Unabhängig werden mit Eigenstrom aus erneuerbaren Energien Günter Westermann

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1 Unabhängig werden mit Eigenstrom aus erneuerbaren Energien Günter Westermann

2 Euro-Cent / kwh Strompreisentwicklung für die nächsten 20 Jahre (Prognose) ,00 66,38 Cent 60,00 50,00 53,41 Cent 40, ,00 Cent 30,00 20,00 10,00 0, konstant 12,50 Cent Jahr bei 5,5 % Strompreiserhöhung bei 4,3 % Strompreiserhöhung (Quelle: Fraunhofer Institut) Solarstrom-Gestehungskosten

3 Die PV- Einspeisevergütung hat die Höhe des Strompreises unterschritten

4 Bisher war die Frage: Einspeisung oder Eigenverbrauch Solarstrompreis: ca. 16 Pfg(1991) >> 12Cent/kWh(heute) Haushaltsstrompreis: ca. 22 Pfg(1991) >> 24Cent/kWh(heute) Jetzt ist klar: Einspeisung und Eigenverbrauch!!

5 Netzgekoppelte Photovoltaik-Anlage mit Volleinspeisung Eigenverbrauch von Solarstrom

6 Eigenverbrauch ohne und mit Speichersystem (4 Pers.-Haushalt) Ohne Berücksichtigung von Eigenverbrauch

7 Leistung 40 GW Lastkurve 10 GW Vergangenheit: Solarenergie verringerte den Regelbedarf konventioneller Kraftwerke Solar 2011 Konventionelle Leistung Solar 2011

8 Leistung Lastkurve 48 GW 40 GW 40 GW 40 GW Viel Sonne Uhrzeit 8

9 Leistung Lastkurve Ca. 50 GW Was würde geschehen, wenn weitere ungepufferte PV- Anlagen hinzugebaut würden? Uhrzeit 9

10 Leistung Deckung der Residuallast im Sommer *) Nicht abregelbare Kraftwerksleistung Grundlastkraftwerke jeweils ca. 70 % ihrer Leistung ist nicht abregelbar Abregelbare Kraftwerksleistung Mittellastkraftwerke abregelbar Spitzenlastkraftwerke *) Im Winter ist Zahl der Grundlastkraftwerke gleich. Aber erheblich mehr Mittel- und Spitzenlastkraftwerke sind im Einsatz. 10

11 Leistung Was würde geschehen bei weiterem Ausbau von ungepufferten PV-Anlagen? Lastkurve Ca. 50 GW Nicht abregelbare Kraftwerksleistung Ungepufferte PV- Leistung Abregelbare Kraftwerksleistung abgeregelt Uhrzeit 11

12 Leistung Was würde geschehen bei weiterem Ausbau von ungepufferten PV-Anlagen? Lastkurve Ca. 50 GW Nicht abregelbare Kraftwerksleistung PV wird abgeregelt Ungepufferte PV- Leistung Uhrzeit 12

13 Lastkurve Ausschließlich für Grundlastkraftwerke 13

14 PV-Anlagen übernehmen neue Aufgaben: 1. Nachtversorgung 14

15 Sogar PV-Befürworter glauben, ein Zubau so schnell wie bisher sei energietechnisch nicht zu schaffen. Bei 3 bis 4 maliger Wiederholung gäbe es in den Sonnenstunden so viel PV-Strom, wie ganz Deutschland benötigt (40 bis 50 GW). Dann müssten alle Windräder, Wasserkraft- und Biogaskraft-werke abgeschaltet werden, genauso wie Atom und Kohlekraftwerke und wenige Stunden später müssten alle wieder hochge-fahren werden. In dieser Zeit ließen sich nicht die dezentralen Speicher aufbauen, die die übermäßige PV-Leistung wegpuffern könnten. Deshalb wollen wir den Speicherausbau gesetzlich im richtigen Verhältnis an den PV-Ausbau koppeln, dann wird zu jeder neuen PV-Anlage gleich der notwendige Speicher mit installiert und das Problem ist gelöst.

