Autarkie durch Photovoltaik und Batterie? Möglichkeiten und Grenzen der Eigenstromversorgung durch PV-Speichersysteme

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1 Autarkie durch Photovoltaik und Batterie? Möglichkeiten und Grenzen der Eigenstromversorgung durch PV-Speichersysteme Johannes Weniger, Tjarko Tjaden, Volker Quaschning Hochschule für Technik und Wirtschaft (HTW) Berlin C.A.R.M.E.N.-SYMPOSIUM 2013, 2. Juli 2013, Straubing Das Vorhaben PVprog wird im Umweltentlastungsprogramm II gefördert aus Mitteln des Europäischen Fonds für Regionale Entwicklung und des Landes Berlin (Förderkennzeichen UEP II/2)

2 ct/kwh Bisherige und zukünftige Kostenentwicklung Haushaltsstrompreis Einspeisevergütung PV < 10 kwp Netzparität GW Deckel

3 3 PV-Speichersystem mit AC-Kopplung

4 4 PV-Speichersystem mit DC-Kopplung

5 Leistung in kw Betriebsverhalten von einem PV-Speichersystem Batterieentladung Batterieladung Netzbezug Netzeinspeisung Direktverbrauch PV-Leistung Last Tagesverlauf Jahresstrombedarf 4 MWh, PV-Leistung 4 kwp, nutzbare Speicherkapazität 4 kwh

6 Energie in kwh Betriebsverhalten von einem PV-Speichersystem Netzbezug Netzeinspeisung Batterieentladung Batterieladung Direktverbrauch Wochenverlauf PV VB PV VB PV VB PV VB PV VB PV VB PV VB Mo Di Mi Do Fr Sa So 6 Jahresstrombedarf 4 MWh, PV-Leistung 4 kwp, nutzbare Speicherkapazität 4 kwh VB: Verbrauch, PV: Photovoltaik

7 Energie in kwh Betriebsverhalten von einem PV-Speichersystem Jahresverlauf Netzbezug Netzeinspeisung Batterieentladung Batterieladung Direktverbrauch PV VBPV VBPV VBPV VBPV VBPV VBPV VBPV VBPV VBPV VBPV VBPV VB Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez 7 Jahresstrombedarf 4 MWh, PV-Leistung 4 kwp, nutzbare Speicherkapazität 4 kwh VB: Verbrauch, PV: Photovoltaik

8 Nutzung der PV-Energie Nutzung der PV-Energie im Jahresmittel 100% 90% 80% I Eigenverbrauchsanteil 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Netzeinspeisung Batterieladung Direktverbrauch PV-Leistung in kwp 8 Jahresstrombedarf 4 MWh, nutzbare Speicherkapazität 4 kwh

9 Deckung des Strombedarfs Deckung des Strombedarfs im Jahresmittel 100% 90% I Autarkiegrad 80% 70% Netzbezug 60% 50% Batterieentladung 40% 30% 20% Direktverbrauch 10% 0% PV-Leistung in kwp 9 Jahresstrombedarf 4 MWh, nutzbare Speicherkapazität 4 kwh

10 Autarkiegrad Grenzen der Eigenstromversorgung 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% nutzbare Speicherkapazität in kwh 30% 20% 10% 0% PV-Leistung in kwp 10 Jahresstrombedarf 4 MWh

11 nutzbare Speicherkapazität in kwh/mwh Energetische Systemdimensionierung 2,5 Autarkiegrad 80% 100% 90% 2,0 1,5 70% 80% 70% 60% 1,0 0,5 30% 40% 50% 60% 20% 10% 0,0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 PV-Leistung in kwp/mwh 50% 40% 30% 20% 10% 0% 11

12 nutzbare Speicherkapazität in kwh/mwh Energetische Systemdimensionierung 2,5 Eigenverbrauchsanteil 100% 2,0 1,5 1,0 90% 80% 70% 60% 50% 40% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 0,5 30% 30% 20% 20% 0,0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 PV-Leistung in kwp/mwh 10% 0% 12

