PERFORMANCE VON SPEICHERSYSTEMEN IN DER PRAXIS ERFAHRUNGEN VON ÜBER SPEICHERSYSTEMEN

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1 PERFORMANCE VON SPEICHERSYSTEMEN IN DER PRAXIS ERFAHRUNGEN VON ÜBER SPEICHERSYSTEMEN M. Rothert / A.S. Bukvic-Schäfer / T. Thierschmidt SMA Solar Technology AG

2 DAS PERFEKTE SPEICHERSYSTEM Ich brauche ein günstiges* System zur Eigenverbrauchsoptimierung! *100 Kein Einfluss auf das Netz! Ich habe die perfekte Batterie! 100,000 Zyklen* *DOD=5 %, 20 C Ich habe die Leistungselektronik mit höchstem Wirkungsgrad! Gesucht wird das System! A.S. Bukvic-Schäfer/M. Rothert/T. Thierschmidt 2

3 DAS PERFEKTE SPEICHERSYSTEM > Das System muss die Kundenanforderungen erfüllen und dabei verschiedene normative und sicherheitsrelevante Aspekte berücksichtigen. > Erhöhung des Eigenverbrauchs oder der Autarkiequote? > Und das bei minimalen Kosten pro entnommener kwh. > Das System muss sicher sein. Nur eine Frage der Batteriegröße? Nur eine Frage des Preises und der Zyklenanzahl? Nur eine Frage der Zellchemie? A.S. Bukvic-Schäfer/M. Rothert/T. Thierschmidt 3

4 ERHÖHUNG DES EIGENVERBRAUCHS ODER DER AUTARKIEQUOTE? > Das Ziel bei einer Eigenverbrauchsanlage ist es, so viel wie möglich von der erzeugten PV-Energie selbst zu verbrauchen. Ziel So viel wie möglich von der erzeugten PV-Energie sinnvoll selbst zu nutzen. Unabhängigkeit vom Einspeisetarif A.S. Bukvic-Schäfer/M. Rothert/T. Thierschmidt 4

5 ERHÖHUNG DES EIGENVERBRAUCHS ODER DER AUTARKIEQUOTE? > Die Autarkiequote zeigt das Verhältnis von Eigenversorgung zum Energiebedarf aller elektrischen Verbraucher an. Ziel sind minimale Kosten pro entnommener kwh Unabhängigkeit und Senkung der Strombezugskosten A.S. Bukvic-Schäfer/M. Rothert/T. Thierschmidt 5

6 ERHÖHUNG DES EIGENVERBRAUCHS ODER DER AUTARKIEQUOTE? > Speicher helfen die Eigenverbrauchs- und Autarkiequote zu erhöhen mit 5 kwh Batterie EV-Quote = 60 % AU-Grad = 52 % Auf was muss bei der Auslegung bzw. beim Betrieb des Speichers geachtet werden? A.S. Bukvic-Schäfer/M. Rothert/T. Thierschmidt 6

7 GÜNSTIGERE KOSTEN PRO KWH Kosten pro entnommene kwh Nennkapazität C: 5 kwh Entladetiefe (DOD): 90 % Zyklenanzahl: Wirkungsgrad: 98 % Entnommene Energie: kWh Kosten Speicher: 5.000,- Pro kwh: 11,3 ct/kwh Kann ich 100 kwh überhaupt nutzen? Kann ich 100 % nutzen - Tiefentladung? Bei welchen DOD und EOL? Kalendarisch? Auf Systemebene oder nur Zellebene? Entnommene Energie=C*DOD*Zyklenanzahl*Wirkungsgrad Kosten pro entnommene kwh=speicherkosten/entnommene Energie Die Anwendung und das Systemdesign sind entscheidend! A.S. Bukvic-Schäfer/M. Rothert/T. Thierschmidt 7

