Direkt verbrauchte PV-Energie Aus dem Netz bezogene Energie
Speicherung in eine Batterie Energie aus Batterie oder Netzspeicher
Speicherung im 230Vac-Netz Netzaustauschleistung
Bilder 3 Erzeugungs- und Verbrauchsdaten eines 4-Personen-Haushalts mit einer 5,6kWp PV-Anlage mit 5,5kWh Speichersystem.
Reale Erzeugungs- und Verbrauchswerte eines Vierpersonen-Haushalts mit 5,6kWp PV-Anlage
Leistung mit 5,5kWh Li-Ion Speichersystem zur Eigenverbrauchsoptimierung:
Die Menge der ins Netz gespeisten PV-Energie nimmt ab, zu einer erhöhten Netzbelastung kommt es nicht
Dezentrale Speichersysteme bieten den Betreiber von PV-Anlagen viele Vorteile:
Sie ermöglichen mehr Unabhängigkeit vom Versorger, können eine ausfallsichere Stromversorgung gewährleisten und bieten durch die Eigenverbrauchssteigerung und die Nutzung zeitvariabler Stromtarife einen konkreten wirtschaftlichen Anreiz.
Es gibt also gute Gründe dafür, sich näher mit Hausenergiespeichern zu beschäftigen.
Der Beitrag der Photovoltaik zur Energiewende ist kaum zu übersehen:
Die Gesamtheit der PV-Anlagen in Deutschland konnte schon im Juni 2011 die gesamte Mittagsspitze des deutschen Tageslastprofils decken, sodass eine nahezu konstante Grundlast übrig blieb.
Trotz dieser guten zeitlichen Korrelation und der hervorragenden Prognostizierbarkeit der Solarenergie stellt sich die Frage, wie weitere PV-Leistung optimal ins Netz integriert werden kann.
Denn schon heute ist in der täglich abrufbaren Grafik der
EXX-Transparenzplattform [1] häufig eine leichte, mittägliche Senke sowie ein morgendlicher und abendlicher Anstieg der konventionellen Leistungsbereitstellung zu erkennen.
Will man vermeiden, dass der weitere Photovoltaikzubau die Schwankungsbreite der konventionellen Leistung wieder erhöht, führt kein Weg an der Zwischenspeicherung von Solarstrom vorbei.
Sinnvoll ist die Zwischenspeicherung aber auch deshalb, weil die Begrenzung von Erzeugungs- und Verbrauchsspitzen die Verteilnetze entlastet und hilft, Ausbaumaßnahmen zu vermeiden.
Die Anwendungsmöglichkeiten sind damit aber längst nicht ausgeschöpft:
Dezentrale Speichersysteme können den Autarkiegrad steigern, die Versorgungssicherheit durch eine Backup-Stromversorgung erhöhen und bilden die technische Basis für eine Reihe künftiger Netzdienstleistungen.
Kurz:
Dezentrale Speichersysteme sind der Schlüssel für den Umbau der Stromversorgung zum intelligenten Smart Grid auf Basis erneuerbarer Energien.
Vorteile der dezentralen Speicherung
Zweckmäßig ist ein Ausgleich der fluktuierenden, erneuerbaren Erzeugungsleistung auf sämtlichen Ebenen des Versorgungssystems:
Überregional und im internationalen Verbund, im regionalen Verteilnetz, aber auch innerhalb der Hausnetze von privaten Anlagenbetreibern und Industriebetrieben.
Dabei geht es neben der Zwischenspeicherung von Energie natürlich auch um die zeitliche Steuerung von Stromverbrauchern (Lastmanagement) und die Regelung von Erzeugungsanlagen (Einspeisemanagement).
In allen drei Fällen gibt es gute Gründe dafür, den Schwerpunkt auf dezentrale, verbrauchernahe Anwendungen zu legen.
So stammen in Deutschland mehr als 70 % der PV-Leistung von kleineren PV-Anlagen, die ins Niederspannungsnetz einspeisen.
Hier findet aber auch der größte Teil des Stromverbrauchs statt, sodass ein möglichst dezentraler Leistungsausgleich die geringere Entfernung zwischen Erzeuger, Verbraucher und Speicher nutzen kann und so die Transportverluste und die Netzbelastung minimiert.
Bei den in Frage kommenden Batterietypen gibt es auch keine nennenswerten Skaleneffekte, die große Ausführungen wesentlich günstiger oder effizienter machen würden.
In der Regel bestehen sie aus kleineren Batterieelementen, deren Anzahl zum Erreichen der gewünschten Speicherkapazität lediglich erhöht wird.
