Dipl. Ing. M. Rothert SMA Solar Technology AG

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1 VON PV-SPEICHERSYSTEMEN BIS ZUM 100% INSELSYSTEM PERFORMANCE DER SYSTEME IN DER PRAXIS Dipl. Ing. M. Rothert SMA Solar Technology AG

2 AGENDA 1 Warum Speicher und Übersicht über die SMA Speicherlösungen 2 Einleitende Erläuterungen: Lastgang, Batterien, Autarkie und Eigenverbrauch 3 Auswertungen aus dem Sunny Portal zu Autarkie, Eigenverbrauch und Batterien 4 Effizienz und Kosten von Speichersystemen in der Theorie 5 Effizienz von SMA Speichersystemen in der Praxis 6 100% autark am Beispiel von Eigg Island

3 EINFLUSS DER PV AUF DIE STROMPRODUKTION IN DEUTSCHLAND Nur Speicher können die Erzeugung aus der Mittagsspitze in den Abend schieben! 3

4 Vergütung in cent WARUM WERDEN SPEICHER INTERESSANT? die Einspeisevergütung sinkt = 12,31 ct/kwh der Strompreis deutlich höher ist = 28 ct/kwh der Strompreis in 20 Jahren noch steigen wird. die Netze nicht überall und immer die gesamte PV- Energie aufnehmen können. 60,0 55,0 50,0 45,0 40,0 35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0 Einspeisetarif Vergangenheit Einspeisetarif "Best Case" Einspeisetarif "Worst Case" Strompreis Haushalte Quelle: BNetzA 4

5 WARUM WERDEN SPEICHER INTERESSANT? > jeder gerne unabhängiger werden will. > schon heute 90% der interessierten PV- Neuanlagenkunden nach Speichern fragen. > 80% der Bestandskunden Interesse an Speichern haben. > Die Preise für Speichersysteme schon um mehr als 50% gesunken sind und weiter sinken werden. > Speicher in den nächsten Jahren auch wirtschaftlich attraktiv werden. 5

6 SPEICHER SIND SINNVOLL, WEIL ohne Speicher mit 5 kwh nutzbarem Speicher dies signifikant den Eigenverbrauch erhöht und damit den Netzbezug und die Netzeinspeisung verringert. 6

7 DIE LÖSUNG IST das Smart Home. SMA Solar Technology AG 7

8 SMA SMART HOME DIE RICHTIGE LÖSUNG FÜR JEDE ANWENDUNG SMA Basic System SMA Integrated Storage System SMA Flexible Storage System Sunny Home Manager + Funksteckdose > Beispiel: Stromverbrauch: 3000 kwh PV-Anlage: 6 kwp Batterie: keine > Autarkie: % > Eigenverbrauch: % Sunny Boy Smart Energy Sunny Home Manager + Funksteckdose > Beispiel: Stromverbrauch: 3000 kwh PV-Anlage: 7 kwp Batterie: 2 kwh > Autarkie: % > Eigenverbrauch: % Sunny Boy + Sunny Island Sunny Home Manager + Funksteckdose > Beispiel: Stromverbrauch: 4500 kwh PV-Anlage: 10 kwp Batterie: 6,0 kwh > Autarkie: % > Eigenverbrauch: % Vollintegrierte oder flexible Lösung passend für Ihren Energieverbrauch und Ihr Investitionsbudget 8

9 EIGENVERBRAUCH UND AUTARKIE IN DER PRAXIS 9

10 SUNNY ISLAND PRODUKTPORTFOLIO ON-GRID 1-phasig 3-phasig ( ab 3 x SI) X 6, 9, 12 SI 3.0M SI 4.4M SI 6.0H SI 8.0H 3 x SI 3.0H 3 x SI 4.4M 3 x SI 6.0H 3 x SI 8.0H MC-Box ,0 4,4 6,0 8,0 9,0 13,2 18,0 24,0 bis zu 96 30Min.AC-Output at 25 ºC 2,3 3,3 4,6 6,0 6,6 9,9 13,8 18,0 bis zu 72 Nominal AC-Output at 25 ºC kw Modular von 2 kw bis ca. 100 kw

