Speichermöglichkeiten in privaten Haushalten und Gewerbebetrieben

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1 Speichermöglichkeiten in privaten Haushalten und Gewerbebetrieben

2 Übersicht Teil 1 Theoretische Ansatzpunkte - Notwendigkeit von Energiespeichern - Kurzzeit- und Langzeit-Speicher - Attribute von elektrischen Speichern - Zwei Typen beim Akku Blei- oder Lithium-Ionen.Akku -Vor und Nachteile von Blei-Akkus - Vor- und Nachteile von Lithium-Ionen-Akkus - Unterschiedliche Typen von Lithium-Akkus Teil 3 Entwicklung - Fördermöglichkeiten (KFW-Programm 275) - Wirtschaftlichkeit - Ausblick in die Zukunft Teil 2 Marktreife Systeme - Verbrauch und Erzeugung (Lastkurve) - Komponenten eines Speichersystems - AC- oder DC-gekoppelte Systeme 2

3 Teil 1: Theoretische Ansatzpunkte 3

4 Notwendigkeit von Energiespeichern Zielsetzung: - Gesicherte Verfügbarkeit von Energie - Vermeidung von Überlastungen der Transportnetze (Frequenz und Spannungshaltung) Ausgangslage: - Energie aus Photovoltaikanlagen und Windkraftanlagen stehen nicht jederzeit bereit und sind nicht steuerbaren Schwankungen unterworfen - Der Energieverbrauch (Last-Abnahme) ist tageszeitlichen und jahreszeitlichen Schwankungen unterworfen Langzeitliche und kurzzeitliche, zentrale und dezentrale Speicher sorgen für eine Anpassung zwischen Erzeugung und Last (Nachfrage) 4

5 Kurz- und Langzeitspeicher Langzeit Speicher Wasserstoff- Stromspeicher Aufspaltung von Wasser mittels Elektrolyse in Sauerstoff + Wasserstoff Methanisierung Power to Gas Chemische Umwandlung CO H 2 CH H 2 O Eisspeicher Erwärmung im Sommer + Winter mittels PV-Anlage. Entnahme der Wärme über Wärmepumpe Kurzzeit Speicher Akku-Systeme (Li-Ion, Blei) Thermische Speicherung (Warmwassererwärmung in Pufferspeicher) Über Wärmepumpe oder Heizstab Pumpspeicherkraftwerk z. B. Sinderbachtal Fassung 960 MWh 5

6 Dezentrales Pumpspeicherwerk 6

7 Attribute von elektrischen Speichern Wirkungs-/ Lade-/ Entladegrad Größe pro kw Preis pro kw Lebensdauer (kalendarisch/zyklisch) Technologie (Kopplung) 7

8 Energiedichte verschiedener Akkus und Kraftstoffe Blei-Säure-Akku (2009) NI-MH-Akku (2009) 90 Li-lonen-Akku (2009) 130 Energiedichte von Akkus und Kraftstoffen in Wh pro kg Li-lonen-Akku (2015) 150 Li-lonen-Akku (2020) 200 Benzin Diesel Wasserstoff 800 Methanol

9 Blei- oder Lithium-Ionenakku? 9

10 Bleiakku Pro: - Vorhandene Erfahrungswerte - Geringe Komplexität - Viele Ladungsregler verfügbar - Preisgünstig ( 1kWh: ) - Geringer Memoryeffekt Contra: - Für lange Lebensdauer nur 50% Kapazität nutzbar - Hohes Gewicht - Geringe Lebensdauer 10

11 Lithium-Ionen-Akku Pro: - Zyklenfestigkeit - Geringes Gewicht - Kein Memoryeffekt - Hoher Wirkungsgrad - Hohe Lebensdauer - Betrieb über breiten Ladungsgrad problemlos möglich Contra: - Empfindlich ggü. hohen Temperaturen - Komplexes Batteriemanagement nötig - Höhere Kosten (1kWh: ,- ) - Begrenzte Langzeiterfahrung - Ausreizung nur mit spez. Ladereglern möglich 11