16 SFV - Vorschlag: Solareinspeisungsspitzen kappen, zwischenspeichern abends und nachts einspeisen. 16

17 Nur mit dem Bau von Pufferspeichern ist die zukünftige Abregelung der PV zu vermeiden. Aber: Stromwirtschaft baut keine Speicher. Konsequenz: PV-Betreiber installieren die fehlenden Speicher selbst 17

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19 Warum Integration von Speicherbatterien in die PV-Anlage? Zahl der Pufferspeicher wächst dann im gleichen Tempo wie der Ausbau von PV-Anlagen Motivation und Initiative für schnelle Umsetzung liegt bei den PV- Betreibern Speicher benötigen Gleichstrom. PV-Anlage liefert Gleichstrom Kurze Leitungswege für Stromspitzen zwischen volatiler Quelle und Pufferspeicher Autonome Regelmechanismen Modell auch für den Sonnengürtel der Erde 19

20 PV-Anlagen übernehmen neue Aufgaben: 2. Netzstabilisierung 20

21 Herleitung von Einspeiseobergrenze und Speicherkapazität

22 Herleitung von Einspeiseobergrenze und Speicherkapazität Leistung Peakleistung 1,0 Peak 3 kwh/kwp 0,3 Einspeiseobergrenze = 0,3 Peak 3 Wh/kWp Uhrzeit

23 Einspeiseleistung einer PV-Anlage mit integriertem Pufferspeicher Direkteinspeisung Einspeisung aus Speicher Leistung in kw / kwp An sonnigen Tagen Einspeisung = 0,3 peak Uhrzeit 23

24 Direkteinspeisung Einspeisung aus Speicher 0,3 Sonne unter 0,3 peak Leistung in kw / kwp 0,3 Sonne etwas über 0,3 peak Viel Sonne Einspeisung = 0,3 peak Uhrzeit 24

25 Leistung Viel Sonne Wenig Sonne Lastkurve Lastkurve Zubau mit Pufferspeicher Bisherige Solarleistung Mit Pufferspeicher Bisher Uhrzeit

26 Technische Umsetzung Einspeiseobergrenze Pufferbatterie Netzstabilisierung 26

27 Solargenerator MPP-Regler zieht jederzeit maximale Leistung Wechselrichter Einspeise- Obergrenz- Regler 0,3 Peak Überschuss Haushalt Stromverbraucher + / - Korrektursignal Batterie- Ladegerät Verbrauchs Ein- speise- Netzstabili- sierungs- Regler Batteriemanagement Batterie Zähler Öffentliches Netz Zähler 27

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29 Zur energieintensiven Industrie Hochspannungsnetz Zu den EE-Methan und EE-Methanol- Produktionsanlagen Solarstrom K-Strom Niederspannungsnetz Die solare Energie wird nicht nur um die Mittagszeit, sondern ganztägig geliefert und gelangt bis in das Hochspannungsnetz 29

30 Erwartungen an einen idealen Speicher 1. Möglichst verlustfreie Speicherung von elektrischer Eenergie 2. Möglichst hohe chemische Lebensdauer und Zyklenzahl des Speichers 3. Möglichst hohe Zyklentiefe und möglichst geringe Selbstentladung 4. Möglichst hoher Lade- und Entlade-Strombereich und Wirkungsgrad 5. Möglichst hohe Energiedichte (klein und leicht) 6. Möglichst wartungsfrei, gefahrlos und umweltverträglich 7. Möglichst geringe Temperaturabhängigkeit bei möglichst hohem Arbeitstemperaturbereich 8. Möglichst gut erweiterbar und austauschbar (aufwärtskompatibel) 9. Möglichst preisgünstig

31 Erwartungen an ein ideales Speichersystem 1. Ein-, zwei- oder dreiphasiger Aufbau möglich und in der Leistung skalierbar 2. Nachrüstbar für bereits vorhandene EE-Anlagen wie PV, BHKW, Wasser- und Windkraft 3. Anbindung an die Erzeuger und Verbraucher auf der Wechselspannungsseite 4. USV-Funktion bei Netzausfall mit möglichst langer Autarkiezeit (z.b. 24h) 5. Maximierung des Eigenstromverbrauchs und Rückspeisung ins Netz 6. phasengenaue Regelung von Speicherladung oder Hausnetzstützung / Netzeinspeisung 7. Sichere Trennung des Systems vom Netz bei Netzausfall mit gleichzeitiger Bildung eines Inselnetzes, welches auch den Betrieb und die Regelung zusätzlicher EE-Anlagen zulässt 8. Definierte Steuerung der Netzeinspeisung nach Zeit- Leistungs- Profil (z.b. 24h Solarstromlieferung mit 3 kw an Stromhändler oder Netzbetreiber nach Wetterprognose) 9. Lieferung von Spitzenstrom oder Regelenergie (erst ab 1,5MW möglich- Schwarmintelligenz/ Smart Grid) zur Stützung des Verteilnetzes 10. Zuschaltmöglichkeit von Verbrauchern (z. B. Elektroboiler) im Hausnetz bei Energieüberschuss 11. Umfangreiche Visualisierung mit Handlungsempfehlungen für z.b. DSM (Demand Side Management)

