Photovoltaik. praxistaugliche Energiespeicher für eine hohe Eigenversorgung

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1 Photovoltaik praxistaugliche Energiespeicher für eine hohe Eigenversorgung 7. Energietag, Triesdorf, 24. November 2012 Werner Zenke, AutarcTech

2 Strompreis-Steigerung um 7%/Jahr!

3 Strompreise wegen Netzausbau höher Preiserhöhungen wegen Solarstrom-Umlage Sozial-Tarife gefordert Was können wir dagegen tun? Strom selbst produzieren und speichern!

4 Agenda Welche Motivationen haben wir, Strom zu produzieren und zu speichern? Begriffs-Klärung: Leistung, Energie, Wirkungsgrad, Zyklen, Energiemanagement, Wirtschaftlichkeit Übersicht über Strom-Speicher Gedanken zur Dimensionierung: Verbrauch / PV-Anlage / Li-Batterie Nachrüstung bzw. Neuinstallation von PV-Anlagen / BHKW mit StromSpeichern Erfahrungsbericht PV-Anlage mit Li-Speicher Gedanken zu Stromkosten - Vergleich Blei- mit Li-Batterie Vorteile Li-Batterien Warum Abwarten teuer wird

5 Welche Motivation haben wir, Strom zu produzieren und zu speichern? Ökogewissen Eigenversorgung erhöhen -> Geld sparen Unabhängiger werden vom Energieversorger bessere Nutzung der PV-Anlage -> Renditeerhöhung bessere Nutzung des Stroms aus BHKW Strom für E-Bike, E-Auto Notstrom-Versorgung Unterstützung des ländlichen Raums, weniger Stromtrassen Zukunft: gemeinsame, stabile Vermarktung des Stroms für die Region...

6 Begriffs-Klärung: Leistung, Energie elektrische Leistung [kw] P=U*I elektrische Energie [kwh] W=P*t Beispiele: - PKW: 100 kw (136 PS) Kühlschrank 180 W TV 160 W Grundlast Haushalt 500 W über den ganzen Tag verteilt 1h Autofahrt = 100 kwh 1 Jahr = 98 kwh (Klasse A***) 1 Abend (3 h) = 480 Wh, 175 kwh/a 6h = 3,0 kwh ca. 10 kwh/d, etwa kwh/jahr Strom-Speicher mit z.b. 4,7 kwh (eff. 3,0 kwh) - Kühlschrank - TV - Grundlast Haushalt ca. 200 h = 8 d (ca. 5 min/h) ca. 20 h = 6 Fernsehabende ca. 6 h - PKW ca. 2 min.

7 Begriffs-Klärung: Wirkungsgrad, Zyklen, Energiemanagement, Wirtschaftlichkeit Wzu - Blei-Batterie - Li-Batterie ca. 70 % (ein knappes Drittel geht verloren!) ca % Zyklen - Vollzyklen (DoD - Depth of Discharge - Entladetiefe) - Blei - Li 2000 Zyklen bei 30 % DoD 5000 Zyklen bei 70 % DoD (100% sind möglich) Energiemanagement Optimierung der Eigenversorgung Steuerung von PV-Eigenverbrauch, Speicherung, Bezug aus Batterien, Netz-Einspeisung Wirtschaftlichkeit "..faktische und emotionale Bedürfnisse werden erfüllt.." (Gesch.-führer Batteriehersteller)

8 Übersicht über Strom-Speicher (Komplettsysteme) Tabelle 1 Produkt Typ Hersteller Anschluß PVModule [kwp] ACLeistung [kw] BruttoKapazität [kwh] Preis Netto [T ] lieferbar Link Li-Batterie-Systeme mit Direktanschluß der PV-Module - geeignet für neue PV-Anlagen Kraftwerk S10 Li E3DC 4,8 bzw ,2 5,4 10,8 10 / 15,6 (PV) JA e3dc.com VS 5 Hybrid Li Voltwerk 5 (1 MPP! ) 5 8,8 13,2 20?? JA voltwerk.com Li-Batterie-Systeme ohne Direktanschluß der PV-Module - geeignet zum Nachrüsten vorhandener PV-Anlagen oder BHKW Sonnenbatterie Li Prosol nein , JA sonnenbatterie.de SolStore Li Li IBC nein 4 7? 6,3 9,5 11,5 JA ibc-solar.de Blei-Batterie-Systeme mit Direktanschluß der PV-Module - geeignet für neue PV-Anlagen PV-Manager S Pb HAWI 5,5 4,5 10,5 < 10 JA hawi-energy.com Power Router PRxx Pb NEDAP 3-5, ,5-9,1 6-9,3 JA powerrouter.com Blei-Batterie-Systeme ohne Direktanschluß der PV-Module - geeignet zum Nachrüsten vorhandener PV-Anlagen oder BHKW SUNXTENDER Li/Pb Li/Pb efectox nein ,5 26,9 >= 10 JA efectox.com Sunpack S 6.9 / 13.8 Pb SolarWorld nein 4 7? 6,9 / 13,8 6 8,4 JA solarworld.de SOLiberty Pb Pb SOLON nein ,7 JA solon.com SolStore Pb Pb IBC nein 4 7? 6,8 / 8,0 6 8,5 JA ibc-solar.de Systeme, zu denen es kaum Angaben zu Preis und Lieferbarkeit gibt Sonnenspeicher Li ASD nein 2,6 4,8 3 9,2 6,5 10,3 JA? E-Hyb Li Trustec 3,5 9,4 2, ???? sonnenspeicher.eu trustec-energy.eu