12 Unterschiedliche Lithium-Akkus Lithium-lonen-Akkus haben verschiedene Elektrodenmaterialien. Sie lassen Daten, wie Teperaturbeständigkeit, Lade-Entladestrom, etc. variieren. Dabei kommt es darauf an, aus welchem Material die positive Kathode, bzw. die negative Anode bestehen. Lithium Typ: Anode: Kathode: Bemerkung: Lithium-Polymer-Akku Graphit Lithium-Metalloxid Günstig und in der Form flexibel Anfällig ggü. Beschädigungen Lithium-Titanat-Akku Lithium-Titanat Lithium-Metalloxid Schadensresistent, hohe Zyklenzahl-kurze Ladezeiten und hohe Leistungsdichte Geringe Energiedichte Lithium-Mangan-Akku Graphit Lithium-Mangan-Oxid Gute Hochstromfestigkeit und gute Lagerfähigkeit Geringe Temperaturbeständigkeit und hoher Preis Lithium-Eisenphosphat-Akku Graphit Eisenphosphat Hohe Lade- und Entladeströme Niedrige Leistungsdichte Lithium-Luft-Akku Metallischem Lithium Luft Hohe Energiedichte Technologie noch nicht ausgereift. 12

13 Direkter Vergleich Bleiakku Lithium-Ionen-Batterie Wirkungsgrad 65-90% % Stromspeicherkapazität 1kWh - 40MWh bis 50 kwh Entladezeit 1h bis mehrere Tage 1h bis mehrere Tage Selbstentladerate 5%/Monat kleiner 1 % / Monat Zyklenzahl bis 2000 bis 5000 Spez. Investitionskosten Ca. 180 pro kwh pro kwh Entladetiefe 50-75% % Energiedichte Wh/kg Wh/kg 13

14 Teil 2: Marktreife Systeme 14

15 Verbrauch und Erzeugung 15

16 Verbrauch durch Erzeugung 16

17 Prioritäten bei der Verwendung der erzeugten Energie Kosten für den Bezug einer kwh Strom: ca. 26 ct./kwh EEG-Vergütung für den Verkauf der erzeugten Energie: 15 ct./kwh -> Differenz: 11 ct. Die PV-Anlage wird umso wirtschaftlicher, je mehr Strom selbst verbraucht wird. Optimierte Reihenfolge 1. Erzeugten Strom direkt verbrauchen. 2. Stromspeicherung in Batterien und später verbrauchen. 3. Stromüberschuss ins Netz einspeisen. Der Eigenverbrauch kann dadurch auf ca. 60 % erhöht werden. 17

18 Unterschied der verschiedenen Technologien Erst Umwandlung in Wechselstrom. Strom für die Batterie wird wieder zurück umgewandelt ->Umwandlungsverluste ->Aber variabel nachrüstbar Direkte Einspeisung des in der PV- Anlage produzierten Gleichstroms in die Batterie-> kaum Umwandlungsverluste -> nicht nachrüstbar 18

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20 Teil 3: Wirtschaftlichkeit, Ausblick 20

21 Fördermöglichkeiten (KFW) Was wird gefördert? - Die Neuerrichtung einer Photovoltaikanlage in Verbindung mit einem stationären Batteriespeichersystem - Ein stationäres Batteriespeichersystem, das nachträglich zu einer nach dem in Betrieb genommenen Photovoltaik-Anlage installiert wird. - Bis 30 kw Leistung der PV-Anlage Technische Voraussetzungen: - Begrenzung der Leistung der PV-Anlage am Netzeinspeisepunkt auf 60 % - Für die Batterien des Batteriespeichersystems muss eine Zeitwertersatzgarantie für einen Zeitraum von 7 Jahren vorliegen - Die Wechselrichter müssen über eine geeignete elektronische und offen gelegte Schnittstelle zur Fernparametrierung verfügen - Die Ordnungsgemäße und sichere Inbetriebnahme ist durch eine geeignete Fachkraft zu bestätigen und nachzuweisen 21

22 Fördermöglichkeiten (KFW) Förderleistung: Mit dem Förderprogramm können bis zu 100 % der förderfähigen Nettoinvestitionskosten finanziert werden! Folgende Laufzeitvarianten stehen Ihnen zur Verfügung: - Bis zu 5 Jahren bei höchstens einem tilgungsfreien Anlaufjahr (5/1) - Bis zu 10 Jahren bei höchstens zwei tilgungsfreien Anlaufjahren (10/2) - Bis zu 20 Jahren bei höchstens drei tilgungsfreien Anlaufjahren (20/3) bei Investitionsvorhaben, bei denen die technische und wirtschaftliche Lebensdauer der mitfinanzierten Investitionsgüter mehr als 10 Jahre beträgt. Auszahlung = 100 % Tilgungszuschuss: Bei Anschaffung in Verbindung mit einer PV-Anlage: 30 % bis max. 2000,- /kwp installierter Leistung 600,- /kwp installierter Leistung Bei Nachrüstung: 30 % bis max. 2200,- /kwp installierter Leistung 660,- /kwp installierter Leistung 22

