Wie funktioniert das virtuelle Kraftwerk mit Solarmodul und Akku?

In immer mehr Haushalten wird Strom mit Solarmodulen erzeugt und in Akkus gespeichert; diese kleinen Anlagen spielen jedoch für das gesamte Stromnetz einzeln betrachtet kaum eine Rolle. Ein virtuelles Kraftwerk (auf Englisch „Virtual Power Plant“, kurz VPP) bündelt mithilfe von Software die vielen dezentralen Erzeuger, Speicher und Verbraucher, sodass diese gegenüber dem Netz wie ein einziges Kraftwerk agieren. Zunächst klären wir die Begriffe hinter dem Begriff „VPP“ und erläutern, warum der Bedarf daran mit der zunehmenden Verbreitung erneuerbarer Energien immer größer wird.

Anschließend gehen wir der Reihe nach darauf ein, welche Anlagen in ein VPP eingebunden werden können – von Solaranlagen und batteriebasierten Energiespeichersystemen über Elektroautos bis hin zu Wärmepumpen. Die Funktionsweise eines virtuellen Kraftwerks lässt sich in vier Schritte unterteilen: Datenerfassung, Aggregation, Optimierung und Steuerung – diese werden wir einzeln erläutern. Wir zeigen auch, welche Aufgabe der Aggregator hat, der die Flexibilität des Portfolios gegenüber dem Netzbetreiber und dem Energiemarkt anbietet.

Im Abschnitt „SOLARKIT-Empfehlung“ geht es unter anderem darum, warum gerade die Kombination aus Solarmodul und Akku die größte Flexibilität in einem virtuellen Kraftwerk bietet. Den Abschluss des Artikels bilden kurze Antworten auf die häufigsten Fragen, damit Sie sich schnell in das Thema einarbeiten können.

Was bedeutet das VPP-Energiemanagementsystem?

Ein VPP ist kein Gebäude oder eine Turbine, sondern eine softwarebasierte Steuerungsebene. Es handelt sich um ein Energiemanagementsystem, das die Erzeugung, Speicherung und den Verbrauch vieler kleiner Geräte vorhersagt, aggregiert und anschließend entsprechend den Anforderungen des Netzes oder des Marktes steuert. In der Fachliteratur wird es daher als Informations- und Kommunikationssystem beschrieben und nicht als physisches Kraftwerk. Seine Hauptaufgabe besteht darin, die Erzeugung aus erneuerbaren Energien besser zu nutzen und die dadurch entstehende Flexibilität auf dem Energiemarkt zu vermarkten.

Was bedeutet der Begriff „Virtual Power Plant“?

„Virtual Power Plant“ bedeutet auf Deutsch „virtuelles Kraftwerk“. Die Wurzeln des Begriffs reichen bis ins Jahr 1997 zurück, als Shimon Awerbuch mit dem Konzept des „virtual utility“, also des virtuellen Versorgungsunternehmens, beschrieb, wie sich die Vorteile vieler kleiner, dezentraler Energiequellen in einem gemeinsamen System nutzen lassen. Eines der frühen, viel zitierten Pilotprojekte steht im Zusammenhang mit dem Fraunhofer-Institut: 36 Wind-, Solar-, Biogas- und Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen wurden als ein einziges Kraftwerk gesteuert, das die Geräte von 12.000 Haushalten rund um die Uhr mit Strom versorgte.

Der Begriff „virtuell“ verweist darauf, dass es keinen einzigen Standort, keinen Schornstein und keine Turbine gibt. Die Anlagen sind verstreut und werden in der Regel hinter den Stromzählern der Verbraucher betrieben; oft befinden sie sich im Besitz von Privatpersonen oder Unternehmen und werden durch cloudbasierte Software miteinander vernetzt. Der Begriff „Kraftwerk“ weist darauf hin, dass diese Flotte gegenüber dem Netz als eine einzige Energiequelle auftritt und Dienstleistungen erbringt, die zuvor von herkömmlichen Kraftwerken bereitgestellt wurden.

Die Bedeutung von VPP lässt sich also kurz wie folgt zusammenfassen: die softwaregestützte Vernetzung dezentraler Energiequellen (englische Abkürzung: DER). Dazu gehören Photovoltaikanlagen, private und industrielle Speicher, Elektroautos sowie regelbare Verbraucher.

Nicht alle VPPs sind gleich. Nach fachlicher Einstufung ist die einfachste Form ein Anbieterprogramm, bei dem die einzelnen Geräte separat auf Netzsignale reagieren. Auf einer fortgeschritteneren Ebene reagieren die Geräte als Flotte, also als eine Einheit. Auf der höchsten Ebene nimmt die Flotte auch am Großhandelsenergiemarkt teil und arbeitet dabei koordiniert mit dem lokalen Verteilernetz zusammen.

