Post on 09-Oct-2020
„Synergieeffekte durch dezentralem
Verbund von Photovoltaik,
Solar-Therme und Energiespeicherung“
Weidhase, F.: Hochschule-Lausitz, Lehrstuhl für funkbasierende und optische
Kommunikationssysteme
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Vortrag anlässlich des 3.PV-Meetings an der Hochschule Lausitz
Schwerpunkte des Vortrages
– Ausgangslage
– Photovoltaik
– Solartherme
– Windkraft
– Speicherung von thermischer Energie
– Speicherung von elektrischer Energie
Schaltungstechnik und Kommunikation erforderlich
Ausgangspunkt für Ideen zukünftiger Projekte
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Ausgangslage • Neubewertung von Atomstrom nach Reaktorunfällen
• Absenkung der Förderung
• Strompreiserhöhungen
• Überhang zu bestimmten Zeiten
Verstärkte Nutzung erneuerbarer Energien
Druck zur Effektivitätserhöhung
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Atomkatastrophen haben zu einer Neubewertung
und deutlichen Zuwendung zum Einsatz
erneuerbarer Energien geführt
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Der Reaktorunfall in Fukushima wurde auf das
Niveau der Reaktorkatastrophe von
Tschernobyl eingestuft
Reaktorunglück in
Tschernobyl in der UdSSR
am 28. April 1986
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Quelle: http://www.heise.de/tp/r4/artikel/32/32907/32907_2.jpg
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Die Abschaltung von
Kernkraftwerken führt dazu,
dass Deutschland Strom
importieren muss.
Strompreiserhöhungen
700 Versorger haben bereits
in diesem Jahr ihre Strompreise
erhöht
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Mehrdimensionale Optimierung zur Ermittlung der wirtschaftlichsten Stromspeichergröße
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Siehe: Götzel, St.: „Analyse ökonomischer Effekte bei der Nutzung elektrischer Energiespeicher im Zusammenhang mit
der Verwertung regenerativer Energien (PV, Wind)“. Bachelorthesis an der Hochschule Lausitz (2011)
Betreuung: Prof. F. Weidhase und B. Sc. G. Fischer
Zukünftiges Szenario mit Lithium-Speicher:
Strombezugspreis: 50 Ct/kWh ohne Anstieg
Modulpreise: 20 €/kWp
Leistungsdegradation: 0,1 % (Module)
Speicherpreis: 10 €/kWh
Zyklenanzahl: 7.000
bei Speichernutzung: 90 %
Systemwirkungsgrad: 90 %
Vergütung für Einspeisung 0 Ct/kWh
Als Kriterium gilt die
minimale Amortisationszeit.
Gegenwärtiges Szenario mit Pb-Speicher:
Strombezugspreis: 15 Ct/kWh ohne Anstieg
Modulpreise: 300 €/kWp
Leistungsdegradation: 0,5 % (Module)
Speicherpreis: 200 €/kWh
Zyklenanzahl: 5.000
bei Speichernutzung: 50 %
Systemwirkungsgrad: 85 %
Vergütung für Einspeisung 0 Ct/kWh
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Windenergienutzung
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Kleinwindanlagen • Die Netzstabilität kann bei einer zunehmenden Versorgung
Deutschlands mit regenerativen Energien gesichert werden kann.
• Wind-, Biogas- und Solarstromanlagen werden mit neuen Informations- und Kommunikationstechniken zu einem virtuellen Kraftwerk verknüpft.
• Kleinwindanlagen mit vertikale Drehachse sind für Inselbetrieb, Wassererwärmung geeignet, windrichtungsunabhängig und laufen bereits bei 2-3m/s an. Aber auch bei sehr hohen Windgeschwindigkeiten über 50 m/s ( 200 km/h ) produzieren diese Rotoren noch Nennstrom. Hervorzuheben ist auch ein nahezu lautloser Betrieb.
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http://www.reg-energiemix.de/Windkraft.htm
Ausbeute von Kleinwindanlagen
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http://www.wind-energie.de/fileadmin/BWE-Fachtagungen/KWEA%20Syposium/Vortraege/BWE-KWEA2_Technologie_peters.pdf
Beispiel einer Solartherme im Mix mit PV
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In Solarthermen werden bis 2600C bei 6 bar erreicht.
