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Ergebnisse aus dem Projekt MULTIELEMENT

M. Roos1, A. Maas², N. Boyanov³, N. Henze1 1 Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik IWES, Königstor 59, D-34119 Kassel, Tel.: 0561 7294-235, Fax: 0561 7294-200, E-Mail: [email protected]

² Universität Kassel, Fachbereich Architektur, Stadtplanung, Landschaftsplanung, Fachgebiet Bauphysik³ Universität Kassel, Fachbereich Wirtschaftswissenschaften

Einfluss von PV-Anlagen auf den Primärenergiebedarf von Gebäuden nach EnEV 2009

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Folie 2

Hintergrund: Anrechnung von Strom aus erneuerbaren Energien nach EnEV 2009 (ergänzt durch Auslegungsregeln vom BSSR)

Bei neu zu errichtenden Gebäuden und bei Sanierungen mit wesentlichen Veränderungen

PV-Anlage muss in unmittelbarem, räumlichen Zusammenhang stehen

Strom muss vorrangig selbst genutzt werden (§33 EEG, Absatz 2)

Der Ertrag einer PV-Anlage ist mit geeigneten technischen Regeln zu berechnen. (DIN EN 15316-4-6, Strahlungswerte aus DIN V 18599-10)

PV-Strom wird vom Gesamtendenergiebedarf Strom abgezogen. Die Bilanzierung erfolgt monatsweise (DIN V 18599:2007-2)

Strom aus erneuerbaren Energien kann vom „Endenergiebedarf Strom“ abgezogen werden (§5)

PV-Anlagen senken den Primärenergiebedarf Qp eines Gebäudes

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Folie 3

Quelle: ea-nrw

Bilanzierung Endenergiebedarf Strom

1. Hilfsenergie Qf,aux

(neu Wf)

2. Energiebedarf für elektrische WW-Bereitung,

Beheizung, Kühlung, RLT Qf,el

3. Beleuchtung Ql,f

(Nur bei Nichtwohngebäuden)

Bilanzierung von Strom nach EnEV:

Nur rechnerisch ermittelter Strombedarf für Raum-Konditionierung und Warmwasser-Bereitung!

Nicht: Elektrische Geräte

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Folie 4

Berechnung der Primärenergiesenkung

Primärenergiesenkung

Δ Qp = Angerechnter PV-Strom x Primärenergiefaktor (zurzeit 2,6)

(neu: 2,4)

∑ Hilfsenergie Strom: Qf,aux (Wf)

+ ∑ Strombedarf für Raum-Konditionierung: Qf,el,(Bedarf)

+ Strombedarf für Beleuchtung (bei NWG) Qf,l

- PV-Ertrag QPV,f (neu: Qf,prod)

Endenergiebedarf Strom Qf,el (≥ 0)

Monatsweise Berechnung nach DIN V 18599

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Folie 5

Ausgangssituation

Energieberater hatten bisher wenig Information über die Anrechnung von PV

Wie funktioniert es?

Kann meine EnEV-Software das?

Lohnt es sich überhaupt?

Größenordnung?

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Folie 6

Studienarbeit zur Abschätzung der Senkungspotenziale

Randbedingungen

Referenzklima DIN V 18599-10:2007-2

Nachweis EnEV 2009 nach DIN V 18599:2007-2

Software

EPASS HELENA® 5.4 Ultra

PV*Sol Expert 4.0

:2007-2:2007-2

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Folie 7

Referenzgebäude

Wohngebäude

2 Geschosse, 110 m² Wohnfläche, 148,8 m² beh. Nutzfläche, 465 m³ beh. Volumen

Bürogebäude

3 Geschosse, 6998 m² Bruttogrundfläche, 5949 m² Nettogrundfläche, 19317 m³ Nettovolumen

* Modellhäuser wurden vom Zentrum für umweltbewusstes Bauen (ZUB) in Kassel aus einer Datenbank zur Verfügung gestellt

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Folie 8

Ergebnisse im Überblick

% % [kWh/(m²a)]

Heizu

ng

War

mw

asse

r

Kühl

ung

Bele

ucht

ung

Ende

nerg

iebe

darf

Stro

m

Ende

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ung

vom

So

ll-W

ert

Prim

ärne

rgie

-be

darf

Stro

m

Senk

ung

EnEV-Standard 45,9 8,9 - - 3,9 93,3 4% 102,8 102,8 100% 10,0 10%

EnEV-Standard (Wärmepumpe)

53,9 8,9 - - 24,6 24,6 100% 64,0 102,8 62% 64,0 100%

Passivhaus-Niveau 15,2 8,9 - - 12,8 12,8 100% 33,4 67,3 50% 33,4 100%

Bestandsgebäude 92,0 8,9 - - 1,9 215,5 1% 226,6 143,3 158% 4,9 2%

EnEV-Standard 67,7 5,2 49,3 15,7 50,5 148,1 34% 232,6 232,5 100% 131,2 56%

EnEV-Standard (Wärmepumpe)