Was ist ein virtuelles Kraftwerk und wozu wird es benötigt?

Wenn man in einem Satz beantworten soll, was ein virtuelles Kraftwerk ist: viele kleine Erzeuger, Speicher und Verbraucher, die durch Software zu einer großen, steuerbaren Ressource verbunden werden. Die zweite Hälfte der Frage, nämlich warum es notwendig ist, ergibt sich aus der zunehmenden Verbreitung erneuerbarer Energiequellen.

Die Stromerzeugung durch Solaranlagen und Windkraftanlagen ist wetterabhängig. Nach Angaben der Internationalen Energieagentur (IEA) wird sich der Flexibilitätsbedarf des Stromnetzes in einem Szenario, das mit den nationalen Klimazielen im Einklang steht, zwischen 2022 und 2030 verdoppeln. Gleichzeitig sinken durch die Stilllegung gut regelbarer konventioneller Kraftwerke die Trägheit des Systems und die zuverlässige Regelleistung.

Die dezentralen Anlagen sind einzeln zu klein, als dass der Netzbetreiber sie erkennen und nutzen könnte. Das virtuelle Kraftwerk löst genau dieses Problem: Es macht sie sichtbar und steuerbar, sodass ein erheblicher Teil der Netzflexibilität aus Haushalten und Standorten stammen kann. Da sich diese Anlagen dort befinden, wo der Strom auch verbraucht wird, entlastet das VPP zudem das überlastete Übertragungsnetz.

Dass dies keine reine Theorie ist, zeigt auch eine Analyse des US-Energieministeriums (DOE). Demnach wird der Großteil der VPP-Kapazität heute im Rahmen von Demand-Response-Programmen, also nachfrageseitigen Regelungsprogrammen, genutzt. Eine Verdreifachung der Kapazität bis 2030 könnte 10 bis 20 Prozent der Spitzenlast abdecken und jährlich rund 10 Milliarden Dollar an Netzkosten einsparen. Dieselbe Analyse kam zu dem Ergebnis, dass ein VPP, bestehend aus Batterien hinter dem Zähler und EV-Ladestationen, Spitzenkapazität zu etwa halb so hohen Nettokosten bereitstellt wie ein großer Batteriepark oder ein gasbetriebenes Spitzenkraftwerk.

Welche Geräte können an ein VPP angeschlossen werden?

In ein VPP kann nahezu jedes Gerät eingebunden werden, das Energie erzeugt, speichert oder den Verbrauch steuerbar reguliert, vorausgesetzt, es lässt sich aus der Ferne messen und steuern. Es lohnt sich, zwei Gruppen zu unterscheiden: Die eine kann lediglich den Eigenverbrauch senken, die andere ist auch in der Lage, aktiv Leistung abzugeben. Die Heim-Batterie nimmt eine Sonderstellung ein, da sie für beide Rollen geeignet ist. Die Liste reicht von privaten Solaranlagen bis hin zu industriellen Prozessen.

Solaranlage als virtuelles Kraftwerk mit Energiespeicher

Solarzellen sind die am weitesten verbreitete dezentrale Energiequelle, ihre Erzeugung ist jedoch wetterabhängig, weshalb man sich nicht so darauf verlassen kann wie auf ein Kraftwerk, das nach einem festen Zeitplan in Betrieb genommen werden kann. Auch Next Kraftwerke, einer der größten europäischen VPP-Betreiber, weist darauf hin, dass solche Einspeisungen zwar messbar und vorhersagbar sind, die Teilnahme an Flexibilitätsmärkten jedoch aufgrund der Art der Erzeugung nahezu unmöglich ist.

Der intelligente Wechselrichter ermöglicht es, die Erzeugung aus der Ferne zu überwachen, zu programmieren und bei Bedarf zu drosseln. Dabei handelt es sich um eine Abwärtsregelung: Die Solaranlage kann die Einspeisung verringern, nicht jedoch erhöhen. Dies kann nützlich sein, wenn im Netz ein Überangebot entsteht, reicht jedoch allein nicht aus, um Spitzenlastzeiten abzudecken.

Ein virtuelles Kraftwerk mit Solaranlage ist daher erst dann wirklich wertvoll, wenn es mit einem Energiespeicher kombiniert wird. Laut einer Fachzusammenfassung versorgt die Solaranlage in erster Linie den eigenen Haushalt, der Akku sorgt für Flexibilität, und das VPP koordiniert als dritte Ebene den Betrieb vieler solcher Haushalte.