9 Übersicht über Strom-Speicher (Komplettsysteme) Tabelle 1

10 Übersicht Li-Batterien Tabelle 2 weitere Komponenten erforderlich (PV-WR, Batterie-WR, Energiemanagement, u.a.m.) Produkt Hersteller Spannung [V] BruttoKapazität [kwh] Preis Netto [T ] lieferbar Link Olivine (Rack) Sony 48 4,8 7,4 JA solarshop.net Li-Home AutarcTech 24 / 48 4,6 5,4 6-7 JA autarctech.de neeocube Akasol 24 / 48 5,5 7,5 JA? akasol.com Synerion (Rack) SAFT 24 / 48 2 / 2,2 7,5 JA? saftbatteries.com HS 3000 / 3200 Leclanché 24 / 48 3 / 3,2???? leclanche.eu div. Blei-Batterien Hoppecke, Saft u.v.a.m JA siehe dort Hinweis: NEDAP Powerrouter für Neuanlagen bietet in einem Gerät alle Komponenten für PV-Anlagen 3-5,5 kwp, WR 3-5 kw, 24 V Batterielader, Energiemanagement, Web-Interface SMA für bestehende Anlagen, Batterielader V/ 4,5 7,5 kw, benötigt weitere Komponenten wie Schalt-Box, Web-Interface, Kontrollbox Studer für bestehende Anlagen, Batterielader V/1,5 8 kw, benötigt weitere Komponenten wie Schalt-Box, Web-Interface, Kontrollbox

11 Übersicht Li-Batterien Tabelle 2

12 Gedanken zur Dimensionierung: Verbrauch / PV-Anlage / Li-Batterie Privathaushalt: - Jahresstromverbrauch - tägliche Lastverteilung -> Speicher-Bedarf = Netto-Kapazität -> Brutto-Kapazität -> Größe PV-Anlage z.b.: Jahresverbrauch kwh, ca. 10 kwh/d -> Speicher-Bedarf morgens und abends ca. 3,0 kwh = Netto-Kapazität Wegen des Wirkungsgrades sind das aber 3,0 kwh / 0,9 = 3,3 kwh Netto -> Brutto-Kapazität: 3,3 kwh / 0,7 = 4,7 kwh (70% Entladung) -> PV-Anlage muss 12 kwh liefern, davon 3,3 kwh für die Batterie -> 12 kwh / 3,7 = 3,2 kwp PV-Anlage, 4,7 kwh Li-Batterie. *) *) Geht man von der durchschnittlichen, mitteldeutschen Sonneneinstrahlung im Sommer von 3,7 kwh/kwp aus (Quelle SMA), werden bei 5 kwp-anlagenleistung mindestens 18 kwh/tag geliefert. Das deckt auf jeden Fall den Tagesbedarf.

13 Gedanken zur Dimensionierung: Verbrauch / PV-Anlage / Li-Batterie Im Dezember liefert die PV-Anlage nur 0,6 kwh/kwp, d. h. bei 5 kwp Anlagenleistung stehen täglich ca. 3 kwh zur Verfügung, die dann komplett in den Eigenverbrauch oder ggf. in die Batterie gehen. Um die gesamte Anlage nicht überzudimensionieren, sind 5 kwp für PV und 4-5 kwh Speicher optimal. Eine solche PV-Anlage kostet mit Li-Speicher ca und hält 20 Jahre (Herstellerangaben). Mit Blei-Speicher kostet sie ca und hält bei den Batterien ca. 5 Jahre.

