Institute for Power Electronics and Electrical Drives (ISEA) Electrochemical Energy Conversion and Storage Systems Group Institute for Power Generation and Storage Systems (PGS), E.ON ERC Jülich Aachen Research Alliance, JARA-Energy Aktuelle Ergebnisse der Begleitforschung zum KfW-Förderprogramm für PV-Speicher Dezentrale Solarstromspeicher für die Energiewende HTW Berlin Berlin, 02. Juli 2015 Kai-Philipp Kairies, Dirk Uwe Sauer kka@isea.rwth-aachen.de 1
Jahresbericht zum Speichermonitoring Veröffentlichung des Jahresberichts zum Speichermonitoing am 13.06.2015 Ergebnisse der ersten 1,5 Jahre des Speichermonitorings PDF Version zum freien Download auf www.speichermonitoring.de 2
Agenda KfW-Förderprogramm Speicher Art der Förderung Förderbedingungen Das Speichermonitoring Marktbeobachtung Untersuchung von Betriebsdaten Aktuelle Ergebnisse des Speichermonitorings Markttrends Betriebsverhalten 09.06.2015 Kai-Philipp Kairies 3
Das KfW-Förderprogramm Speicher Start: Mai 2013 Fördervolumen: Bis zu 50 Millionen Euro Tilgungszuschüsse Art der Förderung: Zinsgünstige Kredite durch die KfW- Bankengruppe Tilgungszuschüsse in Höhe von 30% der förderfähigen Kosten Bis zu 600 pro Kilowatt installierter Solarleistung 5 kwp bis zu 3.000 Förderung Website der KfW Bankengruppe 09.06.2015 Kai-Philipp Kairies 4
Förderbedingungen Max. PV-Anlagengröße: 30 kwp Hersteller müssen eine 7-jährige Garantie auf die Batterie gewähren Verpflichtende Registrierung beim Speichermonitoring Die maximale Einspeiseleistung des Gesamtsystems muss auf 60% der PV-Anlagenleistung reduziert werden 09.06.2015 Kai-Philipp Kairies 5
Exkurs: Betriebsweisen von PV-Speichern Eigenverbrauchsoptimierung: Möglichst frühes Laden des Batteriespeichers Netzdienlicher Betrieb: Vorhalten von Speicherkapazität zur Reduzierung der Mittagsspitze Eigenverbrauchsoptimierung Netzdienlicher Betrieb 6
Exkurs: Betriebsweisen von PV-Speichern Eigenverbrauchsoptimierung: Möglichst frühes Laden des Batteriespeichers Netzdienlicher Betrieb: Vorhalten von Speicherkapazität zur Reduzierung der Mittagsspitze Eigenverbrauchsoptimierung Netzdienlicher Betrieb 60% 60% 7
Agenda KfW-Förderprogramm Speicher Art der Förderung Förderbedingungen Das Speichermonitoring Marktbeobachtung Untersuchung von Betriebsdaten Aktuelle Ergebnisse des Speichermonitorings Markttrends Betriebsverhalten 09.06.2015 Kai-Philipp Kairies 8
Das Monitoringprogramm: Basis Monitoring Fördernehmer tragen Daten in Webinterface ein: Kaufpreis, Installationsdatum und Nennleistung der PV-Anlage Kaufpreis und Installationsdatum des Batteriespeichersystems Webportal des Monitoringprogramms: www.speichermonitoring.de Typ des PV-Speichersystems 1/3-phasiger Netzanschluss DC oder AC Architektur 10.02.2015 Kai-Philipp Kairies 9
Das Monitoringprogramm: Basis Monitoring Fördernehmer tragen Daten in Webinterface ein: Batterietyp (Blei / Lithium) Installierte / Nutzbare Kapazität Webportal des Monitoringprogramms: www.speichermonitoring.de Freiwillig: Anzahl Hausbewohner Jährlicher Stromverbrauch Strompreis Energieintensive Verbraucher 10.02.2015 Kai-Philipp Kairies 10
Das Monitoringprogramm: Standard Monitoring Bis zu 2.000 Fördernehmer werden dazu aufgefordert, monatlich Zählerdaten einzutragen Stromerzeugung der PV-Anlage Stromverbrauch des Haushalts Netzeinspeisung Falls vorhanden: Batteriezähler [2] Angaben zur Verlässlichkeit des Systems Wartungsarbeiten, Schadensmeldungen, Ausfallzeiten, Ablauf der Reparaturarbeiten [3] 10.02.2015 Kai-Philipp Kairies 11