Die Speicherung reduziert zudem Verluste. Wo viele Solarmodule Strom in das Niederspannungsnetz zurückspeisen, steigt die Spannung an, und die Wechselrichter sind gezwungen, die Erzeugung zu drosseln. Einer Studie zufolge lassen sich dieser erzwungene Erzeugungsausfall und die daraus resultierenden finanziellen Verluste mit intelligenten Wechselrichtern und einer optimal dimensionierten Batterie um 47 Prozent verringern. Ein Solarpanel-Kraftwerk nutzt also auch die zuvor verloren gegangene Sonnenenergie, und durch die Energiespeicherung des Kraftwerks wird aus dem Tagesüberschuss eine Reserve für den Abend.

Energiespeicherung mit Akkus

Der Akku ist das vielseitigste Element des VPP, da er sowohl als Verbraucher als auch als Erzeuger fungieren kann: Bei Überproduktion lädt er sich auf, in Spitzenzeiten entlädt er sich. Ein auf einem Speicher basierendes virtuelles Kraftwerk kann seine Leistung schneller anpassen als thermische Kraftwerke, was besonders dort von Vorteil ist, wo schnelle Lastschwankungen im Netz auftreten. Fachkreise betrachten den Speicher daher als Rückgrat der virtuellen Kraftwerke: Ohne ihn würde die schnelle Reaktionsfähigkeit fehlen, mit der das VPP auf wechselnde Netzsituationen reagiert.

Ohne Energiespeicher wäre das VPP größtenteils nur in der Lage, den Verbrauch zu drosseln. Ein virtuelles Kraftwerk mit Akku kann hingegen auch Energie zurückliefern. Im gemeinsamen Programm von Ava Community Energy und Sunrun erhalten beispielsweise 1.200 Privatkunden eine feste Vergütung dafür, dass ihr Akku an jedem Wochentag während der abendlichen Spitzenlast entladen wird.

Die Interessen der Eigentümer werden dabei nicht beeinträchtigt. Laut einer Zusammenfassung von Aurora Solar behält das Programm standardmäßig etwa 20 Prozent der Ladekapazität für den Haushalt vor; im Falle eines Stromausfalls schaltet das System automatisch auf die Versorgung des Haushalts um und speist keinen Strom mehr ins Netz ein. Zum Gesamtbild gehört, dass jede Entnahme einen zusätzlichen Lade- und Entladezyklus bedeutet, was die Alterung der Batteriespeicher schrittweise beschleunigt.

Neben den Haushaltsanlagen können auch größere BESS-Systeme im industriellen oder netzweiten Maßstab Teil des Portfolios sein. Dieselbe Software kann somit sowohl die Energiespeichereinheit für Privathaushalte als auch den großen Speicherpark verwalten, während dies für das Netz als eine einzige Ressource erscheint.

Elektroautos und EV-Ladestationen

Ein Elektroauto steht die meiste Zeit still: Laut einer Analyse von gridX parkt es zu etwa 95 Prozent der Zeit. Ist es dabei an eine Ladestation angeschlossen, wird seine Batterie zu einer flexiblen Ressource.

Die heute verbreitete Form ist das unidirektionale Smart-Charging (V1G). Dabei passt die Ladestation die Ladeleistung und den Ladezeitpunkt an die Erzeugung oder die Netzauslastung an, beispielsweise an die Spitzenzeiten der Solarstromerzeugung oder an Zeiten mit geringer Auslastung. Nach Angaben der Internationalen Energieagentur verringert das intelligente Laden sowohl die Spitzenlast als auch die erzwungene Drosselung der Erzeugung aus erneuerbaren Energien. Die Flexibilität ist jedoch begrenzt, da sie davon abhängt, mit welchem Ladezustand das Auto ankommt und wann der Besitzer die gewünschte Reichweite benötigt. Smart Charging lässt sich auch an zeitabhängige Tarife anpassen, sodass der Besitzer zu den günstigsten Zeiten lädt. Beim Schnellladen gibt es hingegen praktisch keine Flexibilität, da hier das schnellstmögliche Aufladen das Ziel ist.

Der nächste Schritt ist das bidirektionale Laden (V2G), bei dem das Auto auch Energie zurück ins Netz speist. Die IEA schätzt das Potenzial hierfür als herausragend ein: Laut einer Studie aus San Francisco könnte V2G bis 2050 drei Viertel der Transformatorüberlastungen im Vergleich zum ungeregelten Laden und die Hälfte im Vergleich zum unidirektionalen Smart-Laden verhindern.

Der Mangel an Standardisierung und Regulierung bremst jedoch noch immer die Verbreitung des bidirektionalen Ladens. Daher fungiert die EV-Ladestation in den meisten virtuellen Kraftwerken heute in erster Linie als regelbarer Verbraucher: Sie speist zwar keine Energie zurück, entlastet das Netz aber durch die zeitliche Steuerung des Ladevorgangs erheblich.

