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1 Bildraum Bildraum Eigenverbrauchskonzepte

2 Klassische Eigenstromnutzung = Inselnetze Keine Verbindung zum öffentlichem Stromnetz. Netzbetrieb zum Be- und Entladen der Speicher Anwendungen: Backupbetrieb in schwachen Netzen Stromversorgung in Regionen ohne Netzversorgung Nachteil Beschränkte Zahl an Lasten Keine Einspeisung ins Netz Problematisch: 3 Phasen in Deutschland

3 Eigenverbrauch nach EEG 2012 Leistung bis 30 kw Leistung kw Leistung kw Leistung über 1 MW Einspeisevergütung Eigenverbrauch <30% 24,43 ct/kwh 23,23 ct/kwh 21,98 ct/kwh 18,33 ct/kwh 8,05 ct/kwh 6,85 ct/kwh 5,6 ct/kwh >30% 12,43 ct/kwh 11,23ct/kWh 9,98ct/kWh Ausgangspunkt ist ein Strompreis von 24,95 ct/kwh Dr. Armin U. Schmiegel Teamleiter Innovation 3

4 Eigenstromnutzung nach dem EEG Eigenbrauch bei gleichzeitigen Anschluss am Netz Es handelt sich um einen bilanziellen Eigenverbrauch Es wird auf einer Phase eingespeist, gleichzeitig kann auf allen Phasen verbraucht werden Vorteile: Gleichzeitige Eigenstromnutzung und Verbrauch ist möglich Kein Inselsystem die Versorgungssicherheit ist stets gegeben Größe und Zahl der Verbraucher ist unabhängig von der Größe und Leistung der PV-Anlage

5 Zählerkonzept Aus: Photovoltaik 05/2010: Eigenverbrauch Zählerabhängig. Grafik. Solarpraxis AG/Harald Schütt

6 Zwei Größen, die den Eigenverbrauch beschreiben Solarer Eigenverbrauch SC = + : Selbstverbrauchter Strom :Eingespeister Solarstrom Der solare Eigenverbrauch gibt an, wieviel Solarstrom selber verbrauch wird. Der solare Eigenverbrauch ist die förderrelevante Größe. = Autarkiegrad A + : Selbstverbrauchter Strom : Vom Netz bezogener Strom Der Autarkiegrad gibt an, wie groß der Anteil der selbsterzeugten Energie, am Gesamtstromverbrauch ist. Der Autarkiegrad gibt Auskunft über die Stromkosten. Beispiel: Ein SC von 20% bei einer 4000kWp Anlage bedeutet, dass man ca. 800kWh der Solarenergie selber verbraucht hat. 3200kWh wurden eingespeist. Beispiel: Ein A von 40% bei einem Gesamtstromverbrauch von 4500kWh bedeutet, dass 1800kWh durch die PV-Anlage gedeckt werden konnte, 2700kWh dazugekauft werden mussten Dr. Armin U. Schmiegel Programmanager Smart Grid und Hybrid Systems 6

7 Solarer Eigenverbrauch und Autarkiegrad PV-Anlage 40% 35% 30% 25% [%] 20% 15% 10% 5% 0% 3,00 5,00 7,00 9,00 11,00 13,00 15,00 PV [kwp] Autarkie ohne Speicher Eigenverbrauch ohne Speicher Dr. Armin U. Schmiegel Manager Smart Grid und Hybrid Systems 7

8 Verbrauch und Produktion :00 01:30 03:00 04:30 06:00 07:30 09:00 10:30 12:00 13:30 15:00 16:30 18:00 19:30 21:00 22:30 PV H0 Werktag H0 Sonntag :00 01:30 03:00 04:30 06:00 07:30 09:00 10:30 12:00 13:30 15:00 16:30 18:00 19:30 21:00 22:30 PV Last L1 Last L

