PV-Speichersysteme: Kriterien für optimale Performance und Wirtschaftlichkeit

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1 PV-Speichersysteme: Kriterien für optimale Performance und Wirtschaftlichkeit Dr. James Barry, 9. German PV & Energy Storage Market Briefing KIT Die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft

2 Bündelung aller Arbeiten zur Speicherung elektrischer Energie mobile und stationäre Anwendungen Ziel: industriell anwendbare kostengünstige Lösungen für Batterien, Antriebssysteme und stationäre Speichersysteme Material Zelle Batterie Wechselrichter Energiesystem Forschung an: Hochenergie-Materialien, Kompakten Zelldesigns, Modulare Batteriedesigns, Optimierte Fertigungsverfahren 2 Dr. James Barry, 9. German PV & Energy Storage Market Briefing,

3 Principles for performance and profitability Der Artikel erklärt vier einfachen Prinzipien zur Optimierung der Performance und Wirtschaftlichkeit Speichersystemen Erscheint in der Juni Aufgabe des EES Magazins 3 Dr. James Barry, 9. German PV & Energy Storage Market Briefing,

4 Übersicht Preisentwicklungen Speichersystemen Allgemeine Richtlinien zur Optimierung der Performance und Wirtschaftlichkeit von Speichersystemen Design Lebensdauer Wirkungsgrad Intelligenz Ergebnisse der Feldtests am KIT und HIU Charakterisierung der PV- und Last-Schwankungen Anforderung: schnelle Datenerfassung und Regelung Vorstellung: das SafetyFirst Projekt 4 Dr. James Barry, 9. German PV & Energy Storage Market Briefing,

5 Energiekosten stat. Speichersystem System in der Anwendung muss vollständig optimiert sein auf Minimierung der Energiekosten Energiekosten = Energieerzeugungskosten Systemwirkungsgrad Erzeugungskosten + Investkosten + Wartungskosten + Zins Vollzyklenäquivalent bis EOL Speicherkosten 5 Dr. James Barry, 9. German PV & Energy Storage Market Briefing,

6 Speicherkosten in /kwh Speicherkosten = Invest + Wartung + Kapitalkosten + Rückbau Vollzyklenlebensdauer Wirkungsgrad Beispielrechnung: Invest = 1000 /kwh Wartung = 0 /kwh (für Li-Ionen) Kapitalkosten = 0 /kwh Rückbau = 300 /kwh Vollzyklenlebensdauer = 5000 (Achtung!) Wirkungsgrad = 0,92 (0,98 4 ) Speicherkosten = 0,28 /kwh 6 Dr. James Barry, 9. German PV & Energy Storage Market Briefing,

7 Kosten /kwh Heimspeichermarkt entsteht aus der Differenz zwischen Herstellkosten und Bezugspreisen 0.35 Stromgestehungskosten von Netzbezug und PV am Standort Deutschland im Vergleich Strompreis Privatkunden Zulässige Speicherkosten:~ 0,20 /kwh Source: BSW-Solar/EuPD Research Herstellkosten für Strom aus PV 7 Dr. James Barry, 9. German PV & Energy Storage Market Briefing,

8 Preisentwicklung der Zellkosten Quelle: Fraunhofer ISI 8 Dr. James Barry, 9. German PV & Energy Storage Market Briefing,

9 Absolutes Preisniveau Li-Ionen- Batteriespeicher in Deutschland (2014) Intersolar Dr. James Barry, 9. German PV & Energy Storage Market Briefing,

10 Energiespeichersystem - Design eines DC gekoppelten Systems Batterie Lebensdauer Datenanalyse und Prognose 11 Dr. James Barry, 9. German PV & Energy Storage Market Briefing,

11 Energiesystemdesign in AC-Kopplung Batterie Lebensdauer Datenanalyse und Prognose 12 Dr. James Barry, 9. German PV & Energy Storage Market Briefing,