Wärmepumpen und andere regelbare Verbraucher

Die Wärmepumpe ist auf den ersten Blick ein einfacher Verbraucher, aus Sicht des VPP jedoch auch ein Speicher. Einer Literaturübersicht zufolge kann die Wärmespeichermasse eines Gebäudes Energie in Form von Wärme speichern, sodass das Gebäude selbst als virtueller Akku fungiert: Die Innentemperatur entspricht innerhalb des Komfortbereichs dem Ladezustand, während die Wärmespeichermasse der Kapazität entspricht.

In der Praxis bedeutet dies, dass die Wärmepumpe bei reichlich vorhandener erneuerbarer Energie vorheizt oder vorkühlt und zu Spitzenzeiten ihren Betrieb drosselt, während das Komfortgefühl erhalten bleibt. Gebäude mit hoher Wärmespeichermasse halten auch bei wechselnden äußeren Bedingungen länger eine angenehme Innentemperatur aufrecht, sodass die kurzzeitige Drosselung der Wärmepumpe nahezu unbemerkt bleibt. Mit einem Pufferspeicher oder einem Warmwasserspeicher vergrößert sich der Spielraum noch weiter, da die Wärmeerzeugung zeitlich vom Stromverbrauch entkoppelt wird. Einer aktuellen Studie zufolge ist diese Fähigkeit in Kombination mit Solarmodulen, Akkus und Wärmespeichern am stärksten ausgeprägt.

Diese Möglichkeit ist nicht nur theoretischer Natur. Im Rahmen eines vom US-Energieministerium geförderten Entwicklungsprojekts wird an einem Prototyp einer Wärmepumpe gearbeitet, die in einen Wärmespeicher integriert ist und so ausgelegt ist, dass sie drei Stunden lang mit einem um 20 Prozent geringeren Spitzenbedarf betrieben werden kann als eine herkömmliche Luftwärmepumpe.

Die gleiche Logik gilt auch für andere Verbraucher mit Wärmespeicher, wie beispielsweise Warmwasserbereiter, elektrische Heizkörper und Kühlanlagen. Der Grad der Flexibilität variiert jedoch von Gebäude zu Gebäude, da die durch die Masse des Wärmespeichers gebotenen Möglichkeiten stark vom Gebäudetyp abhängen.

Funktionsweise von VPP-Systemen und industrielle Verbraucher

Industrie- und Gewerbekunden bilden eine der ältesten Säulen der virtuellen Kraftwerke. Laut einer Zusammenfassung des Weltwirtschaftsforums gehören zu den Teilnehmern an VPPs Großverbraucher wie beispielsweise Fabriken, deren Eigentümer sich verpflichten, ihren Verbrauch in Zeiten hoher Nachfrage zu senken.

Die Funktionsweise des VPP-Systems basiert dabei auf der zeitlichen Abstimmung der Prozesse. Laut dem Planungsleitfaden von Next Kraftwerke lassen sich unter anderem Mahl- und Schmelzprozesse, Förderpumpen, Kühl-, Heiz- und Trocknungsprozesse, Rechenzentren sowie Power-to-X-Technologien flexibel gestalten, während Notstromquellen und Speicher sich besonders gut in ein virtuelles Kraftwerk integrieren lassen.

Der Nutzen ergibt sich aus zwei Richtungen. Energieintensive Schritte können in die günstigeren Stunden verlagert werden, und die dem Netz angebotene Flexibilität bringt Einnahmen, die der Betreiber mit dem Anlagenbesitzer teilt. Laut Next Kraftwerke ist die Flexibilität auf der Verbraucherseite, beispielsweise das Abflachen von Spitzenlasten (Peak Shaving), eine besonders gefragte Dienstleistung, die auch von Übertragungs- und Verteilernetzbetreibern erworben werden kann.

Auch die Einschränkungen sind real. Laut einer aktuellen Literaturübersicht lassen die technologischen Einschränkungen bei unterbrechbaren industriellen Lasten nur kurze und seltene Abrufzeitfenster zu. Dieselbe Studie hat zudem gezeigt, dass das Portfolio bereits die Anforderungen an schnelle Frequenzreserve-Dienste erfüllen kann, wenn diese Lasten mit einem Batteriespeicher kombiniert werden. Der Speicher deckt die schnellen, kurzen Abrufe ab, während sich der Produktionsprozess nur dann anpasst, wenn dies technisch möglich ist.

Funktionsweise eines VPP (Virtual Power Plant)

Wie das VPP in der Praxis funktioniert, lässt sich am einfachsten als ein Prozess vorstellen. Aus den von den Geräten eingehenden Daten erstellt die Software ein Gesamtbild, berechnet daraus den optimalen Fahrplan und sendet anschließend Anweisungen an die Geräte zurück. Die Funktionsweise des virtuellen Kraftwerks lässt sich somit in vier sich ständig wiederholende Schritte unterteilen, die in jedem Zeitrahmen – von der Planung für den nächsten Tag bis hin zu Echtzeit-Eingriffen – vorhanden sind. Im Folgenden gehen wir diese nacheinander durch.