11 SUNNY ISLAND PRODUKTPORTFOLIO OFF-GRID 3-phasig ( ab 3 x SI) 1-phasig SI 3.0M SI 4.4M SI 6.0H SI 8.0H MC-Box-6 MC-Box-12 MC-Box-36 3,7 (5 min) 4,6 (5 min) 6,8 (5 min) 9,1 (5 min) kw AC-Leistung bei 25 C für 1 min 3,0 4,4 6,0 8, kw AC-Leistung bei 25 C für 30 min 2,2 3,3 4,6 6, kw Modular von 2 kw bis ca. 300 kw Nominale AC-Leistung bei 25 ºC 11

12 AGENDA 1 Warum Speicher und Übersicht über die SMA Speicherlösungen 2 Einleitende Erläuterungen: Lastgang, Batterien, Autarkie und Eigenverbrauch 3 Auswertungen aus dem Sunny Portal zu Autarkie, Eigenverbrauch und Batterien 4 Effizienz und Kosten von Speichersystemen in der Theorie 5 Effizienz von SMA Speichersystemen in der Praxis 6 100% autark am Beispiel von Eigg Island

13 ANALYSE DES STROMVERBRAUCHS EINES SOMMERTAGES Kochen Spülmaschine Kühlschrank Kühltruhe 13

14 ANALYSE DES STROMVERBRAUCHS WINTERTAG Kochen Spülmaschine Spülmaschine Waschmaschine Trockner Heizung Schnelle Erfassung von Verbrauch und Erzeugung ist notwendig 14

15 ANFORDERUNGEN AN STATIONÄRE SPEICHER Anforderungen: > Wartungsfrei oder wartungsarm > Langlebig (Ziel 20 Jahre) > Hoher Wirkungsgrad (Ziel größer 95%) > Hohe Sicherheit > Zyklenfestigkeit 100 bis 365 Jahr > Geringe Investitionskosten (Ziel kleiner 200 /kwh) > Geringe Zyklenkosten (Ziel kleiner 5 ct/kwh) 15

16 VERGLEICH VERSCHIEDENER SPEICHER Anforderungen Bleibatterie Li-Ionenbatterie Aquion-Batterie Hochtemperatur Chemie PB Li-Ionen Na-Ionen NaS / Na NiCl Wartungfrei ja ja ja ja Lebensdauer 10 Jahre 10 Jahre +?? Wirkungsgrad % 90 98% % 70 80% Sicherheit + + (mit BMS) ++ 0 Nennergiedurchsatz Verfügbarkeit am Markt Invest. Kosten /kwh Zyklen Kosten ct/kwh Mittlerweile sind ca. 90% der Speicher im On-Grid Bereich Li-Ionen Zwischenspeicherkosten (incl. MwSt. + Verluste + Wechselrichter) von weniger als 20 ct/kwh werden heute erreicht 16

17 Theoretische Zwischenspeicherkosten Batterie: 10 ct/kwh = 4.087,5 / (6,4 kwh x 0,8 x 0,8 x ) Batterie macht derzeit 60% der Kosten aus 17 ct/kwh

18 DEFINITION EIGENVERBRAUCH UND AUTARKIE Ohne Batterie mit 5 kwh Batterie EV Quote = 30 % EV-Quote = 60 % AU-Grad = 30 % AU-Grad = 52 % Eigenverbrauchsquote = 1 Netzeinspeisung / PV-Erzeugung Autarkiegrad = 1 Netzbezug / Verbrauch 18

19 EINFLUSSFAKTOREN AUF DIE AUTARKIE Die wichtigsten Einflussfaktoren sind: > Die Menge der erzeugten Energie (PV-Anlagengröße und Einstrahlung) > Die Höhe des jährlichen Verbrauchs > Die Speichergröße Diese Werte werden vor allem durch die Anlagenauslegung bestimmt Wichtigste Nebenbedingung: Die Effizienz der Zwischenspeicherung Weitere Einflussfaktoren sind: > Regelgeschwindigkeit > Begrenzung der Netzeinspeisung (70 % EEG oder 60 % Speicherförderung) > Lastprofil > Standort und Ausrichtung der PV-Anlage 19