23 Wirtschaftlichkeit - Bei einem Bezugspreis von 26 Cent Pro kwh und einer EEG-Vergütung von derzeit 15 Cent pro kwh errechnet sich ein Nutzen von ca. 11 Cent pro Kwh - Die Anschaffungskosten für eine 8 kw-speicheranlage betragen durchschnittlich ca ,- Euro - Der KfW-Zuschuss in Verbindung mit einer 10 kwp-photovoltaikanlage beträgt 6.000,- Euro verbleibende Investition = 3000,- Euro - bei einer Steigerung des Eigenverbrauchs von ca. 20 % ohne Speicher auf ca. 60 % mit Speicher ergeben sich bei einem Haushalt mit ca kwh Strom 1600 kwh an möglichem Speicherverbrauch und damit an zusätzlichem Eigenverbrauch Epilog: - Derzeit ist eine Wirtschaftlichkeit gegeben bei intensiver Anpassung bzw. Ausrichtung der Verbrauchergewohnheiten auf die Vorzüge der Anlage - Unter der Prämisse, dass einerseits die Einspeisevergütung weiter sinkt, zum anderen die Strompreise jährlich steigen, ist davon auszugehen, dass dezentrale Stromspeicher künftig auch ohne Anpassung der Verbrauchergewohnheiten wirtschaftlich betrieben werden können 23

24 Ausblick - Mit weiter steigenden Anteil der Erneuerbaren Energien ist der Einsatz von zentralen und dezentralen Speichersystemen unerlässlich - Lithium-Ionen Akkus werden sich gegenüber den Bleiakkus durchsetzen, da hier noch ein hohes Entwicklungspotential abgreifbar ist - Derzeit laufen Entwicklungen von Lithium-Schwefel Akkus mit bis zu 600 Wh/kg (3 fache Energiedichte gegenüber jetzigen Lithium-Systemen); Zusammenarbeit Fraunhofer-Institut mit verschiedenen Hochschulen - Durch Steigerung von Energiedichte und Stückzahlen werden sich die Preise signifikant nach unten bewegen, so dass der Einsatz von Speichersystemen auch ohne Subventionen wirtschaftlich wird. - Es wird künftig intelligente dezentrale Speichersysteme geben, die eine Aufladung des Akkus dann vornimmt, wenn dies im globalen Versorgungsnetz sinnvoll ist. - Mit steigenden Energiepreisen wird der Wunsch der Menschen nach Unabhängigkeit weiter zunehmen. 24

25 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

26 Backup 26

27 Weitere Speichermöglichkeiten Redox-Flow-Batterie Natrium-Schwefel-Akkumulator (MW-Bereich) Pumpspeicherkraftwerk (bis GW-Bereich) Druckluftspeicher (MW-Bereich) 27

28 Zukünftige Speichermöglichkeiten 28

29 Elektrolyse-Brennstoffzelle Elektrochemischer Stromerzeuger, sozusagen eine "gasbetriebene Batterie In der Brennstoffzelle werden Gase oxidiert und direkt in hochwertige Energie (Strom und Wärme) umgewandelt. Photovoltaik-Anlage liefert Strom, mit dem ein Elektrolyseur betrieben wird. Dieser spaltet Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff. Der Wasserstoff wird gespeichert und schließlich bei Bedarf in der Brennstoffzelle wieder in Energie umgewandelt. Ein ausgeklügeltes Energiemanagement sorgt dabei für höchste Effizienz und Wirtschaftlichkeit <-> sehr teuer 29

30 Verschiedene Stromspeicher

31 IBC-Solar: IBC Solstore 6.3 Li Akkutyp: Lithium-Ionen-Batterie Zyklenlebensdauer: 5000 (15a) Nennkapazität: 6,3 kwh Nutzkapazität: 5,7 kwh Technologie: AC - gekoppelt Preis: (40,35 Cent/kWh) 31

