Dezentrale Stromversorgung von Haushalten mit Photovoltaik, Batterie und Netzanschluss

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1 Dezentrale Stromversorgung von Haushalten mit Photovoltaik, Batterie und Netzanschluss Bund Naturschutz in Bayern e.v., Kreisgruppe Dillingen Dipl.-Ing. Sebastian Eller 1

2 Gliederung 1. Einleitung 2. Simulation der dezentralen Stromversorgung mit PV-Hausspeichersystemen 3. Eigenverbrauch und Eigendeckung für verschiedene Haushaltstypen 4. Dimensionierung von PV-Anlage und Batterie 5. Grenzfall einer autarken Stromversorgung 6. Wirtschaftlichkeit 7. CO 2 -Bilanz 8. Fazit 2

3 Strompreis für HH in ct/kwh Entwicklung des Strompreises für Haushalte in Deutschland Mengengewichteter Mittelwert über alle Tarife, inkl. Grundgebühr ,9 20,1 21,4 22,8 23,4 25,5 Mehrwertsteuer Stromsteuer EEG-Umlage 15 KWK-Aufschlag 10 Konzessionsabgabe Netzentgelt 5 Vertrieb (inkl. Marge) Elektrizitätsbeschaffung 0 FfE enbw-09#p_dezentrale_stromversorgungskonzepte_ev_ [1] 3 Quelle: [1] Bundesnetzagentur Monitoringbericht 2011 /BNETZA-08 11/, FfE-Berechnungen

4 Strombedarf im Haushaltssektor [1] Einfamilienhaus Zweifamilienhaus Mehrfamilienhaus Wohneinheiten in Mio. 12,9 4,7 20,8 Personen pro Wohneinheit - 2,7 2,3 1,7 Strombedarf pro Wohneinheit kwh/a Strombedarf gesamt TWh/a 60,6 18,1 62,4 Anteil Strombedarf im Haushaltssektor am Gesamtstrombedarf: 27 % 4 Quelle: [1] BWK (Ausgabe 07-08/2012). Düsseldorf: Verein Deutscher Ingenieure (VDI), 2012

5 Gliederung 1. Einleitung 2. Simulation der dezentralen Stromversorgung mit PV-Hausspeichersystemen 3. Eigenverbrauch und Eigendeckung für verschiedene Haushaltstypen 4. Dimensionierung von PV-Anlage und Batterie 5. Grenzfall einer autarken Stromversorgung 6. Wirtschaftlichkeit 7. CO 2 -Bilanz 8. Fazit 5

6 Begriffsdefinitionen Verbrauch: Lastgang: zeitlicher Verlauf der benötigten elektrischen Leistung eines Verbrauchers (Last) Lastprofil: synthetisch erzeugte Lastgänge Erzeugung: Leistungsgang: zeitlicher Verlauf der erzeugten elektrischen Leistung eines Stromerzeugers 6

7 Last in W Haushaltslastgänge Modellhaushalt: Gemessener Lastgang (Smart Meter) 4-Personen-Haushalt Jahresverbrauch: kwh :00 6:00 12:00 18:00 0:00 1. Januar

8 Last in W Haushaltslastgänge Synthetische Lastprofile Zusammensetzung aus einzelnen Geräten Einschaltwahrscheinlichkeit für die Geräte Haushaltsgröße Jahresverbrauch in kwh 1 Person Personen Personen Personen Personen Personen 4 Personen :00 6:00 12:00 18:00 0:00

9 Leistungsgang von PV-Anlagen Leistung einer PV-Anlage abhängig von Einstrahlung auf die geneigte Ebene Ausrichtung, Neigung Modultemperatur Umgebungstemperatur [1] Einstrahlungs- und Umgebungstemperaturdaten z.b. aus Meteonorm Minimale Zeitauflösung: Minuten [2] 9 Quellen: [1] Unter realen Umweltbedingungen sind mikromorphe Dünnschichtmodule ertragsstärker als kristalline Module. Berlin: Inventux Solar Technologies, 2009 [2] Software Meteonorm, Meteotest

