Wirtschaftlichkeit von Batteriespeichern in Kombination mit Photovoltaiksystemen

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1 Wirtschaftlichkeit von Batteriespeichern in Kombination mit Photovoltaiksystemen Johannes Weniger, Tjarko Tjaden, Volker Quaschning Hochschule für Technik und Wirtschaft (HTW) Berlin Fachtagung Batteriespeicher zur Optimierung der Eigenstromversorgung aus Photovoltaik und Kleinwindanlagen, 25. September 2013, Neumünster Das Vorhaben PVprog wird im Umweltentlastungsprogramm II gefördert aus Mitteln des Europäischen Fonds für Regionale Entwicklung und des Landes Berlin (Förderkennzeichen UEP II/2)

2 Bruttostromverbrauch in TWh Bruttostromverbrauch in TWh Entwicklung der Stromerzeugung in Deutschland HTW-Szenario: Klimaschutz und nachhaltige Entwicklung Fossile Kraftwerke Kernenergie Import (regenerativ) Geothermie Biomasse Photovoltaik Windkraft Wasserkraft Solarstromanteil und installierte PV-Leistung muss mindestens um den Faktor 5 vergrößert werden 2

3 Leistung in GW Einfluss der PV auf die Stromerzeugung in Deutschland Sonntag, 21. Juli 2013 installierte PV-Leistung 200 GWp 140 GWp 70 GWp 35 GWp Last Stunde des Tages Daten: ENTSO-E (Last), EEX (PV bei 35 GWp) 3

4 4 Netzgekoppeltes PV-System mit Batteriespeicher

5 Leistung in kw Leistung in kw Betriebsverhalten von einem PV-Speichersystem Tagesverlauf Batterieentladung Netzbezug Batterieladung Netzeinspeisung Netzbezug Batterieentladung Netzeinspeisung Batterieladung Direktverbrauch PV-Leistung Last Stunde des Tages Einfamilienhaushalt: Jahresstrombedarf 4 MWh, PV-Leistung 4 kwp, nutzbare Speicherkapazität 4 kwh

6 Energetische Bewertung von PV-Speichersystemen Eigenverbrauchsanteil 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 30% 29% 70% 41% 6 Einfamilienhaushalt: Jahresstrombedarf 4 MWh, PV-Leistung 4 kwp, nutzbare Speicherkapazität 4 kwh

7 Energetische Bewertung von PV-Speichersystemen Autarkiegrad 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 30% 26% 70% 44% 7 Einfamilienhaushalt: Jahresstrombedarf 4 MWh, PV-Leistung 4 kwp, nutzbare Speicherkapazität 4 kwh

8 PV-Leistung in kwp nutzbare Speicherkapazität in kwh Normierung der Größe von PV-Speichersystemen Jahresstrombedarf in MWh ,5 1,0 1,5 2,0 2,5 nutzbare Speicherkapazität in kwh/mwh PV-Leistung in kwp/mwh

9 nutzbare Speicherkapazität in kwh/mwh Energetische Systemdimensionierung 2,5 Eigenverbrauchsanteil 100% 2,0 1,5 1,0 90% 80% 70% 60% 50% 40% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 0,5 30% 30% 20% 20% 10% 9 0,0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 PV-Leistung in kwp/mwh Abschätzung für Einfamilienhaushalte durch Normierung auf den Jahresstrombedarf in MWh 0%

10 nutzbare Speicherkapazität in kwh/mwh Energetische Systemdimensionierung 2,5 Autarkiegrad 80% 100% 90% 2,0 1,5 70% 80% 70% 60% 10 1,0 0,5 30% 40% 50% 60% 20% 10% 0,0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 PV-Leistung in kwp/mwh 50% 40% 30% 20% 10% Abschätzung für Einfamilienhaushalte durch Normierung auf den Jahresstrombedarf in MWh 0%

11 Ökonomische Bewertung von PV-Speichersystemen Kostenbilanz über der Nutzungsdauer des PV-Speichersystems PV-Systemkosten Speichersystemkosten Ausgaben für den Netzbezug Einnahmen aus der Netzeinspeisung + + l mittlere Stromkosten in ct/kwh Wirtschaftlichkeitsgrenze bei mittleren Strombezugskosten von 34 ct/kwh 11

12 nutzbare Speicherkapazität in kwh/mwh nutzbare Speicherkapazität in kwh/mwh Kostenoptimale Systemdimensionierung heute kurzfristig mittelfristig langfristig 12 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 mittlere Stromkosten in ct/kwh 0,0 28,3 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 PV-Leistung in kwp/mwh PV-Kosten 1800 /kwp, Speicherkosten 3000 /kwh, Einspeisevergütung 15 ct/kwh Mittlere Strombezugskosten 34 ct/kwh, Zinssatz 4 %, Betriebskosten 1,5 % Kostenoptimum Wirtschaftlichkeitsgrenze Kostenoptimum Wirtschaftlichkeitsgrenze