Das Monitoringprogramm: Intensiv Monitoring Ausrüsten von 20 privat betriebenen PV-Speichern mit hochauflösendem Messequipment Messen aller relevanten Werte in sekündlicher Auflösung: Dreiphasige Ströme und Spannungen von Haushalt und PV-Speichersystem Einstrahlung und Temperatur der PV Module Batterietemperatur Stromqualität (Frequenz, THD, einzelne Oberwellen) 10.02.2015 Kai-Philipp Kairies 12
Agenda KfW-Förderprogramm Speicher Art der Förderung Förderbedingungen Das Speichermonitoring Marktbeobachtung Untersuchung von Betriebsdaten Aktuelle Ergebnisse des Speichermonitorings Markttrends Betriebsverhalten 09.06.2015 Kai-Philipp Kairies 13
Auswertung des Basis Monitorings Dezentrale Speicher in Deutschland Entwicklung der Technologie Marktübersicht Endverbraucherpreise Kaufmotivation 14
Dezentrale Speicherkapazitäten in Deutschland ISEA / RWTH Aachen 2015 15
Verteilung dezentraler Solarstromspeicher in Deutschland (Stückzahlen) ISEA / RWTH Aachen 2015 16
PV- und Speicherzubau im Jahr 2014 Zubau PV- Anlagen im Jahr 2014 (Anzahl) Zubau PV-Speicher im Jahr 2014 (Anzahl) in Datenbank / gesamt Dtl.* Zubau der kumulierten nutzbaren Batterie-kapazität im Jahr 2014 in Datenbank / gesamt Dtl.* Anteil PV- Anlagen mit Speicher in Datenbank / gesamt Dtl.* Durchschnittliche nutzbare Kapazität pro PV-Speicher (Zubau 2014) Bayern 20.165 789 / 3.024 Nordrhein- 12.476 522 / Westphalen 2.001 Baden- 12.037 398 / Württemberg 1.525 Niedersachsen 7.327 312 / 1.196 Hessen 5.004 198 / 759 Rheinland-Pfalz 4.257 98 / 376 Schleswig- 2.890 63 / Holstein 241 Sachsen 2.521 32 / 123 Brandenburg 2.359 96 / 368 Thüringen 2.048 18 / 69 Sachsen-Anhalt 1.809 31 / 119 Mecklenburg- 1.028 18 / Vorpommern 69 Saarland 807 27 / 103 Berlin 415 22 / 84 Hamburg 204 6 / 23 Bremen 135 8 / 31 5.423,3 kwh / 20.786,6 kwh 3.565,9 kwh / 13.667,5 kwh 2.740,1 kwh / 10.502,3 kwh 1.927,9 kwh / 7.389,3 kwh 1.271,0 kwh / 4.871,5 kwh 616,0 kwh / 2.361,0 kwh 341,1 kwh / 1.307,4 kwh 212,4 kwh / 814,1 kwh 482,8 kwh / 1.850,5 kwh 118,5 kwh / 454,2 kwh 198,3 kwh / 760,0 kwh 84,5 kwh / 323,9 kwh 156,5 kwh / 599,8 kwh 142,6 kwh / 546,6 kwh 30,3 kwh / 116,1 kwh 48,3 kwh / 185,1 kwh 3,9% / 15% 4,2% / 16,0% 3,3%/ 12,7% 4,3% / 16,3% 4,0% / 15,2% 2,3% / 8,8% 2,2% / 8,4% 1,3% / 4,9% 4,1% / 15,6% 0,9% / 3,4% 1,7% / 6,6% 1,8% / 6,7% 3,3% / 12,8% 5,3% / 20,3% 2,9% / 11,3% 5,9% / 22,7% 6,9 kwh 6,8 kwh 6,9 kwh 6,2 kwh 6,4 kwh 6,3 kwh 5,4 kwh 6,6 kwh 5,0 kwh 6,6 kwh 6,4 kwh 4,7 kwh 5,8 kwh 6,5 kwh 5,1 kwh 6,0 kwh Summe 75.473 2.638 / 10.111 17.359,5 kwh / 66.536,0 kwh 17 3,5% / 13,4% 6,6 kwh
PV- und Speicherzubau im Jahr 2014 Zubau PV- Anlagen im Jahr 2014 (Anzahl) Zubau PV-Speicher im Jahr 2014 (Anzahl) in Datenbank / gesamt Dtl.* Bayern 20.165 789 / 3.024 Nordrhein- 12.476 522 / Westphalen 2.001 Baden- 12.037 398 / Württemberg 1.525 Niedersachsen 7.327 312 / 1.196 Hessen 5.004 198 / 759 Rheinland-Pfalz 4.257 98 / 376 Schleswig- 2.890 63 / Holstein 241 Berlin 415 22 / 84 Zubau der kumulierten nutzbaren Batterie-kapazität im Jahr 2014 in Datenbank / gesamt Dtl.* 5.423,3 kwh / 20.786,6 kwh 3.565,9 kwh / 13.667,5 kwh 2.740,1 kwh / 10.502,3 kwh 1.927,9 kwh / 7.389,3 kwh 1.271,0 kwh / 4.871,5 kwh 616,0 kwh / 2.361,0 kwh 341,1 kwh / 1.307,4 kwh 142,6 kwh / 546,6 kwh Anteil PV-Anlagen mit Speicher in Datenbank / gesamt Dtl.* 3,9% / 15% 4,2% / 16,0% 3,3%/ 12,7% 4,3% / 16,3% 4,0% / 15,2% 2,3% / 8,8% 2,2% / 8,4% 5,3% / 20,3% Durchschnittliche nutzbare Kapazität pro PV-Speicher (Zubau 2014) 6,9 kwh 6,8 kwh 6,9 kwh 6,2 kwh 6,4 kwh 6,3 kwh 5,4 kwh 6,5 kwh Summe 75.473 2.638 / 10.111 17.359,5 kwh / 66.536,0 kwh 3,5% / 13,4% 6,6 kwh 18
