Solarstrom optimiert steuern: Zum Beispiel zur Mittagszeit zum einen für den Eigenverbrauch und zum anderen gespeichert für die Nacht.
Erschienen in: Energy 2.0 Juni 2011, S. 40
Sonne  |  

Solarstrom für 24 Stunden

Hauskraftwerk zur rein solaren bilanziellen Eigenversorgung bis 75% im Jahresmittel

Dem Ziel einer hohen Eigenversorgung dient ein Energiespeichersystem, das den privaten Stromverbrauch bilanziell optimiert und auf eine konsequente Eigenstromnutzung ausgerichtet ist. *  Text: Dr. Andreas Piepenbrink, Tobias Terhaar, Peter Gutendorf, E3/DC Fotos: E3/DC  

Die Stromversorgung der Zukunft durch dezentrale Einheiten in privaten Haushalten gelingt dauerhaft nur durch eine dachintegrierte Solarenergie, falls die Speichung der Energie im gleichen Maße zunimmt wie die Netzeinspeisung zurückgeht [1]. Voraussetzung hierfür sind jedoch bezahlbare Speicher und entsprechende Leistungselektronik für die Hausnetzintegration. Die Architektur eines Energiespeicher-Systems ist auf der linken Seite zu sehen. Das System ist mit einem Schaltkasten zur Messung des dreiphasigen Eigenverbrauchs (Batterieregelung) ausgestattet, einem integrierten Eigenstromzähler und integrierten Batteriesystem. Zusätzlich ist im System ein intelligentes Energiemanagement (IEMC pro) sowie ein eigenentwickelter Batteriewechselrichter aus der Fahrzeugtechnik integriert. Dieser ist galvanisch getrennt und lässt flexibel für alle Spannungslagen der Zukunft die Integration verschiedener Batteriesysteme zu. Das IEMC pro lässt darüber hinaus über DSL Router sämtliche Schnittstellen offen und kann so beliebig integriert und gesteuert werden. Wichtig ist jedoch die Langlebigkeit der Speicher und die zugehörige Investmentsicherheit. Beides ist im Rahmen der existierenden Serienproduktionen von Batterien in Fernost und insbesondere durch die Automobilentwicklung gegeben [2].

Wandler-Board: Für eine effizientere Ausbeute werden Solar­modul und Akku mit einem Gleichspannungswandler entkoppelt.
Matthias Willenbacher, Gründer und Vorstand der Juwi-Gruppe

Lebensdauer und Zyklenfestigkeit der Batterien

Vorausgesetzt, dass die Batterie in großen Stückzahlen und mit viel Erfahrung und somit guter Fertigungstoleranz (+/-1%) produziert wird, kann das Verhalten im Zelltest in sehr guter Näherung bestimmt werden. Im Fall der Bleibatterie hat die Entladetiefe einen hohen Einfluss auf die Lebensdauer. Eine Erhöhung der Zyklenfestigkeit auf 10 Jahre mit täglicher Entladung (3000 Zyklen bis Lebensende) ist mit dreifachem Preis und dreifachem Gewicht zu bezahlen, was mit dem heutigen Bleipreis zu mindestens 650 Euro/kWh führt. Dazu kommen Entlüftungsvorkehrungen, die im privaten Haushalt meist inkompatibel erscheinen. In der Vergangenheit wurden Bleibatterien daher nahezu ausschließlich für unterbrechungsfreie Stromversorgungen benutzt, die nie entladen werden und somit eine gute Einmalinvestition des Kunden aus Sicht der Batteriehersteller sind. Die Lithium-Ionen Batterie, deren Investitionen aktuell maßgeblich durch das Auto getrieben werden, hat keine so starke Abhängigkeit von der Entladetiefe. Diese Batterie erreicht heute schon in verschiedenen Zellchemien und Typen – zum Beispiel 18650, 26650 Zellen der Top 5 Batterielieferanten in Japan – sicher 3000 Zyklen bis zum Lebensende. In der vorliegenden Applikation eines solaren Hauskraftwerks kann diese Lebensdauer durch eine nahezu unter 25°C im Jahresmittel liegende Kellertemperatur und durch „Lowpower“-C-Raten im Bereich bis 0,25 (Strombelastung in Prozent von der Batteriekapazität) verdoppelt werden, ohne dass dies monetär weiter vergütet werden muss [3].