14 Gedanken zur Dimensionierung: Verbrauch / PV-Anlage / Speicher kleine Firma: - tägliche Lastverteilung? - was muss nachts abgedeckt werden? z.b. (willkürliche Annahme): Tagesverbrauch ca. 100 kwh, davon morgens und nachts ca. 20kWh -> Speicher-Bedarf morgens und nachts ca. 20,0 kwh = Netto-Kapazität Wegen des Wirkungsgrades sind das aber 20,0 kwh / 0,9 = 22 kwh Netto -> Brutto-Kapazität: 22 kwh / 0,9 = 24 kwh (90% Entladung, Abschreibung) -> PV-Anlage muss 110 kwh liefern, davon 22 kwh für die Batterie -> 110 kwh / 3,7 = 29 kwp PV-Anlage, 24 kwh Speicher. *) Im Winter aber 110 kwh / 0,6 = 183 kwp!!! *) lt. SMA, siehe oben Hier ist also ein Kompromiss zu finden, der stark vom Bedarf und den Kosten abhängt.

15 Nachrüstung bzw. Neuinstallation von PV-Anlagen / BHKW mit Strom-Speichern Batterie-Systeme für vorhandene PV-Anlagen oder BHKW: Batterie-Wechselrichter: SMA Sunny Backup, Studer Xtender, u.a. Batterien: Olivine, Synerion, neeocube-speicher, mypowerbattery, oder Blei-Batterien Interessant: Bei vorhandenen PV-Anlagen könnte man den PV-WR gegen NEDAP Power Router tauschen, weil dies u.u. sogar kostengünstiger ist (Verkauf des vorh. WR). Batterie-Systeme für PV-Neuinstallation: alle in Tabelle 1 genannten Systeme ggf. in Verbindung mit weiteren Komponenten (PVWechselrichter..) oder NEDAP Power Router mit beliebiger Batterie

16 Typischer Aufbau für die Nachrüstung einer PV-Anlage mit Speicher (sinngemäß auch für BHKW) System mit 4 Komponenten von SMA

17 Typischer Aufbau für die Nachrüstung einer PV-Anlage mit Speicher (sinngemäß auch für BHKW) System mit 4 Komponenten von Studer

18 Typischer Aufbau für die Neuinstallation einer PV-Anlage mit Speicher (nicht für BHKW geeignet) System mit 1 Komponente von NEDAP (alles in einem Gerät vereint)

19 Erfahrungsbericht PV-Anlage mit Li-Speicher Beispiel-Anlage (AutarcTech) bestehend aus: - PV-Modulen mit 5,5 kwp - NEDAP Powerrouter PR50SB-SU / SB-BS - AutarcTech Li-Home LH Batteriekabel - Stromsensor im Hauptverteiler-Kasten - Internet-Anschluß Weitere Komponenten sind nicht erforderlich. 200A-Sicherung und bi-stabiles Relais sind in die Batterie integriert. Ein Batterie-Management-System (BMS) überwacht die Batterie. Alle Parameter werden am Powerrouter eingestellt und können über Internet überwacht werden. Seit Mai 2012 sorgt diese Anlage für ca. 93 % Eigenversorgung bei einem Systemwirkungsgrad von über 90 %.

20 Erfahrungsbericht PV-Anlage mit Li-Speicher Internet-Portal des NEDAP Powerrouters

21 Internet-Portal des NEDAP Powerrouters

22 Internet-Portal des NEDAP Powerrouters

23 Gedanken zu Stromkosten - Vergleich Blei- mit Li-Batterie Berechnung für Blei-Batterie: Batteriepreis: Kapazität: Zyklen: DoD: Wirkungsgrad: 250 (lt. Internet, ein Block, 12V / 200Ah, AGM) 1,2 kwh % = 0,3 (Entladetiefe) 70% = 0,7 Netto-Kapazität: Gesamtkapazität: 1,2 kwh * 0,3 * 0,7 = 0,252 kwh 0,252 kwh * 2000 Zyklen = 504 kwh (ca. 5 Jahre) Preis pro kwh: 250 / 504 kwh = 0,496 /kwh Leider muss die Batterie nach ca. 5 Jahren ausgetauscht werden.

24 Gedanken zu Stromkosten - Vergleich Blei- mit Li-Batterie Berechnung für spezielle Solar-Blei-Batterie: Batteriepreis: Kapazität: Zyklen: DoD: Wirkungsgrad: (lt. Angebot, 4 Blöcke, 6V / 229Ah, BAE Solarbatterie) 5,49 kwh % = 0,7 (Entladetiefe) 80% = 0,8 (Annahme) Netto-Kapazität: Gesamtkapazität: 5,49 kwh * 0,7 * 0,8 = 3,07 kwh 3,07 kwh * 1500 Zyklen = 4.61 kwh (ca. 5 Jahre) Preis pro kwh: / 4.61 kwh = 0,40 /kwh Leider muss die Batterie nach ca. 5 Jahren ausgetauscht werden.