8 GÜNSTIGERE KOSTEN PRO KWH Kosten pro entnommene kwh (mit Berücksichtigung der Anwendung, best case) Nennkapazität C: 5 kwh Entladetiefe (DOD): 90 % Zyklenanzahl: 5000 Wirkungsgrad: 90 % Entnommene Energie: kWh Kosten Speicher: 5.000,- Pro kwh: 24,7 ct/kwh Mit größeren Batterie kleinere Zyklenzahl Realistisch <250Zyklen/Jahr, Jahre Auf Systemebene <90% Entnommene Energie=C*DOD*Zyklenanzahl*Wirkungsgrad Kosten pro entnommene kwh=speicherkosten/entnommene Energie Die Anwendung und das Systemdesign sind entscheidend! A.S. Bukvic-Schäfer/M. Rothert/T. Thierschmidt 8

9 UND DIE SICHERHEIT? > Ich habe da die Phosphat-Zelle, die ist 100%ig sicher, ich brauche kein BMS. > Die Auswahl der Lithium-Ionenzellen, die zum Batteriesystemen verbaut werden, gehört zu den wichtigsten Entscheidungen bei der Komponentenwahl des Systemintegrators ABER > Neben hochwertigen und gut aufeinander abgestimmten Elektrodenmaterialien mit hohem Reinheitsgrad sind auch die Herstellungsmethode und Gehäuseart entscheidend, um möglichst sichere Lithium-Ionenzellen zu fertigen. > Ein möglichst sicheres System muss ebenfalls dafür sorgen, dass > die richtigen Betriebsbedingungen der Zelle/Batterie eingehalten werden, > eine angemessene Absicherung des Systems vorgenommen wird > die zueinander passende und konforme System-Komponenten ausgewählt werden. > Eigensichere Batteriespeichersysteme, Batterien oder Wechselrichter sind dadurch gekennzeichnet, dass im Einfehlerfall kein unsicherer Zustand auftreten kann. Dies beinhaltet Fehler, die sowohl von außen als auch durch Fehler im System bei bestimmungsgemäßer oder vorhersehbarer Verwendung (z. B. interner Kurzschluss, Ausfall einer Elektronikkomponente) verursacht werden können. Die Sicherheit ist grundsätzlich eine Frage des Systemdesigns! A.S. Bukvic-Schäfer/M. Rothert/T. Thierschmidt 9

10 AGENDA 1 Übersicht über die SMA Speicherlösungen 2 Definition Autarkie und Eigenverbrauch 3 Auswertungen aus dem Sunny Portal zu Autarkie, Eigenverbrauch und Batterien 4 Effizienz von Speichersystemen in der Theorie 5 Effizienz von SMA Speichersystemen in der Praxis 6 Sonstige wichtige Einflussfaktoren auf Speichersysteme 7 8 Thesen für effiziente und wirtschaftliche Speichersysteme

11 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 11

12 AGENDA 1 Übersicht über die SMA Speicherlösungen 2 Definition Autarkie und Eigenverbrauch 3 Auswertungen aus dem Sunny Portal zu Autarkie, Eigenverbrauch und Batterien 4 Effizienz von Speichersystemen in der Theorie 5 Effizienz von SMA Speichersystemen in der Praxis 6 Sonstige wichtige Einflussfaktoren auf Speichersysteme (Prognose, Regelgeschwindigkeit usw.) 7 8 Thesen für effiziente und wirtschaftliche Speichersysteme

13 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 Bei AC-gekoppelten Speichern erhöhen die Verlust meinen Verbrauch und die Erzeugung bleibt gleich Bei DC-gekoppelten Speichern verringern die Verluste den PV-Ertrag und der Verbrauch bleibt gleich 16

14 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 17

15 EIGENVERBRAUCH UND AUTARKIE IN ABHÄNGIGKEIT DER PV-ANLAGENGRÖßE UND BATTERIEGRÖßE Autarkiequote Eigenverbrauchsquote Alternativ Speicherrechner: ( 18