Datenerfassung

Alles beginnt mit den Messungen. Das VPP muss ständig wissen, wie viel Strom die Solaranlage erzeugt, wie hoch der Ladezustand der Batterie ist, ob das Elektroauto angeschlossen ist und wie hoch der Verbrauch am Standort ist. Diese Daten werden von Wechselrichtern, Batteriesteuerungen, intelligenten Zählern und lokalen Gateways bereitgestellt.

Laut einer Veröffentlichung des Rocky Mountain Institute (RMI) zu VPP-Messungen wird die Datenqualität durch einige wesentliche Faktoren bestimmt: die Verzögerung, die Auflösung (z. B. Daten im 15-Minuten- oder 2-Sekunden-Takt) sowie die Frage, ob die Geräte über ein standardisiertes Protokoll kommunizieren. Fehlende oder außerhalb des zulässigen Bereichs liegende Werte müssen besonders beachtet werden. Laut RMI sind präzise, regelmäßig übermittelte Daten eine Voraussetzung für einen ausgereiften VPP.

Da die Hersteller viele verschiedene Sprachen sprechen, spielen Standards eine Schlüsselrolle. Auf lokaler Ebene übermitteln Wechselrichter Daten in der Regel über das SunSpec-Modbus-Protokoll, während sich gegenüber der Cloud und den Netzbetreibern die Standards IEEE 2030.5 und OpenADR durchgesetzt haben. Laut einer Zusammenfassung der OpenADR-Allianz ergänzen sich beide Standards: OpenADR ist stark bei der weitreichenden Übermittlung von Signalen, während IEEE 2030.5 bei der detaillierten Steuerung und Zustandsüberwachung überzeugt. Je mehr Geräte diese Standards befolgen, desto kostengünstiger und mit geringerem Fehlerrisiko lassen sich neue Produkte und Typen anschließen.

Die praktische Erkenntnis: Wenn Sie in Zukunft auch über einen VPP nachdenken, sollten Sie sich für einen Wechselrichter und einen Speicher entscheiden, die eine offene, dokumentierte Kommunikationsschnittstelle bieten.

Aggregation

Bei der Aggregation fasst die Software die Daten vieler einzelner Geräte zu einer einzigen, marktfähigen Ressource zusammen. Dies ist notwendig, da ein Haushaltsspeicher zu klein ist, um direkt zu handeln: Auf den Großhandels- und systemweiten Dienstleistungsmärkten beträgt die Mindestangebotsgröße in der Regel mehrere Megawatt. Ein Beispiel aus den USA verdeutlicht diese Größenordnung: Für die Teilnahme am Lastmanagementprogramm von Consolidated Edison ist eine Verpflichtung von 50 kW erforderlich, was für einen einzelnen Haushalt in der Regel unerreichbar ist.

Das VPP löst dies, indem es die individuelle Flexibilität der Anlagen in einem einzigen gemeinsamen Pool bündelt, der die Regelungsfähigkeit der gesamten Flotte beschreibt, und diesen als Angebot einreicht. Aus Sicht des Marktes verhält sich das aggregierte Portfolio somit wie eine einzige große Ressource, und die Eigentümer erzielen Einnahmen, die für sie einzeln unerreichbar wären. In Kalifornien beispielsweise ermöglicht der Netzbetreiber (CAISO) seit 2015 durch ein spezielles Beteiligungsmodell, dass Anlagen mit einer Leistung von jeweils unter 1 MW zusammen die für den Markteintritt erforderlichen 0,5 MW erreichen.

Mathematisch gesehen ist diese Aufgabe nicht einfach. Aufgrund der unterschiedlichen Betriebsprofile verschiedener Anlagentypen, wie beispielsweise Batterien, Wärmepumpen und EV-Ladestationen, ist eine genaue Berechnung des gemeinsamen Flexibilitätsbereichs in der Regel nicht möglich, weshalb die Software auf Näherungsverfahren zurückgreift. Bei einem homogenen Gerätepark, beispielsweise bei der Aggregation von Batterie-Energiespeichern, arbeiten diese Methoden mit guter Genauigkeit; bei einem gemischten Portfolio können sie jedoch zu konservativen Ergebnissen führen, sodass ein Teil der Flexibilität ungenutzt bleibt.

Optimierung

Das Herzstück eines VPP ist ein in der Cloud laufendes Energiemanagementsystem, das auf der Grundlage des Gesamtbildes entscheidet, wann die Flotte welche Maßnahmen ergreifen soll. Dazu benötigt es Prognosen zum Verbrauch, zu den Marktpreisen und zur Erzeugung aus erneuerbaren Energien. Laut einem Bericht von IEEE Spectrum schätzen viele VPPs heute mithilfe von maschinellem Lernen die Flexibilität des Verbrauchs, die Leistung von Solaranlagen und Batterien, das Nutzerverhalten sowie Netzlastereignisse ein.