10 Batteriemodell Vorgaben: Lade-/Entladewirkungsgrad Maximale Lade-/Entladeleistung Kapazität Lastgang, Leistungsgang PV Nicht nutzbarer Kapazitätsbereich (Minimum, Maximum) Anfangsladezustand Output: Leistungsgang Ladezustand SOC η BB,Laden, η BB,Entladen P BB,Laden,max, P BB,Entladen,max Kapazität Anteil Anfangsladezustand/Kapazität Entladetiefe (DOD) Lastgang Black Box Batteriemodell Leistungsgang Batterie = < 0, > 0, Ladezustand (SOC) Zyklenzahl Laden Entladen Leistungsgang Erzeuger 10

11 Vorgehen bei der Modellierung des Eigenverbrauchs PV Last EV Überschuss Netz PV Last EV Überschuss 11 Batterie Netz Fahrweise Batterie PV-Überschuss Batterie Netzeinspeisung Strombezug Batterie Netzbezug

12 Definition Eigenverbrauch und Eigendeckung Eigenverbrauch: Anteil der PV-Erzeugung, die selbst verbraucht wird Eigendeckung: Anteil des Strombedarfs, der durch PV-Erzeugung gedeckt wird (Grad an Autarkie) Eigenverbrauch EV PV EV PV PV EV + PV Batterie Laden Eigendeckung ED PV EV Last PV EV + Batterie Entladen Last 12

13 Ergebnisse für den Modellhaushalt Hausspeichersystem mit Li-Ionen-Batterie (5,4 kwh Kapazität) und PV-Anlage (4,5 kw p ) Jahr Ohne Batterie Mit Batterie EV 30 % 56 % ED 32 % 54 % 13

14 Ergebnisse für den Modellhaushalt Monatlicher EV, ED und Energiebilanz 14

15 Ergebnisse für den Modellhaushalt Netzbezug Ladezustand SOC EV ED 15

16 Gliederung 1. Einleitung 2. Simulation der dezentralen Stromversorgung mit PV-Hausspeichersystemen 3. Eigenverbrauch und Eigendeckung für verschiedene Haushaltstypen 4. Dimensionierung von PV-Anlage und Batterie 5. Grenzfall einer autarken Stromversorgung 6. Wirtschaftlichkeit 7. CO 2 -Bilanz 8. Fazit 16

17 Eigenverbrauch und Eigendeckung für verschiedene Haushaltstypen Synthetische Lastprofile PV-Anlage: 50 % 45 % EV ED Nennleistung: 4,5 kw p Standortdaten: Neufahrn bei München Ausrichtung: Süden Neigung: % 35 % 30 % 25 % 20 % 15 % 10 % 5 % 0 % 1 Person 2 Personen 3 Personen 4 Personen 5 Personen Haushaltsgröße 17

18 Gliederung 1. Einleitung 2. Simulation der dezentralen Stromversorgung mit PV-Hausspeichersystemen 3. Eigenverbrauch und Eigendeckung für verschiedene Haushaltstypen 4. Dimensionierung von PV-Anlage und Batterie 5. Grenzfall einer autarken Stromversorgung 6. Wirtschaftlichkeit 7. CO 2 -Bilanz 8. Fazit 18

19 19 Dimensionierung für den Modellhaushalt

20 Gliederung 1. Einleitung 2. Simulation der dezentralen Stromversorgung mit PV-Hausspeichersystemen 3. Eigenverbrauch und Eigendeckung für verschiedene Haushaltstypen 4. Dimensionierung von PV-Anlage und Batterie 5. Grenzfall einer autarken Stromversorgung 6. Wirtschaftlichkeit 7. CO 2 -Bilanz 8. Fazit 20

21 SOC über ein Jahr SOC über ein Jahr SOC über ein Jahr SOC über ein Jahr Autarke Stromversorgung für den Modellhaushalt Eigendeckungsanteil: Grad der Autarkie Erreichbarer ED Abhängig von solarem Input (abzüglich Speicherverlusten) gegenüber dem Strombedarf Tagesspeicherung Bis ~ 10 kwh nutzbare Batteriekapazität Saisonaler Ausgleich >> 10 kwh nutzbare Batteriekapazität Jahr 100 % 90 % 80 % 70 % 60 % 50 % 40 % 30 % 20 % 10 % 0 % 100 % 90 % 80 % 70 % 60 % 50 % 40 % 30 % 20 % 10 % 0 % 21 Woche 100 % 90 % 80 % 70 % 60 % 50 % 40 % 30 % 20 % 10 % 0 % 100 % 90 % 80 % 70 % 60 % 50 % 40 % 30 % 20 % 10 % 0 %