20 EIGENVERBRAUCH UND AUTARKIE IN ABHÄNGIGKEIT DER PV-ANLAGENGRÖßE UND BATTERIEGRÖßE Autarkiequote Eigenverbrauchsquote Alternativ Speicherrechner: ( 20

21 AGENDA 1 Warum Speicher und Übersicht über die SMA Speicherlösungen 2 Einleitende Erläuterungen: Lastgang, Batterien, Autarkie und Eigenverbrauch 3 Auswertungen aus dem Sunny Portal zu Autarkie, Eigenverbrauch und Batterien 4 Effizienz und Kosten von Speichersystemen in der Theorie 5 Effizienz von SMA Speichersystemen in der Praxis 6 100% autark am Beispiel von Eigg Island

22 ERGEBNISSE AUS DEM FELD (STAND 6/2015) Flexible Storage System > Systeme mit SHM im Portal registriert > mit Inbetriebnahme bis > Auswertungszeitraum bis > 990 Anlagen ausgewertet > Kriterien für die Auswertung: > Standort Deutschland > Plausible Energiewerte > 1-phasige Systeme > Angabe eines Batterietyps, Batteriegröße und PV-Anlagengröße Integrated Storage System > Systeme mit SHM im Portal registriert > 247 mit Inbetriebnahme bis > Auswertungszeitraum bis > 230 Anlagen ausgewertet 22

23 EIGENVERBRAUCHSQUOTE ÜBER AUTARKIE 990 Flexible Storage Sets 230 Integrated Storage Sets Hohe Autarkie führt zu geringem Eigenverbrauch und umgekehrt Es gibt Ausnahmen (z.b. andere Erzeuger die nicht erfasst werden) Die 2 kwh des ISS hat bereits eine große Wirkung

24 HÄUFIGKEITSVERTEILUNG DES VERBRAUCH Der Verbrauch variiert in einem sehr großen Bereich von bis kwh Median kwh beim Sunny Island, und kwh beim Smart Energy

25 HÄUFIGKEITSVERTEILUNG DER PV-ANLAGENGRÖßE Die Leistung der PV-Anlage variiert in einem sehr großen Bereich von 2 bis 30 kwp Median 7,8 kwp bei Sunny Island und 5,4 kwp beim Smart Energy Auswertung über 1245 Sunny Boy Smart Energy 25

26 HÄUFIGKEITSVERTEILUNG DES ANLAGENERTRAGS (FSS) Der spezifische Ertrag liegt zwischen kwh/kwp mit vielen Ausnahmen Median 1030 kwh/kwp

27 HÄUFIGKEITSVERTEILUNG DER NUTZKAPAZITÄT (FSS) 65% der Batterien haben nur 2 6 kwh und 17% 6 8 kwh Nutzkapazität Median 4,35 kwh Nutzkapazität

28 HÄUFIGKEITSVERTEILUNG EIGENVERBRAUCH UND AUTARKIE (FSS) Die Systeme werden autarkieoptimiert ausgelegt Relative große PV-Anlagen 7,8 kwp zu relativ kleinen Batterie 4,35 kwh Nutzkapazität

29 WELCHE BATTERIETYPEN WERDEN WIE HÄUFIG EINGESETZT (FSS) 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Li-Ionen 21% 37% 72% Blei verschlossen 73% 58% 23% Blei geschlossen 5% 5% 4% keine Angabe 1% 0% 1% In 2015 werden bereits 65 % der Anlagen mit Li-Ionen Batterien gebaut In den Auswertungen für 2014 sind aber nur 23 % (227) Li-Systeme

