieg von 42,2 % auf 57,1 % Die bisherigen Ergebnisse stammen aus Praxisversuchen in Grub. Um diese besser vergleichbar zu machen und zu verallgemeinern, flossen die Daten in eine Modellberechnung ein. Diese Beispielrechnung zeigt Eigenstromnutzungspotenziale dreier Modellbetriebe mit unterschiedlichen Melk- und Kühlsystemen. Das Ergebnis: Bei Modell 1 mit einem Automatischen Melksystem und Direktkühlung lag der Stromverbrauch für die Direktkühlung (inkl. Tankreinigung) bei 8.488 kWh. Der Stromverbrauch für den Melkroboter, Vakuumpumpe und Kompressor lag bei 15.738 kWh. Somit beträgt der gesamte Stromverbrauch für die Milchgewinnung 24.226 kWh. Bei Modell 2 mit einem Fischgrätenmelkstand und Direktkühlung lag der berechnete Stromverbrauch für die Direktkühlung (inkl. Tankreinigung) bei 9.133 kWh. Für das Melken (Vakuumpumpe, Melkanlagenreinigung) wurden bei diesem Betrieb 11.058 kWh benötigt. Daraus errechnet sich ein Gesamtstromverbrauch für die Milchgewinnung von 20.191 kWh. Bei Modell 3 mit einem Fischgrätenmelkstand und kombinierter Kühlung aus Vor-, Eis-, Direktkühlung inkl. Eisspeicherung lag der berechnete Stromverbrauch für die Kombi-Kühlung (inkl. Tankreinigung) im Vergleich zu Modell 1 und 2 am niedrigsten (6.933 kWh). Für den Melkvorgang (Vakuumpumpe, Melkanlagenreinigung) wurden annähernd gleich hohe Verbrauchswerte wie in Modell 2 in Höhe von 11.034 kWh gemessen. Insgesamt beträgt hier der Stromverbrauch für die Milchgewinnung 18.028 kWh. In Bezug auf die gesamte Milchviehhaltung (inkl. Stromverbrauch im Stall: Beleuchtung, Frostsicherung, Entmistung etc.) konnte Modell 1 mit 14.492 kWh den höchsten Anteil an Solarstrom nutzen, das entspricht einem Eigenstromdeckungsgrad von 37,5 %. Man musste aber aufgrund des hohen Stromverbrauchs rechnerisch 24.287 kWh aus dem Netz beziehen (Eigenstromdeckungs- bzw. Autarkiegrad von 37,4 %). Bei Modell 2 liegt die mögliche Eigenstromnutzung bei lediglich 8.468 kWh, daraus ergibt sich ein Eigenverbrauchsanteil von 21,9 %. Um den Verbrauch des Gesamtverfahrens zu decken, musste im Vergleich zu den anderen Modellbetrieben am meisten Netzstrom in Höhe von 26.274 kWh bezogen werden. Das entspricht einem Eigenstromdeckungsgrad von 24,4 %. Modell 3 mit der Kombi-Kühlung und der Eisspeicherung sowie dem geringsten berechneten Gesamtstromverbrauch konnte 12.872 kWh Solarstrom nutzen. Das sind bei der PV-Stromerzeugung von 38.640 kWh immerhin 33,3 %. Aus dem öffentlichen Netz benötigt der Modellbetrieb in Vergleich am wenigsten Strom mit 19.708 kWh und erreicht aufgrund des geringen Stromverbrauchs für die Milchkühlung und der guten Nutzung des von der PV-Anlage produzierten Stroms durch den Eisspeicher einen Eigenstromdeckungsgrad von fast 40 %. -cs-