13 nutzbare Speicherkapazität in kwh/mwh 13 Kostenoptimale Systemdimensionierung heute kurzfristig mittelfristig langfristig heute mittlere Stromkosten in ct/kwh 2,5 50 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 28,3 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 PV-Leistung in kwp/mwh PV-Kosten 1800 /kwp, Speicherkosten 3000 /kwh, Einspeisevergütung 15 ct/kwh Mittlere Strombezugskosten 34 ct/kwh, Zinssatz 4 %, Betriebskosten 1,5 % Kostenoptimum Wirtschaftlichkeitsgrenze

14 nutzbare Speicherkapazität in kwh/mwh 14 Kostenoptimale Systemdimensionierung heute kurzfristig mittelfristig langfristig kurzfristig heute mittlere Stromkosten in ct/kwh 2,5 50 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 29,0 28,3 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 PV-Leistung in kwp/mwh PV-Kosten /kwp, Speicherkosten /kwh, Einspeisevergütung ct/kwh Mittlere Strombezugskosten 34 ct/kwh, Zinssatz 4 %, Betriebskosten 1,5 % Kostenoptimum Wirtschaftlichkeitsgrenze

15 nutzbare Speicherkapazität in kwh/mwh 15 Kostenoptimale Systemdimensionierung heute kurzfristig mittelfristig langfristig mittelfristig kurzfristig heute mittlere Stromkosten in ct/kwh 2,5 50 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 29,5 29,0 28,3 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 PV-Leistung in kwp/mwh PV-Kosten /kwp, Speicherkosten /kwh, Einspeisevergütung ct/kwh Mittlere Strombezugskosten 34 ct/kwh, Zinssatz 4 %, Betriebskosten 1,5 % Kostenoptimum Wirtschaftlichkeitsgrenze

16 nutzbare Speicherkapazität in kwh/mwh 16 Kostenoptimale Systemdimensionierung heute kurzfristig mittelfristig langfristig mittelfristig kurzfristig langfristig heute mittlere Stromkosten in ct/kwh 2,5 50 2,0 1,5 28,1 1,0 0,5 0,0 29,5 29,0 28,3 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 PV-Leistung in kwp/mwh PV-Kosten /kwp, Speicherkosten /kwh, Einspeisevergütung ct/kwh Mittlere Strombezugskosten 34 ct/kwh, Zinssatz 4 %, Betriebskosten 1,5 % Kostenoptimum Wirtschaftlichkeitsgrenze

17 Betriebsstrategien für PV-Speichersysteme Eigenverbrauchserhöhung Feste Einspeisebegrenzung Dynamische Einspeisebegrenzung Speicherung Netzeinspeisung Einspeisegrenze Eigenverbrauchsopt. Netzoptimiert Prognosebasiert Bestandsausgleichend 17

18 Einfluss der Betriebsstrategie auf den PV-Ausbau max. 0,6 kw/kwp max. 0,4 kw/kwp 18 Speicherung Netzeinspeisung Einspeisegrenze

19 Zusammenfassung Durch PV-Speichersysteme lässt sich der Großteil des Strombedarfs in Wohngebäuden selbst erzeugen. Eine vollständige Eigenstromversorgung ist jedoch weder energetisch noch ökonomisch sinnvoll. Die Speichergröße sollte auf die PV-Leistung und auf den Strombedarf abgestimmt werden. Durch prognosebasierte Betriebsstrategien kann nicht nur der Eigenverbrauch erhöht sondern auch die Einspeiseleistung begrenzt werden. Dadurch können Batteriespeicher zur Erhöhung der installierbaren PV-Leistung im Netz beitragen. Daher ist die Kombination von PV-Systemen und Batteriespeichern zur Erschließung des gesamten PV-Potenzials von entscheidender Bedeutung. 19