12 Wirtschaftliche Auswahl der PV-Orientierung 14 Dr. James Barry, 9. German PV & Energy Storage Market Briefing,

13 Energiekosten Vergleich unterschiedlicher Dimensionierungen des Gesamtsystems Energiekosten: Gesamtenergiekosten des Systembetreibers für den eigen erzeugten Strom sowie den vom Netz bezogenen abzüglich der EEG Einnahmen 15 Dr. James Barry, 9. German PV & Energy Storage Market Briefing,

14 Zyklentests kommerzieller Zellen 1C CHG / 1C DIS; 100% DOD Kontakt: Dr. J. Kaiser Ziel Lebensdauer für stationäres Speichersystem 100 Kapazität / % Zyklen 17 Dr. James Barry, 9. German PV & Energy Storage Market Briefing,

15 Wirkungsgradverluste verschiedener PV- Speichersysteme - kompletter Tagesgang Blei Batterie Sehr gute Li-Batterie Mittel gute Li-Batterie 19

16 Beispiel: Eigenverbrauch des BMS BMS 2 zeigt deutlich höher Verbrauch als BMS 1 in Standby Modus! 20 Dr. James Barry, 9. German PV & Energy Storage Market Briefing,

17 Steuersoftware Autarke Steuerung des PV-Batteriespeicher-Systems allein in Abhängigkeit von: Gemessenen Daten durch das System Lastgang des Betreibers (gemessen oder vorgegeben) Prognose der zur Verfügung stehenden Strahlung und der daraus erzeugten Leistung im Tagesverlauf Gemessene Daten/ Zustand des Systems Voraussch auende selbstlernende Steuerung Lastgang des Betreibers Prognose Strahlung/ Leistung 22 Dr. James Barry, 9. German PV & Energy Storage Market Briefing,

18 Leistung /kw Leistungsprognose der Steuerung max. theoretische PV-Leistung Reale PV-Leistung Zeit (Sonnenaufgang bis Sonnenuntergang) /min Prognose PV- Leistung Prognose PV- Leistung max. Prognose PV- Leistung min Berechnung einer minimalen und maximalen Leistungs- und daraus resultierenden Energieprognose für den Tag Frühzeitige Warnung bei nicht ausreichend zur Verfügung stehender Energie für den laufenden Tag 23 Dr. James Barry, 9. German PV & Energy Storage Market Briefing,

19 BESS Pilotanlage am KIT - PV und Speicher Wechselrichter 250 kwp Batterie 50 kwh PV-Anlage 1 MWp 24 Dr. James Barry, 9. German PV & Energy Storage Market Briefing,

20 PV-Speichersystems am HIU Ulm zur Eigenbedarfsdeckung Personenidentität von Betreiber und Verbraucher Unmittelbarer räumlicher Zusammenhang ohne öffentliches Netz Deckung bzw. Erhöhung des Eigenenergieverbrauchs, Kappung von Bezugsspitzen Batterie-Container: Batterie 76 kwh, WR 60 kwp PV-Anlage 31 kwp Inbetriebnahme Mai 2015, geplante Eigenbedarfsdeckung: 10 % 25 Dr. James Barry, 9. German PV & Energy Storage Market Briefing,

21 1 MW PV-Feld in Betrieb seit Juli Tische mit Nennleistung von ca. 10 kw pro Tisch 54 Konfigurationen (Neigungswinkel und Orientierung) 4 Wechselrichtertypen, 6 Solarmodultypen 26 Dr. James Barry, 9. German PV & Energy Storage Market Briefing,

22 Charakterisierung der PV-Schwankungen 27 Dr. James Barry, 9. German PV & Energy Storage Market Briefing,

23 Beispiel zur Mess- und Regelgeschwindigkeit 29 Dr. James Barry, 9. German PV & Energy Storage Market Briefing,

24 Das SafetyFirst Projekt Mehr als 20 kommerzielle Speichersysteme auf dem Teststand Im Fokus Sicherheit Qualität Performance Netzdienlichkeit Drei beteiligte Institute: Karlsruhe Institute für Technologie ZSW Ulm Fraunhofer ISE Freiburg 30 Dr. James Barry, 9. German PV & Energy Storage Market Briefing,

25 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 31