Die Planung erfolgt in mehreren Ebenen. Der Betreiber gibt auf der Grundlage der Prognose ein Angebot auf dem Tagesmarkt ab, passt die Planung im Laufe des Tages anhand aktuellerer Daten an und korrigiert in Echtzeit die tatsächlichen Abweichungen. Je kürzer der Prognosezeitraum, desto geringer der Fehler; daher bietet der Intraday-Markt dem Betreiber die Möglichkeit, auf der Grundlage einer genaueren Prognose noch vor der Erbringung der Leistung Korrekturen vorzunehmen. Die Differenz zwischen der zugesagten und der tatsächlichen Leistung muss in Form von Ausgleichsenergie verrechnet werden, was kostspielig sein kann. Einer Studie zufolge kann die Neuplanung diese Abweichung je nach Jahreszeit und Strategie um bis zu 90 Prozent reduzieren.

Die Optimierung dient mehreren Zielen gleichzeitig: möglichst hohen Einnahmen, möglichst geringen Kosten und einer zuverlässigen Leistungserbringung. Letzteres ist besonders wichtig, da auf systemweiten Dienstleistungsmärkten strenge Zuverlässigkeitsanforderungen gelten und eine Nichterfüllung Vertragsstrafen oder den Ausschluss vom Markt nach sich ziehen kann. Ein gutes VPP-Energiemanagement berücksichtigt daher auch die Unsicherheiten der Prognosen, um ein Überangebot zu vermeiden.

Steuerung

Im letzten Schritt wird die Entscheidung in eine physische Maßnahme umgesetzt. Der VPP-Betreiber steuert die einzelnen Geräte in Echtzeit mittels automatischer Steuerbefehle an, um seinen Marktverpflichtungen nachzukommen. Das aggregierte Angebot wird von der Software in Anweisungen auf Geräteebene aufgeschlüsselt: Welche Batterie soll wie viel Energie abgeben, welche Wärmepumpe soll ihren Betrieb für wie lange zurückfahren? Dieser Schritt wird in der Fachliteratur als Disaggregation bezeichnet: Das aggregierte Steuerungssignal muss auf die Mitglieder der Flotte verteilt werden.

Das Signal gelangt selten direkt zum Gerät. In der Regel wird es vom EMS-System vor Ort oder einem Gateway empfangen, das es in die jeweilige Sprache des Wechselrichters oder Ladegeräts übersetzt. Über dieses System lassen sich beispielsweise Einspeisebegrenzungen festlegen, der nachfrageseitige Betriebsmodus starten oder Telemetriedaten abfragen. Laut einem VPP-Lehrmaterial sendet der Betreiber bei Netzbelastung ein einziges Signal, woraufhin innerhalb von Sekunden oder Minuten bis zu mehreren Tausend Geräte reagieren.

Die Kontrolle des Eigentümers bleibt dabei erhalten. Die Programme ermöglichen in der Regel eine Übersteuerung durch den Nutzer; der vom VPP festgelegte Mindestladestand darf nicht unterschritten werden, und bei einem Stromausfall hat die Versorgung des Haushalts Vorrang.

Die Steuerung ist auch eine Frage der Sicherheit. Laut einer Cybersicherheitsübersicht wurde das IEEE 2030.5-Protokoll unter den gängigen DER-Protokollen von vornherein mit strengen Verschlüsselungsanforderungen entwickelt, während bei Modbus und DNP3 mehrere Schwachstellen identifiziert wurden und nur die neuesten Versionen den aktuellen Sicherheitsstandards entsprechen. Ein zuverlässiges VPP basiert daher auf verschlüsselter, authentifizierter Kommunikation.

Welche Rolle spielt der Aggregator im VPP?

Das virtuelle Kraftwerk ist ein technisches System, während der Aggregator der Marktteilnehmer ist, der dieses System betreibt und im Namen der Flotte Geschäfte tätigt. Nach der Definition der IRENA sind Aggregatoren neue Marktteilnehmer, die die Nutzung dezentraler Energiequellen optimieren und diese als eine einzige Einheit, als virtuelles Kraftwerk, auf den Markt bringen. In der Fachliteratur werden die beiden Begriffe daher häufig synonym verwendet. Der Begriff „Energieaggregator“ bezieht sich auf denselben Akteur.

Was genau macht ein Energieaggregator?

Wenn Sie fragen, was ein Energieaggregator macht, liefert das EU-Recht die prägnanteste Antwort. Gemäß der Richtlinie 2019/944/EU ist Aggregation eine Tätigkeit, bei der eine natürliche oder juristische Person den Verbrauch oder die erzeugte elektrische Energie mehrerer Verbraucher bündelt, um diese auf einem beliebigen Strommarkt zu verkaufen, zu kaufen oder zur Versteigerung anzubieten.