13 nutzbare Speicherkapazität in kwh/mwh Kostenoptimale Systemdimensionierung heute kurzfristig mittelfristig langfristig 13 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 mittlere Stromkosten in ct/kwh 0,0 29,0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 PV-Leistung in kwp/mwh PV-Kosten /kwp, Speicherkosten /kwh, Einspeisevergütung ct/kwh Mittlere Strombezugskosten 34 ct/kwh, Zinssatz 4 %, Betriebskosten 1,5 % Kostenoptimum Wirtschaftlichkeitsgrenze

14 nutzbare Speicherkapazität in kwh/mwh Kostenoptimale Systemdimensionierung heute kurzfristig mittelfristig langfristig 14 2,5 mittlere Stromkosten in ct/kwh , , , , ,5 0,0 20 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 PV-Leistung in kwp/mwh PV-Kosten /kwp, Speicherkosten /kwh, Einspeisevergütung ct/kwh Mittlere Strombezugskosten 34 ct/kwh, Zinssatz 4 %, Betriebskosten 1,5 % Kostenoptimum Wirtschaftlichkeitsgrenze

15 nutzbare Speicherkapazität in kwh/mwh Kostenoptimale Systemdimensionierung heute kurzfristig mittelfristig langfristig 15 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 mittlere Stromkosten in ct/kwh 28,1 0,0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 PV-Leistung in kwp/mwh PV-Kosten /kwp, Speicherkosten /kwh, Einspeisevergütung ct/kwh Mittlere Strombezugskosten 34 ct/kwh, Zinssatz 4 %, Betriebskosten 1,5 % Kostenoptimum Wirtschaftlichkeitsgrenze

16 Speichersystemkosten in /kwh Wirtschaftlichkeitsgrenze Zur Wirtschaftlichkeit erforderliche Systemkosten heute kurzfristig mittelfristig langfristig mittlere Stromkosten in ct/kwh PV-Systemkosten in /kwp PV-Kosten PV-Leistung kwp/mwh, /kwp, Speicherkosten Speicherkapazität /kwh, kwh/mwh, Einspeisevergütung ct/kwh 15 ct/kwh Mittlere Strombezugskosten 34 ct/kwh, Zinssatz 4 %, Betriebskosten 1,5 %

17 Speichersystemkosten in /kwh Wirtschaftlichkeitsgrenze Zur Wirtschaftlichkeit erforderliche Systemkosten heute kurzfristig mittelfristig langfristig mittlere Stromkosten in ct/kwh PV-Systemkosten in /kwp PV-Kosten PV-Leistung kwp/mwh, /kwp, Speicherkosten Speicherkapazität /kwh, kwh/mwh, Einspeisevergütung ct/kwh 2 ct/kwh Mittlere Strombezugskosten 34 ct/kwh, Zinssatz 4 %, Betriebskosten 1,5 %

18 Betriebsstrategien für PV-Speichersysteme Eigenverbrauchserhöhung Feste Einspeisebegrenzung Dynamische Einspeisebegrenzung Speicherung Netzeinspeisung Einspeisegrenze Eigenverbrauchsopt. Netzoptimiert Prognosebasiert Bestandsausgleichend 18

19 Einfluss der Betriebsstrategie auf den PV-Ausbau max. 0,6 kw/kwp max. 0,4 kw/kwp 19 Speicherung Netzeinspeisung Einspeisegrenze

20 Zusammenfassung Durch PV-Speichersysteme lässt sich der Großteil des Strombedarfs im Haushaltsbereich selbst erzeugen. Die Größe des PV-Speichersystems sollte auf den Strombedarf des Haushalts abgestimmt werden. Bereits kurzfristig ist ein wirtschaftlicher Betrieb von PV-Systemen und kleinen Batteriespeichern möglich. Langfristig ist auch die Kombination von PV-Systemen mit größeren Batteriespeichern kostenoptimal. Durch prognosebasierte Betriebsstrategien für PV-Speichersysteme kann zusätzlich die Netzeinspeiseleistung reduziert werden. Batteriespeicher können somit auch zur Erhöhung der installierbaren PV-Leistung im Netz beitragen. Daher ist die Kombination von PV-Systemen und Batteriespeichern zur Erschließung des gesamten PV-Potenzials von entscheidender Bedeutung. 20

21 Literaturhinweise Weniger, J.; Quaschning, V.; Tjaden, T.: Optimale Dimensionierung von PV-Speichersystemen. In: pv-magazine 01/2013, S Weniger, J.; Quaschning, V.: Begrenzung der Einspeiseleistung von netzgekoppelten Photovoltaiksystemen mit Batteriespeichern. 28. Symposium Photovoltaische Solarenergie, Bad Staffelstein, 03/2013 Quaschning, V.: Regenerative Energiesysteme. Technologie Berechnung - Simulation. Hanser Verlag, München, 2013 Weniger, J.; Tjaden, T.; Quaschning, V.: Solare Unabhängigkeitserklärung. In: Photovoltaik 10/2012, S Quaschning, V.; Weniger, J.; Tjaden, T.: Photovoltaik-Eigenverbrauchssysteme im Wohngebäudesektor: Der unterschätzte Markt. In: BWK 7/2012, S pvspeicher.htw-berlin.de 21