Quelle: http://www.fksolar.de/index.php?option=com_phocadownload&view=section&id=1&Itemid=23
Neuartiges Dämmsystem
• Das Sammlerrohr ist mit hochtemperaturfester, gepresster Mineralwolle gedämmt
• Der U-Wert liegt bei ca. 35% eines Flachkollektors
• Spezielle Dämmteile schützen die Verbindung von Kollektor zu Kollektor
• Durch Deckelung der Röhre gibt es eine weitere Minimierung von Wärmeverlusten
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http://www.fksolar.de/index.php?option=com_content&view=article&id=1&Itemid=8
Der Maximum Power
Point (MPP) kann bei
Microinvertern in
Abhängigkeit von der
Bestrahlungsstärke
individuell und
intelligent (smart)
geregelt werden.
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Typische
Kennlinien
Quelle: http://www.nils-isfh.de/joomla/
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Dezentrale Energiewandlung
Realisierungsbeispiel
eines dezentralen DC/DC-Microinverters
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Die SolarEdge Modul-Add-On PowerBox ist eine leicht installierbare Lösung für praktisch jedes c-Si
Modul. Sie fungiert als DC/DC-Wandler und bedarf einen zusätzlichen zentralen Inverter.
Leistungssteigerungen bis 25 % bei verringertem Verkabelungsaufwand werden avisiert.
Quelle:
http://www.solaredge.de/groups/de/powerbox/module-add-on
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EPC1012 Gallium-Nitrid-FET-Transistor VDSS – 200 V
RDS(on) – 100 mOhm
ID Cont. – 3 A
ID Puls – 12 A
QGS – 0,37 nC
Preis: 4,40 €
„BUMPED DIE“ - Gehäuse
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Step-Down-Board
15 A / 40 V / 600 W
Realisierungsbeispiel eines dezentralen DC/AC-Inverters
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Enphase Microinverter sind eine leicht installierbare Lösung, welche als DC/AC-Wandler gleich
Wechselspannung ohne zentrale Inverter ausgibt.
Leistungssteigerungen bis 25 % bei verringertem Verkabelungsaufwand und Einsparung des zentralen
Inverters werden avisiert.
Quellen:
http://www.enphaseenergy.com/products/products/micro-inverter.cfm
http://www.eco-trees.org/a-new-micro-inverter-system-that-increase-solar-output/
http://www.enphaseenergy.com/downloads/M200_M175_User_Manual_20081110.pdf
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Spezifischer Heizenergiebedarf eines Einfamilienhauses
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http://www.energiedialog2000.de/kwk-agfw-studie(kf).html
Latentwärmespeicher
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http://drsol.de/referenzen-latentspeicher.html
http://www.fvee.de/fileadmin/publikationen/Themenhefte/th2006/th2006_03_03.pdf
Einsatz von beispielsweise:
• Wasser (00C)
• Paraffin (50 bis 1000C)
• Salzen (100 bis 4000C)
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Quelle:
http://www.unendlich-viel-energie.de/uploads/media/Solarenergie_-_Waerme_von_der_Sonne.jpg
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Dezentrale Energiespeicherung Mix von PV und Therme
Es geht um Strategien und Technologien einer pluralistischen Fern- und Nahwärmeversorgung!
Quellen:
http://www.solar-is-future.de/energiequelle-sonne/so-funktioniert-solarthermie/waerme-durch-licht/index.html
http://www.solar-is-future.de/energiequelle-sonne/so-funktioniert-solarthermie/dimensionierung/index.html
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Erforderlicher Bedarf
Kollektorfläche Warmwasser zu 60 %:
• 1,5 m2 Flachkollektorfläche pro Person
• 1 m2 Vakuumröhrenkollektorfläche pro Person
Speichervolumen Warmwasser zu 60 %:
• 80 - 100 Liter pro Person
Kollektorfläche Heizung zu 25 %:
• 10 m2 pro Haushalt
Speichervolumen Heizung zu 25 %:
• 10 m³ Wasser pro Haushalt
Eine Autoakkumulator schafft 10 kWh
• d.h. ca. 20 % des Tagesbedarfes einer Person
Wirkungsgrade Energiewandlungen, insbesondere
von Wärme zu Strom sind sehr
ineffektiv. Der Seebeckeffekt schafft
z.B. max. 14 %.
Sonnenkollektor mit
Wärmespeicher
PV mit Inverter und
Akkumulator
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