30 Zyklische Alterung Kalendarische Alterung ALTERUNG VON BATTERIEN > Die kalendarische Alterung : Verfallsdatum der Batterie ohne jeden Zyklus (Funktion von Temp. & SOC) > Die Zyklenlebensdauer : Zyklen innerhalb der kalend. Lebensdauer (Funktion von C-Rate und DOD) Geringe Kosten sind nur dann möglich, wenn innerhalb der kalendarischen Lebensdauer die Zyklen genutzt werden Quelle der Bilder: Universität Ulm, Dissertation von Frieder Herb Mai

31 WERDEN DIE SPEICHER SINNVOLL DIMENSIONIERT? Mehr als % der Speicher überdimensioniert (kalendarische Alterung) 5 10 % sind klein dimensioniert und werden kaum 10 Jahr halten Bei Li-Ionen Batterien keine Unterdimensionierung möglich (max. 400 Zyklen pro Jahr)

32 AGENDA 1 Warum Speicher und Übersicht über die SMA Speicherlösungen 2 Einleitende Erläuterungen: Lastgang, Batterien, Autarkie und Eigenverbrauch 3 Auswertungen aus dem Sunny Portal zu Autarkie, Eigenverbrauch und Batterien 4 Effizienz und Kosten von Speichersystemen in der Theorie 5 Effizienz von SMA Speichersystemen in der Praxis 6 100% autark am Beispiel von Eigg Island

33 UNTERSCHIEDE DER SPEICHERSYSTEME AM MARKT Anzahl der Phase > 1- oder 3-phasig > 2, 3 oder 4 Leiterumrichter > Regelung auf 1 oder 3 Phasen Kopplungsart > Am PV-Eingang > Im Zwischenkreis > Auf der AC-Seite Quelle: Nedap Batterie > Li-Ionen oder Blei, oder noch andere Technologien > Batteriespannung V, V, 350 bis 700 V Quelle: Kostal 34

34 VERGLEICH DER SPANNUNGSCHARAKTERISTIK VON PV UND BATTERIE > Sehr geringe Spannung der einzelnen Zelle 0,3 bis 0,7 V > Spannungsfenster (Faktor 2) > Reihenschaltung der Zellen problemlos möglich > Keine Kostensteigerung durch Reihenschaltung > MPP-Tracking erforderlich > Geringe Spannung der einzelnen Zelle 1,3 bis 4,3 V > Spannungsfenster Faktor (1,3-1,6) > Reihenschaltung der Zellen möglich > Kostensteigerung bei höherer Systemspannung > Strom und Spannung nur ladezustandsabhängig Entkopplung durch Leistungselektronik ist notwendig 35

35 KOPPLUNGSART DER BATTERIE PV-Seite > Batteriespannung = PV-Spannung ( V je nach PV-Wechselrichter) > MPP-Tracking darf nicht beeinflusst werden > Entkopplung über DC/DC- Steller sinnvoll > Bedingt unabhängig vom PV- Wechselrichter > Höhere Kosten (120 %) Zwischenkreis > Batteriespannung = Zwischenkreisspannung (360 oder 620 V) > Abstimmung auf Zwischenkreisregelung > Entkopplung über DC/DC- Steller sinnvoll > Stark abhängig vom PV- Wechselrichter > Mittlere Kosten (100 %) AC-Netz > Immer DC/AC-Steller notwendig > Bei Batteriespannung größer 360 V oder 620 V günstige einstufige Topologie möglich > Vollständige Entkopplung vom PV-Wechselrichter > höhere Kosten (150 %) PV-Wechselrichter PV-Wechselrichter PV-Wechselrichter 36

36 Prozentuale Preisänderung DIE ABHÄNGIGKEIT DER BATTERIEPREISE VON DER KAPAZITÄT FÜR BLEIBATTERIEN > Reihenschaltung von Zellen bis ca V maximaler Ladespannung möglich. Aber: > Spezifische Kosten der Batterie sinken um ca. 11 % bei einer Verdoppelung der Kapazität. > Beispiel für eine 10 kwh Bleibatterie: > 25 x 200 Ah 50 V Batterie kostet 100 % > 100 x 50 Ah 200 V Batterie kostet 170 % > Bleibatterien können ohne weitere Maßnahmen nicht schutzisoliert aufgebaut werden (Schrank). > 200 V Batterien doppelt so teuer wie 48V 250% 200% Quelle: Hoppecke Kosten von Bleibatterien in Ahängigkeit der Kapazität (Quelle Hoppecke) Batterien unter 150 Ah sind derzeit sehr teuer Geringster Preis derzeit bei 1500 Ah 48 V für Speichergrößen bis ca. 20 kwh ergibt geringste Systemkosten 150% 100% 50% 0% Batteriekapazität in Ah 37