9 Bildraum Bildraum Möglichkeiten der Eigenverbrauchssteigerung

10 Eigenverbrauch und Autarkie 50% 45% 40% 35% 30% 25% 20% 15% Solarer Eigenverbrauch Autarkie 10% 5% 0% 5 kwp PV Leistung 5500 kwh Jahresverbrauch

11 Parallelisierung von Verbrauch und Erzeugung Wie groß ist der Beitrag eines Lastmanagements? Ideales Lastmanagement: Alle Lasten werden so verschoben, dass der solare Eigenverbrauch optimiert wird. Bild

12 Eigenverbrauch und Autarkie bei idealen Lastmanagement 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% Autarkie Eigenverbrauch Autarkie m. ideal Lastmanagement Eigenverbrauch mit ideal. Lastmanagement 0% kwp PV Leistung 5500 kwh Jahresverbrauch ca. 1700kWh mehr Eigenverbrauch im idealen LM

13 Lastmanagementpotentiale 1250 kwh/a 457 kwh/a 1472 kwh/a 371 kwh/a Table 4 - Other Appliance loads (NRCan, 2004) Armstrong, Marianne, Mike Swinton, Hajo Ribberink, Ian Beausoleil-Morrison, and Jocelyn Millette. Synthetically derived profiles for representing occupant-driven electric loads in Canadian housing. Journal of Building Performance Simulation 2, no. 1 (March 2009):

14 Autarkie und Eigenverbrauch Speicher vs. Ideales Lastmanagement 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Die Verwendung von Speicher ist vergleichbar mit dem Betrieb eines idealen Lastmanagements Dr. Armin U. Schmiegel Manager Smart Grid und Hybrid Systems 14

15 Bildraum Bildraum Speichertechnologien

16 Übersicht Speichertechnologien Bleibatterien Lithium Ionen Batterien Energiedichte: Wh/kg Zyklenwirkungsgrad: % Selbstentladung: 5-10%/Monat Zyklenlebensdauer: Kosten: /kwh Energiedichte: Wh/kg Zyklenwirkungsgrad: 90-95% Selbstentladung: <2%/Monat Zyklenlebensdauer: 7000 Kosten: ~1000 /kwh

17 Vergleich Zyklenlebensdauer Blei vs. Lithium-Ionen Lithium-Ionen Lead Acid Number of Cycles Depth of Discharge [%]

18 Übersicht Speichertechnologien Redox-Flow Energiedichte: Wh/kg Zyklenwirkungsgrad: 75% Selbstentladung: -/- Zyklenlebensdauer: Kosten: ~200 /kwh Natrium-Schwefel Batterien Energiedichte: Wh/kg Zyklenwirkungsgrad: 89% Selbstentladung:? Zyklenlebensdauer:? Kosten:? /kwh

19 Sicherheitskonzepte: Batterie und System Passive und aktive Sicherheitsmaßnahmen sind sowohl auf Komponenten, als auch auf Systemebene integriert worden. Batteriemodul-Ebene: Überwachung der Zellspannungen und Zelltemperaturen Sicherungen auf der Busbar Mechanische Sicherheitsvorkehrungen Batteriesystem-Ebene: Redundante und unabhängige Sicherheits- und Überwachungssysteme 2fach redundante Sicherheitsschalter Gesamtsystem: Weitere mechanische Sicherheitsvorkehrungen integriert

20 Bildraum Bildraum PV-Speichersysteme

21 PV Speichersysteme Dr. Armin U. Schmiegel 21

22 Gängige Topologien für PV Speichersysteme AC Kopplung DC Kopplung Dr. Armin U. Schmiegel 22

23 PV Speichersysteme auf AC-Bus Basis Dr. Armin U. Schmiegel 23

24 Funktionsweise eines AC-Systems Speichern = Eigenverbrauch Entladen = Nulleinspeisung auf einer Phase Dr. Armin U. Schmiegel 24