In der Praxis bedeutet dies eine Reihe von Aufgaben. Laut der Zusammenfassung der IRENA prognostiziert und vermarktet der Aggregator die Erzeugung der Anlagen, passt deren Zeitplan an den Intraday-Markt an, erbringt Ausgleichsleistungen für die Übertragungsnetzbetreiber und, sofern ein entsprechender Markt besteht, auch für die Verteilernetzbetreiber. Die aggregierte Flotte kann einen Teil der Spitzenkraftwerke ersetzen und die durch schnelle Schwankungen der erneuerbaren Erzeugung verursachten Lastspitzen abfedern. Für die Eigentümer übernimmt er das Energiemanagement, was zu Einsparungen bei der Energierechnung führen kann, und teilt die Einnahmen mit den Teilnehmern.

Wie viel das wert ist, zeigt eine belgische Analyse: Durch die nachfrageseitige Steuerung von 40.000 Wärmepumpen in Privathaushalten lässt sich eine Regelreserve von 100 MW zu Kosten von 0 bis 14 Euro pro Megawattstunde bereitstellen, im Gegensatz zum historischen Preis von 32 Euro für herkömmliche Reserven.

Die Richtlinie erwähnt ausdrücklich auch den unabhängigen Aggregator, der nicht mit dem Stromversorger des Kunden verbunden ist. Der Verbraucher kann ohne Zustimmung seines Versorgers einen Aggregationsvertrag mit ihm abschließen, und die Richtlinie verlangt ausdrücklich, dass der Kunde angemessen am Nutzen dieser Tätigkeit teilhat. Die detaillierten Vorschriften werden von den Mitgliedstaaten selbst festgelegt, daher können die Bedingungen von Land zu Land variieren.

SOLARKIT-Empfehlung: Die Aggregation von Solarmodulen und Akkus ist in einem VPP effizient

In diesem Abschnitt findest du unsere eigene Empfehlung. Da SOLARKIT Energiespeicher vertreibt, stützen wir unsere Argumentation bewusst auf unabhängige Quellen. Das Wesentliche in Kürze: Die Kombination aus Solarmodul und Akku ist in einem VPP deshalb effizient, weil das Solarmodul die Energie liefert und der Akku für die Regelbarkeit sorgt. Zusammen sind sie in der Lage, sowohl die Einspeisung als auch die Entnahme zu regeln, was keinem der beiden allein gelingen würde. Die beiden folgenden Abschnitte veranschaulichen dies auch in der Praxis.

Netzflexibilität: Speicherung von Solarstromüberschüssen

Die Solarstromerzeugung und der Verbrauch fallen selten zeitlich zusammen. Laut einem Bericht der Agentur für die Zusammenarbeit der Energieregulierungsbehörden der Europäischen Union (ACER) aus dem Jahr 2026 vertieft die Verbreitung der Solarenergie die sogenannte „Entenkurve“ zunehmend: Mittags gibt es immer mehr Stunden mit negativen Preisen, während die Preisspitzen morgens und abends schärfer ausfallen. In einem Beispiel aus Deutschland stieg der Preis am 1. Mai 2025 nach dem Tiefpunkt am Mittag am Abend auf über 400 Euro/MWh.

Laut einer Analyse von Montel Analytics sind die rekordhohe Solarstromerzeugung sowie der Mangel an Speichern und flexiblem Verbrauch die Ursachen für die Zunahme negativer Preise. Bis Ende Oktober 2025 wurden in einer Preiszone in Schweden sowie in den Niederlanden, Deutschland, Spanien, Belgien und Frankreich mehr als 500 Stunden mit negativen Preisen verzeichnet. Einer aktuellen Analyse zufolge, die den Zeitraum im Frühjahr untersuchte, fielen in Deutschland bereits 46,8 Prozent der Solarstromerzeugung in Stunden mit negativen Preisen.

Hier kommt die Batterie ins Spiel. Wenn man den Überschuss am Mittag statt ins Netz in einen Speicher einspeist, verkauft man ihn nicht zu einem gedrückten Preis, und das Netz wird entlastet. In einem VPP geschieht all dies koordiniert und gleichzeitig in vielen Haushalten – das ist echte Netzflexibilität.

Bei der Geräteauswahl ist die Kommunikationsfähigkeit entscheidend. Laut Herstellerangaben sind in Europa mehr als 17.000 Systeme aus der europäischen PowerOcean-Serie der EcoFlow-Energiespeicher im Einsatz, deren Steuerung über eine eigene Heim-Energiemanagement-Software (HEMS) erfolgt. Die Möglichkeit zur Teilnahme an einem VPP variiert laut Herstellerangaben je nach Region und Netzbetreiber, daher lohnt es sich, dies im Voraus zu prüfen.