25 Gedanken zu Stromkosten - Vergleich Blei- mit Li-Batterie Berechnung für Li-Batterie: Batteriepreis: Kapazität: Zyklen: DoD: Wirkungsgrad: (Li-Batterie von AutarcTech o.ä.) 4,6 kwh % = 0,7 (Entladetiefe) 90% = 0,9 Netto-Kapazität: Gesamtkapazität: 4,6 kwh * 0,7 * 0,9 = 2,9 kwh 2,9 kwh * 5000 Zyklen = kwh (ca. 15 Jahre) Preis pro kwh: / kwh = 0,41 /kwh zum Vergleich Blei-Batterie: 0,40 0,49 /kwh Der Strompreis wird bei 5-7% Preissteigerung pro Jahr in 9-12 Jahren ca. 0,41 /kwh betragen.

26 Vorteile Li-Batterien LiFePO4 Zellen haben eine sichere Technik und sind dadurch betriebsicher. Keine Selbstentzündung bei Überhitzung, keine Explosionsgefahr bei Überladung, keine Explosionsgefahr durch Gasbildung. LiFePO4 Zellen sind wartungsfrei während der Lebensdauer. LiFePO4 Zellen sind zyklenfest. Rund Zyklen, bei 30% DoD eine Ladung/Entladung pro Tag ergibt ca. 22 Jahre Lebensdauer. LiFePO4 Zellen haben eine flache Entladekurve, und dadurch steht maximale Leistung bis zum vollständigen Entladen zur Verfügung. Kein "Spannungseinbruch", wie mit Blei-Säure-Batterien LiFePO4 Zellen haben eine hohe Abgabefähigkeit. 1C-3C kontinuierliche und bis zu 10C bei Schnellentladung. LiFePO4 Zellen sind teifenentladefest. Im Gegensatz zu Blei-Batterien können LiFePO4 Zellen auch in einem teilweise entladenen Zustand über einen längeren Zeitraum, ohne bleibende Schäden gelagert werden.

27 Vorteile Li-Batterien LiFePO4 Zellen haben eine sehr geringe Selbstentladung - <3% im Monat. LiFeP04 Zellen haben keine Alterungs- und Leistungsverluste und können sicher bei hohen Umgebungstemperaturen von bis zu 60 C verwendet werden. LiFePO4 Zellen enthalten keine giftigen Schwermetalle wie Blei, Cadmium, noch irgendwelche aggressiven Säuren oder Laugen und sind somit sulfatierungsfrei und können auch liegend und über Kopf gelagert und eingesetzt werden. LiFePO4 Zellen haben eine bis zu 3 fach höhere Leistungsdichte. LiFePO4 Zellen sind robust, es gibt keine empfindlichen / brüchigen Platten aus Blei, die anfällig für Fehler sind. LiFePO4 Zellen sind schnell aufladbar. Die Zellen sind bestens für Speichersysteme in Verbindung mit erneuerbaren Energien, E-Mobilität, transportable Speicherlösungen, USVs, Boote etc. geeignet.

28 Warum Abwarten teuer wird: Egal ob Blei- oder Li-Speicher, wenn Sie abwarten, verschwenden Sie Geld: Stromausgaben kumuliert mit Preissteigerung von 5%, 4000 kwh/a, 0,23 /kwh: Nach 1 Jahr 920 Nach 2 Jahren Nach 5 Jahren Nach 10 Jahren Stromausgaben kumuliert bei 60 % Eigennutzung mit Hilfe eines Speichers: Nach 1 Jahr 368 gespart: 552 Nach 2 Jahren 754 gespart: Nach 5 Jahren gespart: Nach 10 Jahren gespart: Nach nur 5 Jahren hätte sich die Anschaffung eines Blei-Speichers schon armortisiert leider fällt dann eine neue Batterie an... Nach 10 Jahren hätte sich ein Li-Speicher amortisiert hier brauchen Sie dann keine neue Batterie.

29 Zahlen der Anlage bei AutarcTech von Mai-Oktober 2012: 852,7 kwh 812,7 kwh produziert Eigenverbrauch System-Wirkungsgrad: 95,3 %!! Zukauf nur noch 57,7 kwh (auf Phase 1) Der Eigenversorgungsanteil schwankt von Tag zu Tag zwischen 80 und 100%. Download der Präsentation unter /Menüpunkt: Dokumente

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