32 IBC-Solar: IBC Solstore 6.8 Pb Akkutyp: Blei-Gel-Akku Zyklenlebensdauer: 2700 (10a) Nennkapazität: 6,8 kwh Nutzkapazität: 3,4 kwh Technologie: AC - gekoppelt Preis: 6000 (65,36 Cent/kWh) 32

33 E3/DC: S10 Hauskraftwerk Akkutyp: Lithium-Nickel-Graphit Zyklenlebensdauer: 4000 (28a) Nennkapazität: 4,04 kwh Nutzkapazität: 4,04 kwh Technologie: DC - gekoppelt Preis: 9950 (62,4 Cent/kWh) 33

34 Voltwerk: VS 5 Hybrid Akkutyp: Lithium-Nickel-Cobalt-Aluminium Zyklenlebensdauer: 7000 (20a) Nennkapazität: 8,8 kwh Nutzkapazität: 5,28 kwh Technologie: DC - gekoppelt Preis: (60,4 Cent/kWh) 34

35 Senec.ies: SENEC.Home Akkutyp: Bleisäure Zyklenlebensdauer: 3000 (20a) Nennkapazität: 24 kwh Nutzkapazität: 12 kwh Technologie: AC - gekoppelt Preis: ohne Wechselrichter- (21,6 Cent/kWh) 35

36 MSTE Solar: MSTE Powerhome Akkutyp: Lithium-Mangan-Oxid Zyklenlebensdauer: 5000 (15-20a) Nennkapazität: 4 kwh Nutzkapazität: 3,2 kwh Technologie: --- Preis: ohne Wechselrichter- (55,6 Cent/kWh) 36

37 Prosol Invest: Sonnenbatterie Akkutyp: Lithium-Eisen-Phosphat Zyklenlebensdauer: 5000 (25a) Nennkapazität: 5 kwh Nutzkapazität: 3,5 kwh Technologie: AC - Kopplung Preis: ohne Wechselrichter- (66,6 Cent/ kwh) 37

38 Solarworld AG: Sunpac Akkutyp: Bleisäure Zyklenlebensdauer: 2700 (13,5a) Nennkapazität: 6,9 kwh Nutzkapazität: 3,45 kwh Technologie: AC - Kopplung Preis: 7000 (75 Cent/kWh) 38

39 Kaco: Powador-Gridsave Akkutyp: Lithium-Ionen-Batterie Zyklenlebensdauer: 4000 (15a) Nennkapazität: 1,35 kwh -6,75 kwh Nutzkapazität: 1,215 kwh - 6,075 kwh Technologie: DC - Kopplung Preis: -steht noch nicht fest- 39

40 Solon Energy GmbH: SOLiberty Akkutyp: Bleiakku Zyklenlebensdauer: 3200 (>10a) Nennkapazität: 24 kwh Nutzkapazität: 12 kwh Technologie: AC - Kopplung Preis: 8000 (21,6 Cent/kWh) 40

41 SMA: Home System 6.8 Akkutyp: Bleiakku Zyklenlebensdauer: 4500 (15a) Nennkapazität: 6,8 kwh Nutzkapazität: 2,04 kwh Technologie: AC - Kopplung Preis: 3850 (41,93 Cent/ kwh) 41

42 Leclanché: HS 3000 Akkutyp: Lithium-Eisenphosphat Zyklenlebensdauer: 3000 (>5a) Nennkapazität: 3,0 kwh Nutzkapazität: 2,7 kwh Technologie: AC - Kopplung Preis: ca.7000 (86,42 Cent/kWh) 42

43 Q3: Q_BEE ES 2.0 Li Akkutyp: Lithium-Ionen-Batterie Zyklenlebensdauer: 5000 (6a) Nennkapazität: 4,0 kwh Nutzkapazität: 3,8 kwh Technologie: AC - Kopplung Preis: (65,79 Cent/ kwh) 43

44 Sia Energy: DC24 Home Akkutyp: Lithium-Eisenphosphat Zyklenlebensdauer: 3000 (15a) Nennkapazität: 4,0 kwh Nutzkapazität: 2,7 kwh Technologie: DC - Kopplung Preis: (138,27 Cent/ kwh) 44