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34 SEMS Solar Energie Management System SEMS hat die Eigenstrommaximierung bei Photovoltaik-Anlagen sowie die weitgehende Selbstversorgung mit Strom und Einbindung ins Smart Grid zum Ziel. Das System kann 1, 2 und 3-phasig mit Leistungen von 2.6 kva bis 72 kva und Batteriespeicher von 4,8 kwh bis 350 kwh Speicherkapazität aufgebaut werden. Es kommen vorzugsweise LiFePo4-Akkus zum Einsatz. SEMS arbeitet bei Netzausfall als unterbrechungsfreie Stromversorgung und kann je nach Speichergröße bis zur vollkommenen Autarkie (Inselnetz) ausgebaut werden. Es können neben herstellerunabhängigen PV-Anlagen auch Windkraft, Wasserkraft oder BHKWs in die Stromversorgung eingebunden werden. Das System arbeitet phasenselektiv, d.h. bei einem 3-phasigen System kann z.b. Phase 1 durch den Batterie- Wechselrichter 1 gestützt werden wenn im Hausnetz auf Phase 1 mehr Strom gebraucht wird, als aktuell von der Photovoltaik-Anlage geliefert wird. Gleichzeitig befindet sich z.b. der Batterie- Wechselrichter 2 im Standby-Modus weil auf Phase 2 nur soviel Strom verbraucht wird wie auf Phase 2 durch die Photovoltaik-Anlage eingespeist wird. Wenn dann z.b. auf Phase 3 weniger Strom gebraucht wird als die Photovoltaik-Anlage auf dieser Phase liefert, wird der Rest, über den Batterie- Wechselrichter 3 als Ladegerät geschaltet, in den Batteriespeicher geladen. Wenn der Speicher voll geladen ist und die Photovoltaik-Anlage mehr produziert als verbraucht wird, können gezielt über Relais-Ausgänge (3) bestimmte Verbraucher, z.b. Heizstab im Boiler, zugeschaltet werden oder es kann z.b. nachts der gespeicherte Solarstrom ins Netz eingespeist werden. Die Energie aus dem Speicher kann auch zur Netzunterstützung, Lieferung von Regelenergie oder Spitzenstrom, verwendet werden. Der Speicher wird jedoch nie ganz entladen, sodass noch Energie für kurze Stromausfälle zur Verfügung steht. Die offene Struktur des SEMS erlaubt auch die Anbindung der Anlage ans Smart Grid.

35 Mögliche, zukünftige Funktionen des SEMS: Steuerung der Einspeiseleistung sowohl des Solarwechselrichters als auch der Extender im Einspeisebetrieb, (z.b. 30% oder 70% der Maximalleistung wird eingespeist. Steuerung der Akkuladung nach Wettervorhersage um Solarstrom auch nachts liefern zu können (Stromverkauf an Dritte z.b. MEG) Steuerung der Akkuladung zur Aufnahme der Mittagsspitze und zeitverzögerter Abgabe von Solarstrom sowohl ins Hausnetz als auch ins öffentliche Netz. Anbindung von Windkraft, Wasserkraft und BHKW an den Speicher.

36 PV-Anlage 11,5 kwp, 38,4 kwh LiFePo Speicher, 3x 4kW Notstromleistung, 2-Fam.-Haus mit 6kW el. Heizungs WP und 6 kw Heizstab für BW. Zusätzlich TS-Anlage und Holzkessel.

37 SEMS- Solar Energie Management System Beispiele zur Speicherdimensionierung: Anlagengröße in kwp : 1,6 (5,17) 5,17 6,58 10,34 Speicherdimensionierung in kwh : 4,8 (4,8) 12,48 19,2 33,6 Leistungs/ Energieverhältnis : 1:3 1:1 1:2 1:3 1:3 Funktionalität: Eigenverbrauchsmaximierung hoch hoch mittel nieder nieder Speicher-Rückspeisung nieder nieder mittel hoch hoch Netzstützung, Smart Grid nein nein möglich möglich möglich Versorgungssicherheit nieder nieder mittel hoch hoch Strompreisunabhängigkeit nieder mittel hoch hoch hoch

38 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit