Innovative stationäre Speicher für PV-Anwendungen. Handwerkskammer Chemnitz, Dr.-Ing. Sven Wendt, SolarWorld Innovations GmbH

Transkript

1 Innovative stationäre Speicher für PV-Anwendungen Handwerkskammer Chemnitz, Dr.-Ing. Sven Wendt, SolarWorld Innovations GmbH

2 Inhalt 1. Vorstellung Solarworld AG 2. Motivation Eigenverbrauch, Beispielberechnung 3. Anforderungen an Speicher(systeme) 4. Ausgewählte Systemkonzepte (AC/DC-Kopplung) 5. Richtlinien, Normen 6. Zusammenfassung SolarWorld Innovations GmbH / SVW / / Folie 2

3 1. Vorstellung SWAG SolarWorld Innovations GmbH / SVW / / Folie 3

4 1. Vorstellung SWAG Silicon Wafer Cell Recycling Module Trade System SolarWorld Innovations GmbH / SVW / / Folie 4

5 1. Vorstellung SWAG SolarWorld Innovations GmbH / SVW / / Folie 5

6 2. Motivation EEG: 70 % P PV,peak KfW: 60 % P PV,peak SAB: 40 % P PV,peak Typischer Lastgang eines Einfamilienhauses in Dtl., Frühjahrswochenende, PV- Anlagenleistung 5kWp, minütliche Auflösung SolarWorld Innovations GmbH / SVW / / Folie 6 Bild: V. Quaschning: Regenerative Energiesysteme, 2013

7 2. Motivation Typischer jahresmittlere Eigenverbrauchsanteile EA bei Einfamilienhäusern in Dtl. in Abhängigkeit der installierten PV-Anlagenleistung und des Haushaltsverbrauches SolarWorld Innovations GmbH / SVW / / Folie 7 Bild: V. Quaschning: Regenerative Energiesysteme, 2013

8 2. Beispielberechnung PV-Anlage mit Überschusseinspeisung: PV-Anlage: 5 kwp; 70 % statisch; 20x250 Wp SW Protect; Süd; 30 ; FG Wirtschaft: 1800 netto /kwp; 25a; K Strom =3,5 %/a; 03/14; Service 2 %/a; Tausch PV-WR 13a (1000 ) Verbraucher: EFH; 4700 kwh/a; 0,28 brutto /kwh EA = 29,1% ; SD = 32,7 %; SK = 0,12 /kwh; Amortisation: 15,2a; Eigenkapitalrendite vor St.: 5,83 % PV-Anlage mit Eigenverbrauchssteigerung durch Verbrauchersteuerung: EA Eigenverbrauchsanteil SD Solarer Deckungsgrad AG Autarkiegrad SK Stromgestehungskosten Wirtschaft: PV-Anlage zzgl. 300 Steuerung, Tausch nach 13a (300 ) Verbraucher: EFH; 4700 kwh/a; 0,28 brutto /kwh; gesteuerter Verbraucher: 2 kw für 2 h/tag von Uhr; Jan. - Dez. EA = 39,3 % ; SD = 44,2 %; SK = 0,13 /kwh; Amortisation: 14,6a; Eigenkapitalrendite vor St.: 6,60 % SolarWorld Innovations GmbH / SVW / / Folie 8

9 2. Motivation Das neue gerahmte Glas-Glas-Modul von SolarWorld Sehr lange Lebensdauer durch Einsatz von Glas auf der Front- und Rückseite Gewicht und Größe identisch zum Sunmodule Plus Glas-Folienmodul Optimaler Schutz gegen mechanische Belastung und Umwelteinflüsse durch Einbettung der Zellen in Glas-Glas Einfache Montage durch stabilen Aluminiumrahmen Bewährte und mit der Rückseite fest verbundene Anschlussdose SolarWorld Innovations GmbH / SVW / / Folie 9

10 2. Motivation Typischer jahresmittlere Eigenverbrauchsanteile in Abhängigkeit der installierten PV- Anlagenleistung und der nutzbaren Speicherkapazität bei einem Haushaltsverbrauches eines Einfamilienhauses in Dtl. mit einem Jahreselektroenergieverbrauch von 4700 kwh SolarWorld Innovations GmbH / SVW / / Folie 10 Bild: V. Quaschning: Regenerative Energiesysteme, 2013

11 2. Motivation Typischer jahresmittlere Autarkiegrade AG in Abhängigkeit der installierten PV- Anlagenleistung und der nutzbaren Speicherkapazität bei einem Haushaltsverbrauches eines Einfamilienhauses in Dtl. mit einem Jahreselektroenergieverbrauch von 4700 kwh SolarWorld Innovations GmbH / SVW / / Folie 11 Bild: V. Quaschning: Regenerative Energiesysteme, 2013

12 2. Beispielberechnung PV-Anlage mit Überschusseinspeisung + Speicher : PV-Anlage: 5 kwp; 70 % statisch; 20x250 Wp SW Protect; Süd; 30 ; FG; 1800 netto /kwp Speicher: 5 kwh nutz. ; 1500 netto /kwh; LiFePO4 Wirtschaft: 25a; K Strom =3,5 %/a; 03/14; Service 2 %/a; Tausch PV-WR + Speicher-WR 13 a (2000 ) Verbraucher: EFH; 4700 kwh/a; 0,28 brutto /kwh EA = 55,8 % ; AG = 54,3 %; SK = 0,22 /kwh Amortisation: >25a PV-Anlage + Speicher + Verbrauchersteuerung + SAB Förderung: Wirtschaft: PV-Anlage und Speicher zzgl. 300 Steuerung, Tausch nach 13a (300 ) SAB Förderung: 60 % Speicher- und Steuerungskosten (40 % Leistungsbegrenzung) Verbraucher: EFH; 4700 kwh/a; 0,28 brutto /kwh; 2 kw für 2 h/tag von Uhr; Jan. - Dez. E eigen = 68,6 % ; E autark = 63,2 %; SK = 0,19 /kwh; Amortisation: 21,4a; Eigenkapitalrendite vor St.: 3,14 % SolarWorld Innovations GmbH / SVW / / Folie 12

13 2. Beispielberechnung PV-Anlage mit Überschusseinspeisung + Speicher + Verbrauchersteuerung: PV-Anlage: 5 kwp; 70 % (SAB: 40 %) statisch; 20x250 Wp SW Protect; Süd; 30 ; FG; 1800 netto /kwp Speicher: LiFePO4 Wirtschaft: 25a; K Strom = 3,5 %/a; 03/14; Service 2 %/a; Tausch Elektronik 13a (2300 ); SAB Förderung: 60 % Speicher- und Steuerungskosten Verbraucher: EFH; 4700 kwh/a; 0,28 brutto /kwh; Steuerung: 2kW für 2 h/tag von Uhr; Jan. - Dez. Nettokosten Speichersystem 1500 /kwh SAB Förderung 1000 /kwh ohne Förderung 500 /kwh ohne Förderung E SP, nutz in kwh EA in % 63,2 66,4 68,6 56,5 60,3 63,2 56,5 60,3 63,2 AG in % 57,9 61,2 63,2 57,9 61,2 63,2 57,9 61,2 63,2 Stromgest. in /kwh 0,16 0,18 0,19 0,17 0,18 0,20 0,15 0,16 0,16 AM in a 19,3 20,2 21,4 19,4 20,6 22,2 17,0 17,5 18,1 ER in % 4,14 3,68 3,14 3,96 3,37 2,73 5,42 5,16 4,79 SolarWorld Innovations GmbH / SVW / / Folie 13

14 2. Motivation Trend bei Speichersystemkosten: 1500 netto /kwh nutz 500 netto /kwh nutz? SolarWorld Innovations GmbH / SVW / / Folie 14

15 3. Speichersystem Anforderungen an PV-Speicher: Systemlieferant / Installateur: geringe Anschaffungskosten, einfache Installation Service, Verfügbarkeit, Schulung Endkunde: Monitoring, Kommunikation geringe Betriebs- und Servicekosten Flexibilität, Softwareupdates (Apps) hohes Maß an Sicherheit Speichersystem: geringe Systemkosten 500 /kwh hohe Zyklenfestigkeit 5000 (kleine Speicher > 5000!) hohe kalendarische Lebensdauer 20a guter Wirkungsgrad (s. PV-WR) Modularität, niedrige Servicekosten, Recycling geringe Anforderungen an Energie- und Leistungsdichte Prüfung, Zertifizierung SolarWorld Innovations GmbH / SVW / / Folie 15

16 3. Elektrochemische Speicher Wiederaufladbare elektrochemische Energiespeicher mit internem Speicher mit externem Speicher Supercaps Akkumulatoren Gasspeicher Redox-Flow niedertemperatur hochtemperatur - H 2 - CH 4 - Vanadium - Fe/Cr - Blei-Säure - NiCd - NiMH - Li-Ionen - Li-Ionen-Polymer - Natrium-Schwefel - NaNiCl 2 (Zebra) - SolarWorld Innovations GmbH / SVW / / Folie 16

17 3. Elektrochemische Speicher Blei-Säure: hohe Marktdurchdringung und Zuverlässigkeit (Starterbatterien, USV) Zellpreise für stationäre Speicher: /kwh sehr hohe Recyclingrate: > 99 % Energiedichte bis 40 Wh/kg; DC Wirkungsgrad ca. 80 % 3000 äquivalente Vollzyklen bei 50 % DoD (End of Life: 80 % C nom ) Lebensdauer: 6 10 Jahren erreichbar Tausch der Zellen erforderlich Bilder: Accumulatorenwerke HOPPECKE Carl Zoellner & Sohn GmbH SolarWorld Innovations GmbH / SVW / / Folie 17

18 3. Elektrochemische Speicher Li-Ionen: LiFePO 4 -basierte Speicher für stationäre Anwendung (intrinsische Sicherheit) Zellpreise für stationäre Speicher: /kwh Energiedichte: > 60 Wh/kg; DC Wirkungsgrad ca. 90 % äquivalente Vollzyklen bei 70 % DoD (End of Life: 80 % C nom ) Lebensdauer: > 20 Jahre sollten erreicht werden kein Tausch der Batterie erforderlich Skaleneffekte durch Massenproduktion (asiatischer Markt) Recycling bzw. Recyclingrate? derzeit existieren noch keine Prüfstandards bzw. Normen für stat. Li-Ionen Systeme kontroverse Diskussion hinsichtlich Li-Ion-Zellen aus chinesischer Produktion (Qualität -+; Preis ++; Zuverlässigkeit??) 40 Ah / 90 Wh; DOD 70 % 0.5C Vollzyklen > 5000; 181mm x 116mm x 46mm; 1.5 kg 1000 Ah / 3200 Wh; DOD 70% 0.5C Vollzyklen > 7000 : 850mm x 366mm x 71mm, 33 kg Bilder: Winston Battery Limited SolarWorld Innovations GmbH / SVW / / Folie 18

19 4. Systemkonzepte Netzseitige Speicheranbindung (AC-Kopplung): AC-Kopplung, HV-Batterie Standard PV-WR (trafolos), niedrige DC- Spannung, el > 96 % HV-Batterie günstig durch Bleizellen AC-Kopplung, LV-Batterie Standard PV-WR (trafobasiert) hohe Zuverlässigkeit, geringe Kosten, el > 97 % Standard Batteriekompon. (BMS, Kosten) Speichersystem jederzeit nachrüstbar; Systemwirkungsgrad Laden 95 %, Entladen 97 % Li-Ion: Kosten HV-Batt. bis zu 50 % teurer als LV-Batt. (BMS, Einzelzellüberwachung) SolarWorld Innovations GmbH / SVW / / Folie 19

20 4. Systemkonzepte Speicheranbindung am DC-Zwischenkreis (DC-Kopplung): DC-Kopplung, HV-Batterie Standard-PV-WR: 2. MPPT Laderegler HV-Batterie günstig durch Bleizellen DC-Kopplung, LV-Batterie Aufwendiger Laderegler Kosten Standard Batteriekompon. (BMS, Kosten) Nachrüstung des Speichers?; El. Wirkungsgrad HV-System: Laden 97 %, Entladen 97%; LV-System: Laden 96 %, Entladen 96 % Li-Ion: Kosten HV-Batt. bis zu 50 % teurer als LV-Batt. (BMS, Einzelzellüberwachung) SolarWorld Innovations GmbH / SVW / / Folie 20

21 5. Beispiele SolarWorld System zur intelligenten und intuitiven Haussteuerung Das intelligente Batteriesystem DC-gekoppeltes Speichersystem dreiphasiger Netzwechselrichter empfohlene PV-Leistung: 4 kwp 11 kwp Nutzbare Speicherenergie 5,8 kwh (11,6kWh, DoD 50%) Hochwertige Blei-Säure-Batterie der Fa. Hoppecke (>2500 Vollzyklen, BMS) SolarWorld Innovations GmbH / SVW / / Folie 21

22 5. Beispiele Solarworld SunPac 2.0 Nedap Power Router Bosch VS 5 Hybrid 8,8 kwh IBC-Solar SolStore 6.3Li Sony Olivine 4.8 kwh Technologie Blei / DC- Kopplung Blei / DC- Kopplung Li-Ion / DC- Kopplung Li-Ion / AC- Kopplung Li-Ion / ohne WR Nutzkap. in kwh 5,8 6,48 5,28 5,67 4,8 Leistung in kw 2,85 5,0 5,0 5,7 5,0 Zyklenanzahl Lebensdauer in a ?? 20 System, Anmerkungen inkl. PV-WR 3~; 10kVA inkl. PV-WR 1~; 5kVA inkl. PV-WR 1~; 5kVA inkl. Netz-WR, ohne PV-WR Speicher mit BMS Systempreis in zzgl. Ust Invest /kwh (nur Speicher SolarWorld Innovations GmbH / SVW / / Folie 22

23 6. Richtlinien, Normen VDE-Anwendungsregel "VDE-AR-N 4105: Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz, Technische Mindestanforderungen für Anschluss und Netzparallelbetrieb von Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz VDE/FNN Technischer Hinweis Anschluss und Betrieb von Speichern am Niederspannungsnetz, Juni 2013 Blei-basierte, stationäre Speichersysteme für PV-Anwendungen: DIN EN : : Ortsfeste Blei-Akkumulatoren T21: Verschlossene Bauarten Prüfverfahren (IEC :2004); Deutsche Fassung EN :2004 DIN EN 61427: : Wiederaufladbare Zellen und Batterien für photovoltaische Energiesysteme - Allgemeine Anforderungen und Prüfverfahren (IEC 61427:2005); Deutsche Fassung EN 61427:2005 Li-Ionen-basierte, stationäre Speichersysteme für PV-Anwendungen: Entwurf DIN EN : : Wiederaufladbare Zellen und Batterien für die Speicherung erneuerbarer Energien - Allgemeine Anforderungen und Prüfverfahren - Teil 2: Netzintegrierte Anwendungen (IEC 21/813/CD:2013) UN Transport Test für Lithiumbatterien, UN-Handbuch Prüfungen und Kriterien Teil 3 Abschnitt 38.3 SolarWorld Innovations GmbH / SVW / / Folie 23

24 7. Zusammenfassung PV-Anlagen mit Überschusseinspeisung ( 10 kwp;! EEG Novelle 2014!) sind wirtschaftlich und werden durch gezielte Verbrauchersteuerung noch attraktiver PV-Anlagen mit Überschusseinspeisung ( 10 kwp;! EEG Novelle 2014!) und zusätzlichem Speichersystem können heute noch nicht wirtschaftlich betrieben werden Verschiedenste Förderansätze (KfW, SAB) begünstigen Ausbau von PV-Anlagen mit Speichersystemen zur Steigerung des Eigenverbrauchs Netzentlastung + Folgen Autarkiegrade größer 60 % sind realistisch (Betrachtung muss immer anlagen- und verbraucherspezifisch erfolgen) Etablierte Zelltechnologien: Blei-Säure und LiFePO4 günstige bzw. langlebige Systeme verfügbar DC- bzw. AC-Kopplung des Speichers muss immer anlagen- sowie verbraucherspezifisch betrachtet werden Richtlinien / Normung für Li-Ionen-basierte Speichersysteme in Entwurfsphase SolarWorld Innovations GmbH / SVW / / Folie 24

25 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit. SolarWorld Innovations GmbH / SVW / / Folie 25

26 Backup SolarWorld Innovations GmbH / SVW / / Folie 26