Optimierung der Stromkosten mit Photovoltaikanlagen und Speichern Prof. Dr.-Ing. Konrad Mußenbrock

Transkript

1 Optimierung der Stromkosten mit Photovoltaikanlagen und Speichern Prof. Dr.-Ing. Konrad Mußenbrock Obernburg, 12. Juli 2016

2 Sonnenenergie unsere nachhaltigste Energiequelle! Quelle: Konrad Mußenbrock - 1 -

3 Gliederung 1. Einführung in die Fragestellung 2. Wirtschaftlichkeit von PV Anlagen mit Speichern 3. Das Modell der Hochschule AB 4. Resümee Konrad Mußenbrock - 2 -

4 Einführung Hohe Fluktuation im Netz 80 % Erneuerbare bis 2050 Die Lösung: den Eigenverbrauch erhöhen durch Speicher Fallende Einspeisevergütung für PV Strom Konrad Mußenbrock - 3 -

5 Möglichkeiten für den Ausgleich der ständigen Abweichung von Angebot und Bedarf Leistung Speicher Verbraucherlast Dezentrale Erzeugung abschalten zuschalten Kundenbedarfe Erzeugung Überschuss... der Speicher kann als flexible Option vielseitig wirtschaftlichen Nutzen stiften! Unterproduktion Zeit Konrad Mußenbrock - 4 -

6 Was ist die optimale Größe für eine solche Anlage? Was ist die optimale Größe eines PV Anlage mit optionalem Speicher für die Bedürfnisse eines individuellen Kunden? Konrad Mußenbrock - 5 -

7 Gliederung Wirtschaftlichkeit von PV Anlagen mit Speichern Konrad Mußenbrock - 6 -

8 Entwicklung von Strompreis und Einspeisevergütung bis 2020 Quelle: PwC-Analyse: Tesla-Effekt könnte ab Ende 2015 die Preissenkung für Heimspeicher beschleunigen, (zuletzt besucht am ) Konrad Mußenbrock - 7 -

9 Erlösobergrenze Cent/kWh - Marktprämienmodell (seit ab 100kWp verpflichtend) Inbetriebnahme Anlagen auf Wohngebäuden und Lärmschutzwänden bis 10 kwp bis 40 kwp bis 1 MWp Anlagen auf Nichtwohngebäuden im Außenbereich, Dachanlagen bis 10 MWp ab ,70 12,36 11,09 8,91 ab ,70 12,36 11,09 8,91 ab ,70 12,36 11,09 8,91 Das bekämen Sie aktuell! Da die Bundesregierung den Zubau begrenzen will, unterliegen die Vergütungssätze einer Degression bedeutet, Sie werden weiter sinken in Abhängigkeit vom Zubau an PV-Anlagen! Konrad Mußenbrock - 8 -

10 Stromflüsse und Wertschöpfungspotentiale mit einem Photovoltaiksystem 1. Direktverbrauch 2. Batterieladung 3. Netzeinspeisung 4. Batterieentladung Netzbezug 6. Batterieladung aus dem Netz *) 7. Batterie-Netzeinspeisung *) 4 7 *) Diese Wertschöpfungspotentiale müssen in eine wirtschaftliche Optimierung einfließen! 5 6 *) *) wichtige zusätzliche Option Konrad Mußenbrock - 9 -

11 Eigenverbrauch und Autarkiegrad sind die primären ökonomischen Stellschrauben Eigenverbrauch = Direktverbrauch + Batterieentladung Direktverbrauch + Batterieladung + Netzeinspeisung ist eine wichtige Optimierungsgröße! Autarkiegrad = Direktverbrauch + Batterieentladung Direktverbrauch + Batterieentladung + Netzbezug sollte minimiert werden! Konrad Mußenbrock

12 Eigenverbrauch / Autarkiegrad in % Relation zwischen Eigenverbrauch und Autarkiegrad Eigenverbrauch Autarkiegrad Installierte Photovoltaikleistung in kwp Konrad Mußenbrock

13 Eigenverbrauch / Autarkiegrad in % Einfluss der Batteriekapazität auf Eigenverbrauch und Autarkiegrad Eigenverbrauch Autarkiegrad Installierte Batteriekapazität in kwh Konrad Mußenbrock

14 Die kostenoptimierte Auslegung und Nutzung von PV-Anlagen mit Batteriespeicher ist komplex Quelle: Armin Wolf, Steffen Unger, Marc Schultz, Eigenverbrauchs- und Kostenoptimierung zur Untersuchung des Einflusses dynamischer Stromtarife auf die Netznutzung Konrad Mußenbrock

15 Gliederung Das Modell der Hochschule AB 4. Konrad Mußenbrock

16 Einflußgrößen auf die Wirtschaftlichkeit einer PV-Anlage mit Speicher Ausrichtung der PV Anlage Finanzierung/ EEG - Regelungen Selbstverbrauch / Einspeiung PV Strom Produktion PVA Fläche Lastkurve Stromverbrauch Memory Effekt/ Batteriealterung Calculation Model Autarkiegrad Speicher Kapazität Speicherart (Elekromobilität) Lade-/Entladeleistung Lade-/ Entladestrategie Speicher Sharing Demand Side Management Teilnahme am Reserveenergiemarkt Beschaffungsoptimierung Konrad Mußenbrock

17 Parameter des Modells Eingabeparameter Definierte Parameter Errechnete Parameter Lastgang Elektrofahrzeug Schlechtwettergrenze Einspeisevergütung PV-Erzeugung Inbetriebnahme Zyklenobergrenze Standort Maximale Dachfläche Zyklenuntergrenze Eigenkapitalquote Parameter für die Variantenberechnung Entladetiefe Kapazität Einspeicherleistung Ausspeicherleistung Endentladungsfaktor Fremdkapitalzins Netznutzung A-Preis Netznutzung L-Preis Strompreis ohne NN Einspeisevergütung Konrad Mußenbrock