Für den dezentralen Einsatz von Speichern spricht außerdem die mögliche Ausbaudynamik:
Wie das Beispiel der installierten PV-Leistung zeigt, lässt sich der Aufbau nennenswerter Kapazitäten über kleine, privat finanzierte Einheiten bei angemessener Förderung schnell realisieren, da diese Investitionen kaum von Business-Modellen und Investoren abhängen. Im Gegensatz zu Verteilnetzbetreibern haben private Hausbesitzer zudem eine konkrete Motivation zur Nutzung von Speichersystemen.
Sie ermöglichen mehr Unabhängigkeit vom Versorger, können eine ausfallsichere Stromversorgung gewährleisten und bieten durch die Eigenverbrauchssteigerung und die Nutzung zeitvariabler Stromtarife einen konkreten wirtschaftlichen Anreiz. Verteilnetzbetreiber haben dagegen kein Geschäftsmodell für den Betrieb von so genannten Quartiersspeichern – nach aktueller Gesetzeslage ist ihnen der Betrieb von Speichersystemen sogar verwehrt.
Hinzu kommen längere Planungs- und Genehmigungszeiträume sowie Finanzierungshemmnisse aufgrund des fehlenden Geschäftsmodells.
Es gibt also gute Gründe dafür, sich näher mit dezentralen Hausenergiespeichern zu beschäftigen.
Keine Netzbelastung durch speichergestützten Eigenverbrauch
Die heute verfügbaren Systeme legen den Schwerpunkt auf die Erhöhung des Eigenverbrauchsanteils, was aus zwei Gründen sinnvoll ist:
Der Eigenverbrauch von Solarstrom reduziert nicht nur die effektive Einspeiseleistung und entlastet damit das Verteilnetz, sondern hat durch steigende Bezugsstrompreise einen immer größeren Anteil am wirtschaftlichen Ertrag der PV-Anlage.
Mit intelligenten Energiemanagement- und Speichersystemen lässt sich die Eigenverbrauchsquote tatsächlich deutlich steigern – seit einiger Zeit kursiert jedoch die Befürchtung, dass eine Eigenverbrauchserhöhung mit Speichern das Netz zusätzlich belasten könnte.
Die Argumentation:
Da sich aus Gründen der Wirtschaftlichkeit auf dem Markt eine eher geringe Speicherkapazität durchsetzen wird, wären die meisten dieser Speicher unter guten Einstrahlungsbedingungen bereits vor dem Erreichen des mittäglichen Erzeugungsmaximums vollständig geladen.
In diesem Moment würde die Leistung dieser Anlagen mehr oder weniger abrupt ins Netz abgegeben, das dadurch einen plötzlichen Leistungszuwachs verkraften müsste.
Dieses Problemszenario lässt jedoch wichtige Aspekte außer Acht.
Neben der räumlichen Verteilung der Anlagen (unterschiedliche Längengrade der Standorte sowie gegebenenfalls unterschiedliche Wetterverhältnisse) wirken auch unterschiedliche Generatorausrichtungen, Speichergrößen und Anlagenleistungen dem angenommenen Gleichzeitigkeitseffekt entgegen.
Ein anderer, bislang nicht berücksichtigter Punkt betrifft die Ladekennlinie typischer Speichersysteme.
Denn zumindest bei den heute gängigen Typen springt der Ladestrom keinesfalls plötzlich auf null, wenn die Batterie voll geladen ist.
Stattdessen sorgt der Ladealgorithmus für eine vergleichsweise sanfte Abregelung des Ladestroms. Im Gegensatz zur PV-Erzeugung ist die Lade- oder Entladeleistung auch jederzeit kontrollierbar, sodass Leistungssprünge leicht vermieden werden können. Gegen Leistungssprünge in der befürchteten Größenordnung spricht auch die Tatsache, dass für die Eigenverbrauchserhöhung eine vergleichsweise geringe Speicherleistung am wirtschaftlichsten ist – nicht zuletzt wegen dem leistungsabhängigen Batteriewirkungsgrad. In der Regel wird daher selbst ein mittags bei Sonnenschein abrupt endender Ladevorgang keinen Leistungssprung in Höhe der maximalen PV-Leistung verursachen.
Das Ein- und Ausschalten größerer Verbraucher im Haushalt hat meist deutliche stärkere Auswirkungen.
Feldtest bestätigt Netzentlastung
Bestätigt wird diese Einschätzung auch durch einen Feldtest von
SMA, in dem die Betriebsdaten von 10 PV-Anlagen mit netzgekoppelten Speichern über 12 Monate erfasst wurden.
Da sich die Wirkung des Speichersystems einfach herausrechnen lässt, stehen auch die entsprechenden Vergleichswerte zur Verfügung.