Besonderheiten des Energie-Speicher-Systems

Der Batterieladewirkungsgrad des Energie-Speicher-Systems S10 von E3/DC (vom PV-Modul in die Batterie und zurück ins Hausnetz einschließlich 4-mal Leistungswandlung, Laden und Entladen) erreicht nahezu 90% inklusive aller betroffenen Wechselrichtungen und dies bei einer galvanischen Trennung der Batterie mit dem Fokus auf ein sicheres und robustes Kundenprodukt. Die Batterie selbst erreicht Wirkungsgrade von 98%. Der ins System integrierte 5,4-kWh-Speicher wird täglich mit bis zu 4kWh ausgenutzt. Damit erreicht er eine Lebensdauer von 20 Jahren. Ein Ausbau bis 9kWh ist möglich, aber nicht notwendig. Zudem enthält das System zwei DC Stringelektroniken, die konsequent auf minimale PV-Primärleistung und minimale Einspeisung abhängig vom Kundenverbrauch ausgelegt sind. Auf eine Smarthome-Technik wurde beim S10 verzichtet, da die Messung des kompletten Hausverbrauchs und die Optimierung der Lastprofile für die Batterie automatisch und kabellos integriert erfolgt. Der Kunde könnte diese Technik bei Bedarf zusätzlich integrieren. Die vom Stromversorger installierte Zähleranordnung im Hausanschlusskasten ist für den Abrechnungsbetrieb notwendig, aber technisch irrelevant, da diese Zähler sowohl räumlich wie auch anschlusstechnisch nicht gebraucht werden. Das System S10 hat nicht den Anspruch auf Netzautarkie, sondern auf eine bilanzielle Optimierung des privaten Stromverbrauchs und den Anspruch auf konsequente Netzentlastung. Dazu ist der maximale Batteriestrom auf 1500W begrenzt, um mit 4000 bis 6000kWh Jahresverbrauch den Gesamteigenverbrauch von 70 bis 75% zu erreichen. Spitzenlasten über 1500W werden im Mischbetrieb zugesteuert. Der Kunde kann sich durch eigenes Monitoring weiter optimieren, muss dies aber nicht (Apple Prinzip). Spezifische Lastanschaltungen von Kühlschränken und anderen Verbrauchern können durch den Installateur vorgenommen werden, sind aber nicht notwendig, zumal die Gesamtkosten der zugehörigen Elektrik in der Regel keinen monetären Gegenwert für den Endkunden bringen.

Profitabilität des Eigenverbrauchs

Der Eigenverbrauch in Verbindung mit Solarstromspeicherung hat bilanziell im deutschen Stromnetz drei Einnahmequellen:

  • • Einsparung: Der Stromverbrauch aus dem Netz geht aufgrund des Eigenverbrauchs im Jahresmittel auf 25 bis 30% zurück. Zudem ist das System robust gegen Strompreissteigerungen und somit als weitgehend inflationsbereinigt anzunehmen. • Einspeise-Förderung: Die Netz-Einspeisung des Solarstroms geht zwar zurück auf 25 bis 30% im Vergleich zur reinen Einspeisung (aktuell 28,8 Cent/kWh), bleibt aber als Einnahmequelle bestehen. • Eigenverbrauchsförderung: Rund 70 bis 75% des Solarstroms gehen in den Eigenverbrauch, der in Deutschland je nach Höhe aktuell mit 16 bis 21 Cent/kWh vergütet wird.

Die Endkundenprofitabilität hängt aber auch von der Qualität der verwendeten Solar-Module, vom Installateur, von der Gesetzgebung und vom Strompreis der nächsten Jahre ab. Sie liegt dennoch zwischen 2 bis 5% bei einer Annahme von 2,8% Fremdfinanzierung über die KfW in Deutschland.☐

Weitere Informationen

  • [1] Dr.-Ing. Werner Brinker: 10 Bullensee-Thesen und abgeleitete Handlungsempfehlungen, 2010, www.ewe.com/kon zern/nachhaltigkeit.php [2] Dr.-Ing. Andreas Piepenbrink: Amortisation von Li-Ionen Batterien, Fachvortrag eMonday München, www.e3dc.com, 2011 [3] Dr.-Ing. Armin Schmiegel, Voltwerk Electronics: „PV-Anlagen besser ins Netz integrieren“, Energy 2.0, Ausgabe 4/2010, S. 40-43

• more@click-Code: E20511450b

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