16 AGENDA 1 Übersicht über die SMA Speicherlösungen 2 Definition Autarkie und Eigenverbrauch 3 Auswertungen aus dem Sunny Portal zu Autarkie, Eigenverbrauch und Batterien 4 Effizienz von Speichersystemen in der Theorie 5 Effizienz von SMA Speichersystemen in der Praxis 6 Sonstige wichtige Einflussfaktoren auf Speichersysteme (Prognose, Regelgeschwindigkeit usw.) 7 8 Thesen für effiziente und wirtschaftliche Speichersysteme

17 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 20

18 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

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

20 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 23

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

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

23 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

24 HÄUFIGKEITSVERTEILUNG EIGENVERBRAUCH UND AUTARKIE BEIM SMART ENERGY PV-Anlagen 5,4 kwp zu relativ kleinen Batterien 2 kwh Nutzkapazität

25 AUTARKIEQUOTE IM JAHRESSCHNITT BEIM SMART ENERGY Mehr als die Hälfte aller Feldtester erreichen eine Autarkiequote von über 60 % (bis zu 80 %) 2 kwh nutzbare Kapazität bringen im Durchschnitt eine Autarkiesteigerung um 50 %! *Autarkiequote: Anteil der lokalen Erzeugung des Haushaltsverbrauch SMA Solar Technology AG Thierschmidt et. al. PV Symposium Bad Staffelstein 28

26 WELCHE BATTERIETYPEN WERDEN WIE HÄUFIG EINGESETZT (FSS) 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Li-Ionen 21% 37% 65% Blei verschlossen 73% 58% 28% Blei geschlossen 5% 5% 4% keine Angabe 1% 0% 3% In 2015 werden bereits 65 % der Anlagen mit Li-Ionen Batterien gebaut In den Auswertungen für 2014 sind aber nur 23 % (227) Li-Systeme

27 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

28 WERDEN DIE SPEICHER SINNVOLL DIMENSIONIERT IM FSS? 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)

29 AGENDA 1 Übersicht über die SMA Speicherlösungen 2 Definition 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 Sonstige wichtige Einflussfaktoren auf Speichersysteme (Prognose, Regelgeschwindigkeit usw.) 7 8 Thesen für effiziente und wirtschaftliche Speichersysteme

30 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 33

31 ANZAHL DER PHASEN 1-phasig - 2 Leiter-Umrichter > Ausgangsspannung 230 V mit +10, 15 % 200 bis 253 V > Zwischenkreisspannung mindestens 360 V = 253 x 2 > Netzersatz für alle 1-phasigen Lasten (mit Phasenkopplung für 3 Phasen) > Kostengünstig durch nur 4 Schalter (100%) 3-phasig - 3 Leiter-Umrichter (kann nur symmetrisch einspeisen) > Ausgangsspannung 400 V mit +10, 15 % 346 bis 440 V > Zwischenkreisspannung von mindestens 620 V = = 440 x 2 > Netzersatz nur für 3-phasige symmetrische Lasten im Dreieck > Mittlere Kosten durch 6 Schalter (140%) 3 phasig - 4 Leiter-Umrichter (kann auch unsymmetrisch einspeisen) > Ausgangsspannung 400 V mit +10, 15 % 346 bis 438 V > Zwischenkreisspannung von mindestens 620 V > Netzersatz für 1- und 3-phasige Lasten > Hohe Kosten durch 8 Schalter (200%) 3 phasige Systeme benötigen höhere Zwischenkreisspannung und höhere Kosten Title of presentation, Author 1.Placeholder 34

32 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

33 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

34 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

35 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

36 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

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

38 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

39 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

40 GÄNGIGE SYSTEMKONSTELLATIONEN FÜR SPEICHERSYSTEME V Alle Systeme 5 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

41 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

42 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

43 AGENDA 1 Übersicht über die SMA Speicherlösungen 2 Definition 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 Sonstige wichtige Einflussfaktoren auf Speichersysteme 7 8 Thesen für effiziente und wirtschaftliche Speichersysteme

44 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! Dies Update kann auch für alle SI 6.0H aufgespielt werden Weitere Infos zu dem Thema Wirkungsgrad unter:

45 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?)