76,6 5,2 49,1 15,7 68,5 68,5 100% 178,2 228,3 78% 178,2 100%

Passivhaus-Niveau 18,7 5,2 11,8 13,8 32,4 32,4 100% 84,3 153,1 55% 84,2 100%

Bestandsgebäude 184,6 5,2 44,2 17,4 43,7 329,6 13% 409,2 322,4 127% 113,6 28%

Nutzenergiebedarf Endenergiebedarf Primärnergiebedarf

Energieeffizienz-standard

[kWh/(m2•a)][kWh/(m2•a)][kWh/(m2•a)]

Büro

gebä

ude

Einf

amili

enha

usGe

bäud

etyp

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Folie 9

Beispiel EFH, Effizienz EnEV-Standard, 3 kWp PV-Anlage

Strombilanz EFH EnEV-Standard mit 3 kWp PV-Anlage 30° Neigung, kristallin, hinterlüftet

050

100150200250300350400450

Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez

Endenergiebedarf Strom ohne PV PV-ErtragAngerechneter PV-Strom Resultierender Endenergiebedarf Strom

kW

h

Monatsbilanz

JahresbilanzStrom-bedarf

Primärenergie-bedarf Strom

Primärenergie-bedarf gesamt

PV-Ertrag Angerechneter

PV-StromPrimärenergie-

senkung

Absolut [kWh] 574 1493 15297 2981 567 1475

Anteilig 10% 100% 19% 10%

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Folie 10

EFH mit elektrischer Wärmepumpe

EnEV Standard + el. Wärmepumpe

Angerechneter Anteil PV-Jahresertrags 48%

Qp-Senkung 39%

Passivhausniveau (mit WP)


Qp-Senkung 62%

Strombilanz EFH Passivhaus-Niveau (mit WP) mit 3 kWp PV-Anlage - 30°Neigung, Süd, kristallin, hinterlüftet

050

100150200250300350400450


Endenergiebedarf Strom ohne PV PV-ErtragAngerechneter PV-Strom Resultierender Endenergiebedarf Strom

kW

h

Strombilanz beim EFH-EnEV-Standard mit el. Wärmepumpe, 3 kWp PV-Anlage - 30° Neigung, Süd, kristallin, hinterlüftet

0

100

200

300

400

500

600

700

800


Endenergiebedarf Strom PV-ErtragAngerechneter PV-Strom Verbleibender Strombedarf

kWh

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Folie 11

Beispiel Bürogebäude, EnEV-Standard, 100 kWp-Anlage

Strombilanz Bürogebäude EnEV-Standard mit 100 kWp PV-Anlage (Süd, 30° Neigung, kristallin, frei aufgestellt)

0

10

20

30

40

50

Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov DezEndenergiebedarf Strom PV-ErtragAngerechneter PV-Strom Resultierender Endenergiebedarf Strom

MW

hMonatsbilanz

JahresbilanzStrom-bedarf

Primärenergie-bedarf Strom

Primärenergie-bedarf gesamt

PV-Ertrag Angerechneter PV-

StromPrimärenergie-

senkung

Absolut [MWh] 300 781 1383 102 102 266

Anteilig 56% 100% 100% 19%

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Folie 12

Beispiel Bürogebäude mit elektrischer Wärmepumpe

Strombilanz Bürogebäude EnEV-Standard mit WP und 100 kWp PV-Anlage (30° Neigung, kristallin, frei aufgestellt)

0

10

20

30

40

50


MW

h

Strombilanz Bürogebäude Passivhaus-Niveau und 100 kWp PV-Anlage (30° Neigung, kristallin, frei aufgestellt)

0

10

20

30

40

50


MW

h

EnEV Standard + el. Wärmepumpe


Qp-Senkung 25%

Passivhausniveau (mit WP)


Qp-Senkung 53%

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Folie 13

Primärenergiesenkung in Abhängigkeit der PV-Leistung

Primärenergiesenkung beim Einfamilienhaus EFH Dach, 30° Neigung, Süd, monokristall in, mäßig hinterlüftet

0%

25%

50%

75%

100%

0 5 10 15 20 25 30 35

PV-Anlagenleistung in kWp

Qp-

Senk

ung

EnEV-Standard

EnEV-Standard + WP el

Passivhaus-Niveau

Bestandsgebäude

110 m² Wohnfläche

ca. 62%

3 kWp

"Null-Energie-Passiv-Haus" bei ca. 18 kWp

ca. 10%

Die maximale Qp-Senkung liegt beim EFH mit EnEV-Standard bei knapp 10%

Beim EFH EnEV-Standard mit Wärmepumpe kann mit einer 3 kWp PV-Anlage eine Qp-Senkung um 40% erreicht werden

Beim Passivhausstandard kann eine 3 kWp PV-Anlage den Qp um 62% senken.