Einspeisung von Energie bei Spitzenlast

Der wahre Wert des Speichers zeigt sich am Abend, wenn die Solarmodule keine Energie mehr erzeugen, der Verbrauch und der Preis jedoch ihren Höchststand erreichen. In diesem Fall nutzt das virtuelle Kraftwerk die in den Akkus gespeicherte Sonnenenergie zur Versorgung des Haushalts oder speist sie ins Netz ein und ersetzt damit einen Teil der teuren Spitzenkraftwerke.

Das funktioniert auch in der Praxis. Die FoxEss-Energiespeicher arbeiten laut Herstellerangaben in Australien bereits mit vier VPP-Anbietern und neun Verteilernetzbetreibern zusammen, während sie im Vereinigten Königreich an das VPP von Axle Energy angeschlossen werden können. Laut Axle liefert das System in der Regel 4–8 Mal pro Monat Energie ab, wobei der Besitzer über die App die vollständige Kontrolle über die Batterie behält.

An Industrie- und Gewerbestandorten kann sich die Senkung der Spitzenlast besonders lohnen. Dort, wo der Tarif von der höchsten gemessenen Leistung abhängt, hält die Batterie den Netzbezug unter einem Schwellenwert und senkt so die Leistungsgebühr. Laut der amerikanischen Clean Energy Group senkt eine Photovoltaikanlage allein selten den Spitzenbedarf effektiv, während die Batterie vollständig steuerbar ist und sich daher besonders gut für diese Aufgabe eignet. Ausführlich haben wir darüber in unserem Artikel „Peak Shaving mit Energiespeicher “ berichtet.

Unsere Empfehlung: Suchen Sie nicht erst im Nachhinein nach VPP-Fähigkeit. Wählen Sie bereits bei der Planung einen Hybrid-Wechselrichter und einen Speicher, die eine standardisierte, offene Kommunikationsschnittstelle bieten, und prüfen Sie, unter welchen Garantiebedingungen der Hersteller eine externe Steuerung zulässt.

Häufig gestellte Fragen zu Virtual-Power-Plant-Systemen

Welche Rolle spielt das EMS-System im virtuellen Kraftwerk?

Das EMS, also das lokale Energiemanagementsystem, überwacht, steuert und optimiert die Solaranlage, den Akku und die Verbraucher eines Hauses oder Standorts als ein einziges zusammenhängendes System. Im virtuellen Kraftwerk empfängt es die Signale der VPP-Plattform und führt diese unter Einhaltung der lokalen Einschränkungen, wie beispielsweise des festgelegten Mindestladestands, aus.

VPP- und BESS-System: Was ist der Unterschied?

Ein BESS ist ein physisches Gerät, also ein batteriebasierter Energiespeicher, während ein VPP ein softwarebasiertes Netzwerk ist, das viele verschiedene Geräte als eine einzige Ressource verwaltet. Ein BESS-System kann Teil eines VPP sein; VPP und BESS sind also keine Alternativen zueinander: Der Speicher ist die Hardware, das virtuelle Kraftwerk hingegen die Ebene, die viele solcher Speicher koordiniert und auf den Markt bringt.

Was ist der Unterschied zwischen einem VPP und einem Mikronetz?

Ein Mikronetz arbeitet innerhalb festgelegter Grenzen und kann im Inselbetrieb vom Netz getrennt werden, sodass es seine Verbraucher auch bei einem Stromausfall versorgt. Ein VPP hingegen bleibt mit dem Netz verbunden, bündelt über ein großes Gebiet verstreute Anlagen und dient in erster Linie dem Netz und dem Markt.

Verkürzt die Teilnahme am VPP die Lebensdauer der Batterie?

Jeder Abruf bedeutet einen zusätzlichen Lade- und Entladezyklus, doch die Auswirkungen hängen vor allem von der Art der Nutzung ab: Schäden werden in erster Linie durch Tiefentladung und ungünstige Temperaturen verursacht, während sie bei flachen, gut geregelten Zyklen deutlich geringer sind. Es lohnt sich zu prüfen, ob das Programm einen Mindestladestand aufrechterhält und was die Herstellergarantie bezüglich der externen Steuerung besagt.

Was ist erforderlich, damit meine Solaranlage an ein VPP angeschlossen werden kann?

Sie benötigen einen Wechselrichter und einen Speicher, die fernsteuerbar sind und Echtzeitdaten liefern, sowie ein verfügbares VPP-Programm in Ihrer Umgebung. In der EU können Sie gemäß der Richtlinie 2019/944/EU auch ohne Zustimmung Ihres Versorgers einen Aggregationsvertrag abschließen und die Installation eines intelligenten Zählers beantragen.