Liste der häufigsten Hersteller nach Stückzahl ISEA / RWTH Aachen 2015 19
Liste der häufigsten Hersteller nach Stückzahl Labor- und Feldtests ISEA / RWTH Aachen 2015 20
Verteilung der Technologien, bezogen auf registrierte Stückzahl ISEA / RWTH Aachen 2015 21
Anteile von Lithium-Ionen und Bleibatterien, nach der nutzbaren Kapazität ISEA / RWTH Aachen 2015 22
Entwicklung der Endverbraucherpreise ISEA / RWTH Aachen 2015 23
Motivation zur Investition in ein PV- Speichersystem ISEA / RWTH Aachen 2015 24
Auswertung des Intensiv Monitorings Installation der ersten hochauflösenden Messsysteme Fehlerhaft installierte PV- Speicher Qualitative Auswertung der Messdaten 25
Installation der ersten hochauflösenden Messsysteme ISEA / RWTH Aachen 2015 26
Installation der ersten hochauflösenden Messsysteme ISEA / RWTH Aachen 2015 27
Das WMEP Messsystem ISEA / RWTH Aachen 2015 28
Installation des PV-Shunts ISEA / RWTH Aachen 2015 29
Installation des Batterie-Shunts ISEA / RWTH Aachen 2015 30
Abschluss der Installation ISEA / RWTH Aachen 2015 31
Fehlerhafte Installationen im Feld PV-Speicher sind für Handwerker und Solateuere ein neues Arbeitsfeld mit neuen Sicherheitsfragen Blei-Säure Batterien Lithium-Ionen Batterien Zum sicheren Betrieb von PV- Speichern ist eine professionelle Installation erforderlich Ausblick: Prüfung von Feldinstallationen durch DGS / TÜV Rheinland / ISE / ZSW [https://twitter.com/cszubinski] 32
Teilweiser Abbruch der Batterieabdeckung beim einem Lithium-Speicher ISEA / RWTH Aachen 2015 33
Entgasung des Elektrolyten in den Kabelschacht Knick im Entlüftungsschlauch ISEA / RWTH Aachen 2015 18.06.2015 Kai-Philipp Kairies 34
Entgasung des Elektrolyten in den Kabelschacht Kristallablagerungen am PV-Kabel ISEA / RWTH Aachen 2015 18.06.2015 Kai-Philipp Kairies 35
Entgasung des Elektrolyten in den Kabelschacht Kristallablagerungen am PV-Kabel Ethernet PV-Kabel ISEA / RWTH Aachen 2015 18.06.2015 Kai-Philipp Kairies 36
Entgasung des Elektrolyten in den Kabelschacht Korrosion der Netzwerkkupplung ISEA / RWTH Aachen 2015 18.06.2015 Kai-Philipp Kairies 37
Entgasung des Elektrolyten in den Kabelschacht Korrosion der Netzwerkkupplung 8P8C-Kupplung ISEA / RWTH Aachen 2015 18.06.2015 Kai-Philipp Kairies 38
Undichte Entgasungsvorrichtung (Wellendichtring, Schlauchverbinder) Elektrolytablagerung 39
Undichte Entgasungsvorrichtung (Wellendichtring, Schlauchverbinder) Küchentuch 40
Netzverhalten eine Blei-Speichersystems mit 8kWh nutzbarer Kapazität (30sek-Mittelwerte) 41
Netzverhalten eine Blei-Speichersystems mit 8kWh nutzbarer Kapazität (5min-Mittelwerte) 42
Netzverhalten eines Lithium-Speichersystems (5min-Mittelwerte) 43
Zusammenfassung Das Speichermonitoring ermöglicht einen objektiven Blick auf die Entwicklung des deutschen Marktes für PV-Speicher Entscheidungsträger Verbraucher Evaluierung von Betriebsstrategien unter realistischen Bedingungen Batteriealterung Zweitnutzungspotenziale Volkswirtschaftliche Effekte [1] Veröffentlichung des Jahresberichts unter www.speichermonitoring.de 10.02.2015 Kai-Philipp Kairies 44
