Wirtschaftlichkeit, Eigenverbrauch und Autarkiegrad von Photovoltaik-Anlagen mit Energiespeicher

Transkript

1 Technik Pierre Laurenz Wirtschaftlichkeit, Eigenverbrauch und Autarkiegrad von Photovoltaik-Anlagen mit Energiespeicher Am Beispiel Ecolar-Home Bachelorarbeit

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3 Bachelorarbeit Wirtschaftlichkeit, Eigenverbrauch und Autarkiegrad von Photovoltaik- Anlagen mit Energiespeicher am Beispiel Ecolar-Home Konstanz, August 2013 vorgelegt von Pierre Laurenz Wirtschaftsingenieurwesen Elektro- & Informationstechnik

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5 Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Abkürzungsverzeichnis iii v 1 Einleitung Zielsetzung und Fragestellung Struktur der Arbeit Solar-Decathlon und Ecolar-Home Daten, Grundlagen und Szenarien für das Programm PV-Anlage Ertragskurve Mittlerer zu erwartender Jahresertrag Degradation Energiespeicher Verbrauchskurven Szenarien Haushaltsstrompreise und Einspeisevergütungen Kosten pro Kilowatt Peak PV-Anlagenleistung Kosten pro Kilowattstunde Speicherkapazität Grundlagen zur Wirtschaftlichkeitsbetrachtung Tilgungszuschuss Kreditkosten Betriebskosten Rendite Gesamtkosten Amortisationszeit Stromgestehungskosten Kosten pro gespeicherte Kilowattstunde Eigenverbrauchsanteil und Autarkiegrad Parameterliste Das MatLab R -Programm Aufbau Erläuterung der einzelnen Programmteile Initialisierung i

6 3.2.2 Berechnungen vorab Minütliche Rechenschritte Monatliche Rechenschritte Quartalsweise Rechenschritte Jährliche Rechenschritte Endberechnung Weiterführende Aufgaben Erweiterungen des Programms Programmierung eines autonomen Programms mit Benutzeroberfläche Programmanwendung Mittelfristige Marktanalyse Rendite Amortisationszeit Stromgestehungskosten Speicherkosten pro Kilowattstunde Eigenverbrauchsanteil und Autarkiegrad Vorschläge zur Energiespeicherwahl für das Ecolar-Home 61 6 Diskussion 63 7 Zusammenfassung und Fazit 65 Literatur 67 Anhang 71 A.1 Daten Lastprofil (Beispiel) A.2 Globalstrahlungskarte Deutschland A.3 Speicherkostentabelle A.4 Abbildungen zur mittelfristigen Marktanalyse A.4.1 Rendite A.4.2 Amortisationszeit A.5 CD-ROM: Elektronische Version der Arbeit im PDF-Format, MatLab R -Code und Lastprofile ii

7 Abbildungsverzeichnis 1 Haushaltsstrompreis versus Einspeisevergütung Innenansicht Ecolar-Home in Madrid Grundriss Ecolar-Home möbliert Beispielausschnitt einer Ertragskurve Aprilwoche Korrekturfaktor für Neigung und Orientierung einer PV-Anlage in Baden- Württemberg Lastprofil der Sommerwoche Zweipersonenhaushalt Entwicklung und Szenarien zum Haushaltsstrompreis und zur Einspeisevergütung Szenarien zur Systempreisentwicklung von PV-Anlagen Szenario zu Systempreisen von PV-Anlagen bis 10 kw p Kosten pro gespeicherte kwh und Trendlinie, berechnet aus Herstellerangaben Szenario zu Systempreisen bis 10 kw p Struktogramm Aufbau der Prozeduren Struktogramm Prozedur 1: Initialisierung Struktogramm Prozedur 2: Berechnungen vorab Struktogramm Prozedur 3: minütliche Rechenschritte Struktogramm Prozedur 4: monatliche Rechenschritte Struktogramm Prozedur 5: quartalsweise Rechenschritte Struktogramm Prozedur 6: jährliche Rechenschritte Struktogramm Prozedur 7: Endberechnung Entwicklung und Szenarien zum Haushaltsstrompreis und zur Einspeisevergütung Rendite mit Speicher: 2018, Vierpersonenhaushalt, Strompreisszenario HIS (Historisch), ESV Rendite mit Speicher Heute, bei 10 kw p PV-Leistung, Zwei- und Vierpersonenhaushalt, alle Strompreisszenarien Rendite mit Speicher 2018, bei 2-3 kw p PV-Leistung, Zwei- und Vierpersonenhaushalt, alle Strompreisszenarien Rendite ohne Speicher 2018, 2-10 kw p PV-Leistung, Zwei- und Vierpersonenhaushalt, alle Strompreisszenarien Stromgestehungskosten mit Speicher Heute, 2015 und 2018; bei 2, 6 und 10 kw p PV-Leistung Stromgestehungskosten ohne Speicher Heute, 2015 und 2018; bei 2-10 kw p Speicherkosten pro kwh bei 10 kw p PV-Leistung iii

8 28 Speicherkosten pro kwh bei 2 kw p PV-Leistung Autarkiegrad insgesamt, mit Speicher, Zweipersonenhaushalt, Nennkapazität Speicher 1-20 kwh, PV-Leistung 1-15 kw p Eigenverbrauchsanteil insgesamt, mit Speicher, Zweipersonenhaushalt, Nennkapazität Speicher 1-20 kwh, PV-Leistung 1-15 kw p Monatlicher Eigenverbrauchsanteil und Autarkiegrad, mit Speicher, Zwei- und Vierpersonenhaushalt, bei einer PV-Leistung von 10 kw p und einer Nennkapazität des Speichers von 5 kwh Monatlicher Eigenverbrauchsanteil und Autarkiegrad, nur PV, Zwei- und Vierpersonenhaushalt, bei einer PV-Leistung von 10 kw p Eigenverbrauchsanteil und Autarkiegrad, nur PV, Zwei- und Vierpersonenhaushalt Möglicher Eigenverbrauchsanteil und Autarkiegrad für das aktuelle Ecolar-Home (13,3 kw p ) bei Nachrüstung mit Speicher iv

9 Abkürzungsverzeichnis BMU Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit EEG El. ESV EZB HSP KfW kwh kw p PV Erneubare-Energien-Gesetz Element Einspeisevergütung Europäische Zentralbank Haushaltsstrompreis Kreditanstalt für Wiederaufbau Kilowattstunden Kilowatt Peak Photovoltaik v