37 DIE ABHÄNGIGKEIT DER BATTERIEPREISE VON DER KAPAZITÄT BEI LI-IONEN BATTERIEN > Reihenschaltung von Zellen bis ca V maximaler Ladespannung möglich. Aber: > Spezifische Kosten nehmen ab mit größerer Kapazität 63Ah 68Ah 94Ah > Es gibt noch kaum spezielle Zellen für stationäre Anwendungen > Noch wenig Standardisierung bei E-Mobilität > Zusätzliche Kosten bei Li-Ionen für Zellbalancing aller in Reihe geschalteten Zellen > Bei Parallelschaltung Zusatzkosten für Master BMS Für 5 kwh und 200 V werden Zellen mit 25Ah benötigt VDA Cell Size Standards HEV PHEV1 PHEV2 EV1 EV2 Prismatic (Ah) 5, Pouch (Ah) 5, Für 5 kwh und 350 V werden Zellen mit 14 Ah benötigt Nur bei 48V kann ich quasi alle Zellen einsetzen 38

38 MÖGLICHKEITEN ZUR SPANNUNGSANPASSUNG H-Brücke: > Kann auch als Tiefsetzsteller arbeiten mit Verhältnis bis zu 1:3 > Kosten sind abhängig vom Ausgangsstrom > Wirkungsgrad abhängig vom Übersetzungsverhältnis Trafo: > Fast beliebiges, festes Übersetzungsverhältnis > Kosten sind abhängig von der Frequenz und Leistung > Wirkungsgrad nur wenig abhängig vom Übersetzungsverhältnis Schaltplan Wechselrichter Blockschaltbild L N Hochsetzsteller: > Übersetzungsverhältnis bis zu 1:4 > Kosten sind abhängig vom Eingangsstrom > Wirkungsgrad abhängig vom Übersetzungsverhältnis Hochsetzsteller Gleichrichter: > Keine Spannungsanpassung möglich > Kosten sind abhängig vom Eingangsstrom > Wirkungsgrad fast nur abhängig von Halbleiter 39

39 MÖGLICHKEITEN ZUR SPANNUNGSANPASSUNG AM BEISPIEL PV-WECHSELRICHTER L Wechselrichter N L N Hochsetzsteller Wechselrichter L N Wechselrichter 40

40 MÖGLICHKEITEN ZUR SPANNUNGSANPASSUNG AM BEISPIEL PV-WECHSELRICHTER L N SMC TL Wechselrichter L N SB 5000 TL Hochsetzsteller Wechselrichter L N SI6.0/8.0H Wechselrichter SB 3000 HF 41

41 GÄNGIGE SYSTEMKONSTELLATIONEN FÜR SPEICHERSYSTEME 3 Wandlungsstufen 360 V 620 V SMA Bosch Tesla V Fronius Kostal V 7 Wandlungsstufen!! 4 Wandlungsstufen 360 V 230 V Nedap SMA (FSS) 2 Sonnenbatterie Senec 50 Hz 1:10 1,3:1 48 V 24/48 V 1 Tesla mit Solaredge 2 SMA (FSS) ohne integrierte Batterie 42

42 GÄNGIGE SYSTEMKONSTELLATIONEN FÜR SPEICHERSYSTEME V Alle Systeme 5/6 Wandlungsstufen 230 V MSTE SIA? Solarwatt Nedap AC* 48 V 48 V 360 V 630 V Samsung E3/DC ABB Sungrow* E3/DC Samsung 48 V 48 V *Sungrow und Nedap ohne integrierte Batterie 43