18 Schritte der Rechnung im Modell der Hochschule AB Eingabemaske Lastgänge einlesen Bilanzierungsvorbereitung Variantenerzeugung Anwenderspezifis che Parameter (Strompreis, LG, PV-Historie, Netzentgelt, etc. ) Optimierungsparameter Einlesen der PV- Historie Berechnung des Durchschnittsjahres Einlesen des Lastgangs Aggregation der Durchschnittsjahre für LG und PV Einteilung in Jahreszeiten Ermittlung der Schnittintervalle Berechnung möglicher Auslegungsszenarien ausgehend vom bilanziell maximal benötigten Speicher Berechnung des Durchschnittsjahres Jeweils Berechnung der 15min- Werte Ermittlung des größten, einsetzbaren Speichers Konrad Mußenbrock

19 Variantengenerierung Nach Übereinanderlegen von Lastgang und Erzeugung wird ermittelt, wie groß während des Durchschnittsjahres Die maximal auftretende Abweichung zwischen Erzeugung und Verbrauch ist Die maximal auftretende Energiemenge ist, die eingespeichert werden müsste (also der maximal bilanziell benötigte Speicher) Ausgehend von diesem Speicher werden für unterschiedliche Parameter verschiedene Abstufungen zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert erzeugt (Granularität/Rechengenauigkeit ist einstellbar): Speicherleistung Speicherkapazität Entladetiefe Finanzierungsparameter Konrad Mußenbrock

20 Gegenüberstellung von Solareinstrahlung und Strombezug in Frühling und Sommer Konrad Mußenbrock

21 Überlagerung von Solareinspeisung, Speicherfüllstand und resultierendem Strombezug Konrad Mußenbrock

22 Gegenüberstellung von Solareinstrahlung und Strombezug in Frühling und Sommer Konrad Mußenbrock

23 Überlagerung von Solareinspeisung, Speicherfüllstand und resultierendem Strombezug Entladetiefe Ladeleistung (Steigung) Lastverschiebung Netznutzungsoptimierung Konrad Mußenbrock

24 Kapitalrückflußzeit in Abhängigkeit vom Autarkiegrad Konrad Mußenbrock

25 Kapitalwert in Abhängigkeit vom Autarkiegrad Konrad Mußenbrock

26 Kapitalwert in Abhängigkeit von der Batteriekapazität Konrad Mußenbrock

27 Was kann unser Modell zur Wirtschaftlichen Optimierung von Solar-Speicheranlagen Berücksichtigung eines individuellen Lastgangs Berechnung des Eigenverbrauchs und des Autarkiegrads Berücksichtigung der individuellen PV-Erzeugung Berechnung der Alterung / zyklischen Lebensdauer Automatische Dimensionierung von PV Anlage und Speicher Kapitalwertmethode unter Berücksichtigung vom EK Berücksichtigung variabler Strompreise/ Einspeisevergütung Berücksichtigung eines Elektrofahrzeugs und Speichersharing Optimierung der Dimensionierung und Betriebsstrategie (Lastgangoptimierung, Netznutzungsentgelt, Teilnahme am Regelenergiemarkt Konrad Mußenbrock

28 Einflussgrößen auf die Wirtschaftlichkeit von PV-Anlagen mit Batteriespeichern Bei der Wirtschaftlichen Optimierung hat die Optimierung des resultierenden Bezugs eine wichtige Rolle PV-Anlagen mit Speichern müssen sich aus der Verdrängung des Strombezuges refinanzieren; die Einspeisevergütung spielt eine untergeordnete Rolle Wichtige Kostensenkungspotentiale stecken bereits heute in der Optimierung des Bezugs und der Senkung der Netznutzungsgebühren. Perspektivisch können PV-Anlagen mit Speichern zusätzliche Deckungspotentiale erwirtschaften aus: Verringerung von Netzausbaubedarfen vorgelagerter Netzbetreiber Teilnahme am Energiehandelsmarkt (Arbitragegeschäfte) Teilnahme am Regelenergiemarkt durch zur Verfügungsstellung von Flexibilität Konrad Mußenbrock

29 Gliederung Zusammenfassung Konrad Mußenbrock

30 Die kostenoptimierte Auslegung und Nutzung von PV-Anlagen mit Batteriespeicher ist komplex Quelle: Armin Wolf, Steffen Unger, Marc Schultz, Eigenverbrauchs- und Kostenoptimierung zur Untersuchung des Einflusses dynamischer Stromtarife auf die Netznutzung Konrad Mußenbrock

31 Zusammenfassung Wichtige Einflussgrößen auf die Wirtschaftlichkeit haben neben der PV-Anlage vor allem die Kapazität des Speichers und seine Be- und Entladeleistung PV-Anlagen mit Speichern müssen sich aus der Verdrängung des Strombezuges refinanzieren; die Einspeisevergütung spielt eine untergeordnete Rolle Perspektivisch können PV-Anlagen mit Speichern zusätzliche Deckungspotentiale durch Beiträge zur Senkung der Kosten des Netzbetriebs und durch Teilnahme und den Energiehandelsmärkten PV-Anlagen mit Batteriespeichern sind bei richtiger Dimensionierung wirtschaftlich Konrad Mußenbrock

32 Die Sonne macht uns frei! Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Prof. Dr.-Ing. Konrad Mußenbrock Hochschule Aschaffenburg Würzburger Straße Aschaffenburg Telefon: +49 (0)6021/ Telefax: +49 (0)6021/

33 Wöhler-Kurve