Das Ergebnis:
Bei keiner Anlage und an keinem einzigen Tag zeigen die aufgezeichneten Leistungsdaten eine höhere, vom Speicher verursachte Dynamik in der Netzaustauschleistung – im Gegenteil.
Bei gleichbleibenden Maximalwerten sind die mittleren Änderungsraten der Netzaustauschleistung in allen Fällen gesunken.
Beim System mit der kleinsten PV-Peakleistung verringerte sie sich um rund 26% – wohlgemerkt trotz der auf Eigenverbrauchsmaximierung ausgelegten Betriebsführung der Speicher.
Die Bilder 2 und 3 zeigen beispielhaft die Erzeugungs- und Verbrauchsdaten eines Vierpersonen-Testhaushalts mit einer 5,6kWp Anlage, zunächst ohne und dann mit 5,4kWh Speichersystem.
Abgesehen von der verringerten Einspeisung aufgrund der Solarstrom-Zwischenspeicherung ist gut zu erkennen, dass die größten Schwankungen in der Netzaustauschleistung hauptsächlich durch die Aktivierung leistungsstarker Verbraucher verursacht werden und keineswegs durch das 2,2kW Lade-/und Entladeleistung.
Dennoch nimmt die Dynamik der Netzaustauschleistung insgesamt ab, was sich ja auch in den erwähnten Jahresmittelwerten widerspiegelt.
Zusätzliche Netzentlastung durch intelligente Speicher
Mit einer Betriebsführung, die den Schwerpunkt ganz bewusst auf die Netzentlastung legt, lässt sich dieser positive Effekt aber noch steigern.
Denkbar ist zum Beispiel eine Orientierung an der Funktionsweise des sogenannten „Peak Shaving“: Erzeugungsspitzen, die nicht zeitgleich von entsprechenden Lasten ausgeglichen werden, nimmt das Speichersystem auf, sodass eine definierte Einspeiseleistung nicht überschritten wird.
Im umgekehrten Fall begrenzt der Speicher den Leistungsbezug aus dem Netz, indem er gegebenenfalls zusätzliche Leistung zur Verfügung stellt. Bild 4 zeigt diese Betriebsweise auf Basis der realen Erzeugungs- und Verbrauchswerte aus dem
SMA-Feldtest.
Die Batterie wird jetzt erst beim Überschreiten von 1,9 kW Einspeiseleistung geladen und kann dafür über den gesamten Erzeugungszeitraum Erzeugungsspitzen zwischenspeichern.
Bei identischer Eigenverbrauchssteigerung gegenüber dem herkömmlichen Speichersystem sorgt diese einfache Zusatzregel für eine reduzierte Dynamik der Netzaustauschleistung und kleinere Maximalwerte.
Die Grafik verdeutlicht das Entlastungspotenzial von intelligenten, lokalen Speichersystemen.
Voraussetzung ist jedoch eine zuverlässige PV-Erzeugungsprognose, damit die Batterie auch bei einem unregelmäßigen Einstrahlungsverlauf vollständig geladen werden kann.
Fast ebenso bedeutsam sind jedoch Informationen über das zu erwartende Lastprofil des Haushalts und die zeitlich genaue Erfassung der Verbrauchsleistung.
Denn jeder zeitgleich zur PV-Erzeugung stattfindende Verbrauch reduziert die Netzaustauschleistung und damit auch den Speicherbedarf.
Und die hohe zeitliche Auflösung der Leistungsmessung ist entscheidend für die Ausregelung von schnell taktenden Verbrauchern, wie Elektroherden.
Die Ideallösung ist daher ein Speicher als Bestanteil eines intelligenten, lokalen Energiemanagementsystems, wie dem neuen Sunny Home Manager von
SMA.
Neben einer Erzeugungs- und Lastprognose kann das Gerät mit drei S0- und D0-Zählerschnittstellen alle relevanten Energieflüsse im Haushalt erfassen.
Zusätzlich verfügt es über die Möglichkeit, den Betriebszeitpunkt einzelner Stromverbraucher automatisch und bedarfsgerecht zu steuern.
Auf Basis eines solchen umfassenden Energiemanagementsystems können Speicher zur Netzentlastung beitragen und gleichzeitig den Eigenverbrauchsanteil, die Autarkie und die Versorgungssicherheit erhöhen.
Literatur
[1] European Energy Exchange AG, Leipzig:
www.transparency.eex.com/de/
www.sma.de
Quelle:
http://www.ba-online.info/815-0-Dezentrale+Batteriespeicher+fuer+die+Stromversorgung+der+Zukunft.html?fontsize=1
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