43 VERSCHIEDENE SPEICHERWIRKUNGSGRADE* PV BATTERIE NETZ Mit hochintegrierten Speichern sind Wirkungsgrade größer 91 % Realität mit Sunny Island sind Wirkungsgrade bis 85% möglich 20 % geringerer Speicherwirkungsgrad entspricht 20 % geringerer Nutzkapazität 3 kwh Speicherkapazität entsprechen dann effektiv nur noch 2,4 kwh * SB-SE, SI, Speicherlösung 4: eigene Labormessungen; Speicherlösung 3: Handbuchangabe

44 VERGLEICH DER UNTERSCHIEDLICHEN SYSTEMTOPOLOGIEN Leistungselektronik: 1) Hochvolt DC-Systeme haben nur 3 Wandlungsstufen und sind von der Effizienz und den Kosten vorteilhaft 2) AC Kopplung hat in den gängigen Systemen mit 48V Batterien ein Wandlungsstufe mehr als DC-Hochvoltsysteme und 1 Wandlungsstufe weniger als 48V DC-Systeme 3) DC-Systeme mit Niedervoltbatterien haben 5 Wandlungsstufen und in der Regel die geringste Effizienz Batterien: 1) Bei Hochvolt-Batterien werden kleinere Zellen benötigt, die in der Regel teurer sind 2) Bei Hochvolt-Batterien müssen mehr Zellen überwacht werden 3) Für Hochvoltbatterien gibt es derzeit keine Standardspannung Die Effizienz von Systemen ist weniger eine Frage von AC und DC-Kopplung, sondern viel mehr von den Spannungsdifferenzen PV Batterie Netz Die Weiterentwicklung von kostengünstigen Hochvoltbatterien (Li-Ionen, Tesla) muss beobachtet werden 45

45 AGENDA 1 Warum Speicher und Übersicht über die SMA Speicherlösungen 2 Einleitende Erläuterungen: Lastgang, Batterien, Autarkie und Eigenverbrauch 3 Auswertungen aus dem Sunny Portal zu Autarkie, Eigenverbrauch und Batterien 4 Effizienz und Kosten von Speichersystemen in der Theorie 5 Effizienz von SMA Speichersystemen in der Praxis 6 100% autark am Beispiel von Eigg Island

46 EFFIZIENZ VON SMA SPEICHERSYSTEMEN IN DER PRAXIS Wichtig zu beachten!! > Alle Wirkungsgradwerte sind für das gesamte Speichersystem (Laden, Batterien, Entladen) incl. aller Leerlaufverluste und Standby-Verluste vom Wechselrichter und Batterie (nicht vergleichbar mit Datenblattangaben von Wettbewerbern) > Alle Werte sind für 1 phasige Anlagen mit Sunny Island 6.0H oder Sunny Boy Smart Energy > Im folgende Folien ist immer der mittlere Jahreswirkungsgrade für 2014 dargestellt > Alle Messwerte basieren auf internen Messgrößen der SMA- Geräte mit einer Messwerttoleranz von. typisch +-5 % in Extremfällen auch +- 10% Für 2015 werden die Werte ca. 3 4 % besser sein, da ab Firmware 3.1 der Sunny Island bei leerer Batterie in den Standby geht! Weitere Infos zu dem Thema Wirkungsgrad unter:

47 HÄUFIGKEIT BEIM WIRKUNGSGRAD IN ABHÄNGIGKEIT DER BATTERIETECHNOLOGIE Li-Ionen Batterien sind im Mittel 5% effizienter aber Ca. 25% der Li-Ionen Systeme sind schlechter als gute Blei-Systeme (schlecht Auslegung?)