46 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

47 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

48 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

49 Wirkungsgrad WIRKUNGSGRAD IN ABHÄNGIGKEIT DER BATTERIENUTZUNG 90,0% 80,0% 70,0% 60,0% 50,0% 40,0% 30,0% 20,0% Blei Li-Ionen 10,0% 0,0% Entladeenergie in kwh In Systemen mit weniger als 1000 kwh pro Jahr liegt der Wirkungsgrad fast immer unter 70%

50 AGENDA 1 Übersicht über die SMA Speicherlösungen 2 Definition 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 Speichersystemen in der Praxis 6 Sonstige wichtige Einflussfaktoren auf Speichersysteme 7 8 Thesen für effiziente und wirtschaftliche Speichersysteme

51 Aufteilung Zähler AUFTEILUNG DER ZÄHLERTYPEN ÜBER DIE JAHRE SMA Energy Meter: Erfassung: 1 s 90% Ausregelung nach Lastsprung: 5s D0 Zähler: Erfassung: 2-4 Sekunden 90% Ausregelung nach Lastsprung: 20s S0 Zähler Erfassung: 5000 Pulse pro 1kWh 90% Ausregelung nach Lastsprung: 20-30s Instabiler Betrieb ist möglich 100% 80% 60% 40% 20% SMA-Energy Meter S0-Zähler D0-Zähler 0% In 2015 werden immer noch 10% der Anlagen nicht mit dem SMA-Energy Meter gebaut D0-Zähler erhöhen Verlust um bis zu 30 kwh und die unnötige Netzaustauschleistung von bis zu 100 kwh S0-Zähler sind nicht geeignet

52 PROGNOSEBASIERTES LADEN Sofortiges Laden der Batterie mit PV-Überschüssen Batterieladung wird durch Prognose gezielt auf die einstrahlungsstarke Zeit verschoben Prognostizierte Abregelenergie wird durch entsprechende Einplanung der Batterie genutzt

53 Finanzieller Vorteil* pro Jahr in SIMULATIONSERGEBNISSE: VORTEILE DURCH PROGNOSEBASIERTES LADEN 35,00 60% Abregelung 50% Abregelung 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 2 kwh 5kWh 7,5kWh 10 kwh nutzbare Batteriekapazität Die Werte gelten in Mitteldeutschland für eine 7,5 kwp PV-Anlage Bei 60% Abregelung (KfW-Förderung) pro Jahr Vorteil durch höhere Einspeisung Bei 50% Abregelung (Bayrische-Förderung) pro Jahr Vorteil durch höhere Einspeisung *Bei 12,3 ct. Einspeisevergütung und 28 ct Strombezugskosten 56

54 AGENDA Übersicht über die SMA Speicherlösungen Definition Autarkie und Eigenverbrauch Auswertungen aus dem Sunny Portal zu Autarkie, Eigenverbrauch und Batterien Effizienz und Kosten von Speichersystemen in der Theorie Effizienz von Speichersystemen in der Praxis Sonstige wichtige Einflussfaktoren auf Speichersysteme (Prognose, Regelgeschwindigkeit usw.) 8 Thesen für effiziente und wirtschaftliche Speichersysteme

55 8 THESEN FÜR EIN BESSERES SPEICHERSYSTEM 1) Nutzen Sie den EnergyMeter und nicht S0- oder D0-Zähler > Dies spart übers Jahr 30 kwh Verluste und über 80 kwh im Jahr unnötiger Netzaustauschleistung (20 /Jahr) 2) Nutzen Sie die automatische Firmewareaktualisierung > Durch Standby Optimierungen können sie bis zu 100 kwh Verluste (28 ) im Jahr einsparen 3) Nutzen Sie das prognosebasiertes Laden > Bei 60% Begrenzung können sie hier 18 bis 27 pro Jahr durch erhöhte Einspeisung erzielen 4) Bei Verbräuchen kleiner 3500 kwh nutzen Sie den Sunny Boy Smart Energy 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 > Alternativ Sunny Boy Smart Energy nutzen 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

56 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Dipl. Ing. Martin Rothert SMA Solar Technology AG 59