25 Funktionsweise eines AC-Systems - Eigenverbrauch Die Batterie gilt lt. EEG als Verbraucher. Das Laden der Batterie ist bereits Eigenverbrauch. Ladeverluste spielen hier keine Rolle Dr. Armin U. Schmiegel 25

26 Funktionsweise eines AC-Systems - Entladen und Eigenverbrauch Die Batterie kann nur so entladen werden, dass keine Einspeisung ins Netz erfolgt. Dies erfolgt über eine Nulleinspeisung. Nur bei Nulleinspeisung ist dieses Zählerkonzept erlaubt Dr. Armin U. Schmiegel 26

27 Tagesverlauf Dr. Armin U. Schmiegel Teamleiter Innovation 27

28 PV Speichersysteme auf DC-Bus Basis Dr. Armin U. Schmiegel 28

29 Funktionsweise eines DC-Systems - Entladen und Eigenverbrauch Der Wechselrichter speist gedrosselt ein. Nur so viel Leistung wird eingespeist, wie aktuell verbraucht wird. Es findet ein bilanzieller Eigenverbrauch über alle Phasen statt Dr. Armin U. Schmiegel Manager Smart Grid und Hybrid Systems 29

30 A clear summer day in August 2011

31 A cloudy summer day in August 2011

32 Zusammenfassung AC-Systeme Null-Einspeiser Ist AC-System ein Voll-Einspeiser, ist eine Erweiterung der Anschlusskapazität nötig. Bei 1-phasigen Null-Einspeiser können nur Verbraucher auf einer Phase gedeckt werden. Speichern ist bereits Eigenverbrauch. Speicherverluste sind nur für die Reduzierung des Stromverbrauches relevant. DC-Systeme Voll-Einspeiser Keine Erweiterung der Anschlusskapazität nötig. Verbraucher können an jeder Phase angeschlossen sein. Es ist kein Umhängen von Verbrauchern nötig. Speichern ist noch kein Eigenverbrauch, erst die Einspeisung ist Eigenverbrauch. Daher sind Speicherverluste relevant Dr. Armin U. Schmiegel Manager Smart Grid und Hybrid Systems 32

33 Autarkie und Eigenverbrauchssteigerung mit Speicher 80% 70% 60% 50% [%] 40% 30% 20% 10% 0% 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00 16,00 PV [kwp] Autarkie mit 6kWh Speicher DC-Top Autarkie mit 6kWh Speicher AC-Top Eigenverbrauch mit 6kWh DC-Top Eigenverbrauch mit 6kWh Speicher AC-Top Dr. Armin U. Schmiegel Manager Smart Grid und Hybrid Systems 33

34 Bildraum Bildraum Zusammenfassung

35 Zusammenfassung Seit EEG 2009 wird der bilanzielle Eigenverbrauch von Solarstrom gefördert. Hauseigentümer haben nun die Möglichkeit die PV-Anlage zur Hausstromversorgung zu nutzen. Zwei Kenngrößen sind relevant (solarer) Eigenverbrauch, d.h. Eigenverbrauch im Verhältnis zum produzierten PV-Strom. Autarkie, d.h. Eigenverbrauch im Verhältnis zum Gesamtstromverbrauch Ohne technischen Hilfsmittel sind Eigenverbrauchsraten von 20-30% und Autarkiegrade von 25-35% möglich. Lastmanagement hat ein ähnliches Potential, wie Speicherlösungen Speichertechnologien am Markt: Blei und Lithium-Ionen Blei ist preisgünstig, hat aber kurze Lebensdauern und hohen Wartungsaufwand Lithium-Ionen ist teuer, ist langlebiger und hat einen geringen Wartungsaufwand Topologien am Markt, AC-Topologie und DC-Topologie Beide Topologien sind identisch, wenn sie als Volleinspeiser genutzt werden. AC-Topologie in der Regel als Null-Einspeiser, weist geringere Eigenverbrauchsraten und Autarkiegrade auf Dr. Armin U. Schmiegel Manager Smart Grid und Hybrid Systems 35

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