48 HÄUFIGKEITSVERTEILUNG DES WIRKUNGSGRADS BEIM SUNNY BOY SMART ENERGY Durch Systemoptimierung liegt der mittlere Wirkungsgrad 2014 beim Smart Energy ca. 10% höher als beim Sunny Island Durch Systemoptimierungen bei Li-Ionen Batterien und am Sunny Island werden dort mit neuen Systemen bis 85% möglich sein

49 Systemwirkungsgrad WIRKUNGSGRAD IN ABHÄNGIGKEIT DER NUTZBAREN BATTERIEKAPAZITÄT 90,0% 80,0% 70,0% 60,0% 50,0% 40,0% 30,0% 20,0% 10,0% 0,0% Blei Li-Ionen Poly. (Blei) Linear (Li-Ionen) Nutzbare Batteriekapazität [kwh] Bei Li-Ionen Batterien sinkt der Wirkungsgrad mit steigender Batteriegröße (Verbrauch BMS) Bleibatterien sollten hingegen nicht kleiner als 3-4 kwh dimensioniert werden

50 Wirkungsgrad ABHÄNGIGKEIT DES WIRKUNGSGRADES VON VOLLZYKLEN 90,0% 80,0% 70,0% 60,0% 50,0% 40,0% Blei Li-Ionen 30,0% 0,0 50,0 100,0 150,0 200,0 250,0 300,0 350,0 400,0 Anzahl der Vollzyklen Li-Ionen Batterien mit weniger als 100 Zyklen sind nicht effizient (hoher Verbrauch des BMS) Bei hohen Vollzyklen steigt die Effizienz bei Li-Ionen Batterien

51 THESEN FÜR EIN BESSERES SPEICHERSYSTEM 1) Die Geschwindigkeit des Zähler ist wichtig für eine gute Performance 2) Durch intelligentes Energiemanagement kann die Performance signifikant gesteigert werden 3) Prognosebasiertes Laden ist wichtig um Abregelverluste zu vermeiden bei einer Einspeisebegrenzung 4) Die Speichergröße muss an den Verbrauch und die PV-Anlagengröße angepasst werden 5) Eine richtige Auslegung ist für Sunny Island Systeme notwendig. > Wechselrichter eher klein, Bleibatterien eher groß und und Li-Ionen Batterien eher knapp auslegen > Genaue Auslegung ist mit Sunny Design einfach möglich 6) Überdimensionierte Batterien verlängern nicht die Lebensdauer der Batterie > Die kalendarische Lebensdauer begrenzt bei Bleibatterien auf 8-12 Jahre. > Bei Li-Ionen Batterien auf 10 bis 15 Jahre und nur bei extrem hochwertigen Li-Ionen Batterien auf 15 bis 20 Jahre 7) Viele DC gekoppelt Systeme sind weniger Effizient als AC gekoppelte Systeme > Bei 24V oder 48 V Batterien ist die AC-Kopplung effizienter als DC-Kopplung 8) Der Sunny Boy Smart Energy ist das mit Abstand effizienteste System auf dem Markt und erreicht mit 2 kwh in etwas das gleiche wie Wettbewerbssysteme mit 3 kwh

52 AGENDA 1 Warum Speicher und Übersicht über die SMA Speicherlösungen 2 Einleitende Erläuterungen: Lastgang, Batterien, Autarkie und Eigenverbrauch 3 Auswertungen aus dem Sunny Portal zu Autarkie, Eigenverbrauch und Batterien 4 Effizienz und Kosten von Speichersystemen in der Theorie 5 Effizienz von SMA Speichersystemen in der Praxis 6 100% autark am Beispiel von Eigg Island

53 100% AUTARK AM BEISPIEL VON EIGG ISLAND

54 DIE INSEL EIGG ISLAND IN SCHOTLAND > Innere Hebriden, Schottland > 16 km vom Festland entfernt > Nord-Süd-Ausdehnung: 9 km > Ost-West-Ausdehnung: 5 km > Ca. 100 Einwohner > Ca. 45 Privathaushalte, 26 Betriebe, 6 öffentliche Gebäude > Wachsende Bevölkerungszahl 55

55 ELEKTRIFIZIERUNGSPROGRAMM Vor dem Elektrifizierungsprogramm: > Abhängig von eigener Energieerzeugung > Hauptsächlich Dieselgeneratoren > Wartung der Systeme notwendig > Nachtabschaltung aller Systeme (Nutzung von Kerzenlicht) > Kein Anschluss an das Stromnetz des Festlands Am 1. Februar 2008 wurde die gesamte Inselgemeinschaft im Rahmen des Projekts Isle of Eigg Electrification zum ersten Mal zentral mit Strom versorgt! 56