Institute for Power Electronics and Electrical Drives (ISEA) Electrochemical Energy Conversion and Storage Systems Group Institute for Power Generation and Storage Systems (PGS), E.ON ERC Jülich Aachen Research Alliance, JARA-Energy Aktuelle Ergebnisse der Begleitforschung zum KfW-Förderprogramm für PV-Speicher Dezentrale Solarstromspeicher für die Energiewende HTW Berlin Berlin, 02. Juli 2015 Kai-Philipp Kairies, Dirk Uwe Sauer kka@isea.rwth-aachen.de 45
Anhang F47 Einfluss von Flexibilität auf den Leistungsgradienten F48 Eigenverbrauchsmaximierung vs. netzdienlicher Betrieb von PV-Speichern Auszug der Präsentation Battery Technologies and Operating Strategies for PV Battery Systems von der Intersolar Europe 2014 F53 Kurze Auswertung: Standard Monitoring 18.06.2015 Kai-Philipp Kairies 46
Einfluss von Flexibilität auf den Leistungsgradienten 47
Maximizing self-consumption PV without Battery Local use of PV energy only at simultaneous load demand Maximizing self-consumption Most economic strategy according to today s laws Excess energy is stored as early as possible Battery often fully charged before noon + Owner of PV-storage-system - Distribution grid 18.06.2015 Kai-Philipp Kairies 48
Peak shaving using forecast algorithms (1) PV without Battery Local use of PV energy only at simultaneous load demand Perfect forecast Highest possible grid relief Forecast algorithms calculate residual power and remaining battery capacity Energy is stored if the residual power exceeds the calculated limit + Owner of PV-storage-system + Distribution grid 18.06.2015 Kai-Philipp Kairies 49
Peak shaving using forecast algorithms (2) PV without Battery Local use of PV energy only at simultaneous load demand Persistence forecast Load demand predicted to be the same as the week before PV power generation predicted to be the same as the day before Adaptive algorithm adjusts to weather situation ± Owner of PV-storage-system ± Distribution grid 18.06.2015 Kai-Philipp Kairies 50
Grid effects of different operation strategies 18.06.2015 Kai-Philipp Kairies 51
Effects of feed-in power reduction on energy yield Management strategy Self-consumption [%] Batteries increase self-consumption PV without battery 20.0 Maximizing selfconsumption 51.5 Grid relieving strategies lower the self-consumption by about 0.5.4% Perfect forecast 50.8 Persistence forecast 47.6 If feed-in power has to be reduced (i.e. 40% P PV ) Grid relieving strategies save energy Grid relieving strategies become more economic 18.06.2015 Kai-Philipp Kairies 52
Auswertung des Standard Monitorings PV-Erzeugung / Stromverbrauch Eigenverbrauch / Autarkie Wirkungsgrade verschiedener Speichertopologien Volkswirtschaftliche Effekte eines vermehrten solaren Eigenverbrauchs 53
Durchschnittliche PV-Erzeugung pro kwp ISEA / RWTH Aachen 2015 54
Durchschnittlicher Stromverbrauch der Haushalte mit PV-Speicher ISEA / RWTH Aachen 2015 55
Potenziale einer vollständigen Selbstversorgung mit Solarstrom Frühling und Sommer: Weitestgehende Selbstversorgung von Privathaushalten durch PV-Anlage und Speicher realistisch umsetzbar Überbrückung von Schlechtwetterperioden erfordert sehr große Batteriekapazitäten Herbst und Winter: Strombedarf übersteigt solare Erzeugung 56