22 Gliederung 1. Einleitung 2. Simulation der dezentralen Stromversorgung mit PV-Hausspeichersystemen 3. Eigenverbrauch und Eigendeckung für verschiedene Haushaltstypen 4. Dimensionierung von PV-Anlage und Batterie 5. Grenzfall einer autarken Stromversorgung 6. Wirtschaftlichkeit 7. CO 2 -Bilanz 8. Fazit 22

23 Wirtschaftlichkeit Referenz: Strombezug von Netz PV Einspeisung ct/kwh Einspeisevergütung Stromgestehungskosten PV PV Eigenverbrauch (ohne Batterie) PV Eigenverbrauch (mit Batterie) ct/kwh ct/kwh Hoher EV Kleine PV-Anlage Geringer EV Große PV-Anlage Strompreis (indirekte EV-Vergütung) Einspeisevergütung Strompreis (indirekte EV-Vergütung) Einspeisevergütung 23 Mischvergütung steigt mit dem EV-Anteil Aber: höchster absoluter Gewinn bei großen Anlagen Hohe Mischvergütung durch gesteigerten EV Aber: Zusatzkosten für Speichersystem

24 Annuität in /a (real) Wirtschaftlichkeit EEG aktuell: bis 10 kw p Vergütung für 100 % der eingespeisten Erzeugung PV-Anlage Speicher Strom EEG Einspeisung Gesamt Strombezug Netz (3 %/a Preissteigerung) PV-Anlage Einspeisung PV-Anlage EV+Einspeisung PV-Anlage mit Li-Ionen-Speichersystem PV-Anlage mit Blei-Gel-Speichersystem 24

25 Annuität in /a (real) Wirtschaftlichkeit Reiner Strombezug vom Netz kwh 2 kwh 4 kwh 6 kwh 8 kwh PV-Anlagenleistung in kw p PV-Anlagengröße Wirtschaftlichkeit Größe der Speichersysteme Wirtschaftlichkeit (derzeit) 25

26 Gliederung 1. Einleitung 2. Simulation der dezentralen Stromversorgung mit PV-Hausspeichersystemen 3. Eigenverbrauch und Eigendeckung für verschiedene Haushaltstypen 4. Dimensionierung von PV-Anlage und Batterie 5. Grenzfall einer autarken Stromversorgung 6. Wirtschaftlichkeit 7. CO 2 -Bilanz 8. Fazit 26

27 CO 2 -Bilanz in t CO 2 /Jahr CO 2 -Bilanz Einspeisung PV-Strom CO 2 -Einsparung durch verdrängten Strom (Verdrängungsmix) Strombezug vom Netz CO 2 -Verursachung (Strommix) -796 g CO 2 /kwh el 542 g CO 2 /kwh el Strommix Verdrängungsmix Gesamt Strombezug Netz PV-Anlage Einspeisung PV-Anlage EV+Einspeisung PV-Anlage mit Li-Ionen-Speichersystem

28 Gliederung 1. Einleitung 2. Simulation der dezentralen Stromversorgung mit PV-Hausspeichersystemen 3. Eigenverbrauch und Eigendeckung für verschiedene Haushaltstypen 4. Dimensionierung von PV-Anlage und Batterie 5. Grenzfall einer autarken Stromversorgung 6. Wirtschaftlichkeit 7. CO 2 -Bilanz 8. Fazit 28

29 Fazit Eigenverbrauch wird besser vergütet (indirekt) als die Einspeisung Speichersysteme zur Eigenverbrauchssteigerung derzeit jedoch noch teuer Zukünftige Entwicklungen (Strompreissteigerung, Reduktion der Anlagenkosten für Speichersysteme und PV-Anlagen) können PV-Hausspeichersysteme wirtschaftlich interessant machen Autarkiebestrebungen von Haushalten mit PV-Anlage und Batterie: Hohe Eigendeckungsanteile mit für Haushalte gängigen Batteriekapazitäten (Tagesspeicherung) möglich Vollständige Autarkie jedoch nicht sinnvoll (saisonale Speicherung: jede zusätzliche kwh Batteriekapazität bringt nur eine geringe Steigerung des Eigendeckungsanteils) Weitere Erzeuger (z.b. Miniwindrad, Backup-Generator, ) nötig 29

30 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Sebastian Eller +49 (89) Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.v. Am Blütenanger München 30

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