56 SYSTEMÜBERSICHT Im System sind verschiedene erneuerbare Energiequellen vereint: > Wasserkraft (110 kw) > Wind (24 kw) > Sonne (10 kwp) Diese Energiequellen sind miteinander über ein Mittelspannungsnetz verbunden 57

57 ENERGIEERZEUGER: WASSERKRAFT-GENERATOREN > 3 Wasserkraft-Generatoren > 110 kw (größte erneuerbare Energiequelle) > Ausreichende Stromerzeugung fast das gesamte Jahr über außer im Sommer! > 4 Windenergieanlagen der Firma Proven mit Anschluss an Windy Boy 6000 A > 24 kw (zweitgrößte erneuerbare Energiequelle) > Erzeugen das ganze Jahr hindurch Strom (niedrigste Erträge im Sommer) > PV-Generator mit 165 W-Modulen und 3 Sunny Boy 3000 > 10 kwp (kleinste erneuerbare Energiequelle) > Liefert zusätzliche Energie im Sommer 58

58 DIE SYSTEMSTEUERUNG UND SPEICHER > 12 Batteriewechselrichter vom Typ: Sunny Island 5048 > Peakleistung: 100 kw > Bleibatterie der Firma Rolls mit 212 kwh > Sunny Island steuern vollautomatisch das gesamte System > Eingangsparamter: Ladezustand (SOC) der Batterien: > 60 %: Generator wird eingeschaltet > 90 %: Generator wird abgeschaltet, Verbraucher werden durch die Batterien versorgt > Ein Dieselgenerator ist nur erforderlich, wenn die verfügbare erneuerbare Energie nicht ausreicht! 59

59 3. SCHEMATISCHE DARSTELLUNG DES SYSTEMS Modulares AC-gekoppeltes System Mittelspannungsnetz 60

60 ZUSÄTZLICHE SYSTEMSTEUERUNG ÜBER DIE FREQUENZ > Frequenzerhöhung (FSPC), wenn Batteriebank voll ist und mehr erneuerbare Energie als erforderlich erzeugt wird Maßnahmen: 1. Aktivierung von Raumheizungen über frequenzgesteuerte Schalter 2. Anschluss zusätzlicher Abnehmer über frequenzgesteuerte Schalter 3. Ausgangsleistung von Wasserkraft, Wind und Solar wird beschränkt Systemsteuerung ohne zusätzliche Kommunikationsleitungen mit Standardgeräten möglich 61

61 Pro Monat erzeugter Strom nach Systemkomponenten (in kwh), Daten: John Booth, Eigg Island Electricity STROMERZEUGUNG ÜBERS JAHR 2% PV verdrängt den Dieselgenerator im Sommer Wunsch: größere PV 62

62 NUTZEN FÜR DIE ANWOHNER > Strom ist rund um die Uhr verfügbar > Reparaturen und Wartung durch lokales Wartungsteam > (Fast) vollständige Unabhängigkeit vom Festland und von fossilen Energiequellen Gleiche Versorgungsqualität wie auf dem Festland! 63

63 ZUSAMMENFASSUNG > Eines der ersten Systeme, bei dem PV, Wind und Wasserkraft in ein gemeinschaftlich genutztes Stromnetz integriert sind! > Sämtliche Lasten werden seit 8 Jahren sicher versorgt > 95 % des Stroms aus erneuerbaren Energiequellen > Kopplung auf der AC-Seite und Übertragung auf Mittelspannungsnivea hat sich bewährt. 64

64 MEHR ALS MULTICLUSTERSYSTEME 100% AUTARK MIT BIS ZU 1 MW LEISTUNG MEHR ALS ON-GRID SPEICHERSYSTEME MEHR ALS VERKAUFTE BATTERIEWECHSELRICHTER 65

65 VIELEN DANK FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT! SMA Solar Technology Dipl. Ing. Martin Rothert 66