Mit einer PV-Anlagenleistung von 18 kWp könnte ein Nullenergiehaus bilanziert werden

Wohngebäude - EFH

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Folie 14

Primärenergiesenkung in Abhängigkeit der PV-Leistung

Bei Energieeffizienz EnEV-Standard kann Qp um mehr als 50% gesenkt werden

Mit Wärmepumpe und einer 500 kWp PV-Anlage kann Qp um 75% gesenkt werden.

Mit Passivhaus-Niveau kann eine 500 kWp PV-Anlage den Qp um 90% senken.

Mit einer PV-Anlagenleistung von 1,3 MWp könnte ein Nullenergiehaus bilanziert werden

Primärenergiebedarfssenkung beim Bürogebäude Dach, 30° Neigung, Süd, monokristall in, frei aufgestellt

0%

25%

50%

75%

100%

0 250 500 750 1000 1250 1500PV-Anlagenleistung in kWp

Qp-

Senk

ung

EnEV-Standard

EnEV-Standard + WP el

Passivhaus-Niveau

Bestandgebäude

5949 m² Nettogrundflächeca. 90%"Null-Energie-Passiv-Haus"

bei ca. 1,3 MWp

500 kWp

ca. 53%

Nichtwohngebäude - Bürogebäude

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Folie 15

Ergebnis

Der Einfluss der Photovoltaik auf den Primärenergiebedarf eines Gebäudes steigt mit verbessertem Wärmeschutz und bei Einsatz von Strom als Energieträger (z.B. Durchlauferhitzer, Wärmepumpe).

Die Kombination von Wärmepumpen und PV-Anlagen ermöglicht insbesondere bei hohem Effizienzstandard der Gebäudehülle bilanztechnisch »Qp-Null-Gebäude«.

Bei Wohngebäuden mit konventioneller Anlagentechnik und Effizienzstandard nach EnEV ist der Einfluss einer PV-Anlage auf den Primärenergiebedarf nach aktueller Rechenvorschrift vergleichsw. gering.

Bei Bürogebäuden oder Industriegebäuden können wegen des ganzjährig hohen Strombedarfs für Beleuchtung und Klimatisierung deutlich höhere Primärenergiebedarfs-Senkungen erreicht werden.

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Folie 16

Änderungen durch die neue DIN V 18599:2011-12

Neuer Teil 9: End- und Primärenergiebedarf von stromproduzierenden Anlagen

Erfassung von Endenergieströmen für produzierte Energie Qf,prod

Berechnungsverfahren für PV-Ertrag

PV ist in der Übersichtsgrafik gleich-berechtigt neben BHKW und Wind

Neue Primärenergiefaktoren fp für Strom (nicht erneuerbarer Anteil)

allgemeiner Strommix : 2,4 (bisher 2,6)

NEU: Verdrängungsstrommix : 2,8*

Neue Referenzklimadaten: Referenzstandort Potsdam, neue Globalstrahlung: 1072 kWh/(m²a), bisher: 1120 kWh/(m²a) (-4%)

* Wird relevant bei Effizienzhaus-Plus – eingespeister Strom

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Folie 17

Auswirkungen

EnEV-Software-Hersteller haben nun verbindliche Vorgaben, PV in die EnEV-Bilanzierung einzubinden

Energieberater können dann ohne hohen Aufwand mit PV bilanzieren

Senkungs-Potenzial sinkt durch neuen Primärenergiefaktor und neues Referenzklima mit einer geringere Einstrahlung

Beim Bild in Teil 9 muss aber noch nachgebessert werden!

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Folie 18

Neue Klimadaten

Vergleich Referenzklima DIN V 18599-10 2007 / 2011

0

50

100

150

200

250

300

Jan Feb Mär Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez

W/m

²

-5

0

5

10

15

20

25

°C

Strahlungsintensität horizontal 2011 Strahlungsintensität horizontal 2007

Außenlufttemperatur (C°) 2011 Außenlufttemperatur (C°) 2011

Aktualisierte Testreferenzjahre vom DWD mit 15 verschiedenen Referenzklima-Regionen

Für öffentlich-rechtliche Nachweise gilt das Referenzklima Deutschland: Klimastandort Potsdam

Globalstrahlung ist um 4% geringer als früher

Außentemperatur ist höher

kWh/m² Mittlere monatliche Strahlungsintensität Is (W/m²) kWh/m²Jahr Jan Feb Mär Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Jahr

Strahlungsintensität hor. 18599:2011 1072 29 44 97 189 221 241 210 180 127 77 31 17 1072Außenlufttemperatur (C°) 18599:2011 9,5 1 1,9 4,7 9,2 14,1 16,7 19 18,6 14,3 9,5 4,1 0,9 9,5Strahlungsintensität hor. 18599:2007 1120 33 52 82 190 211 256 255 179 135 75 39 22 1120Außenlufttemperatur (C°) 18599:2007 8,9 -1,3 0,6 4,1 9,5 12,9 15,7 18 18,3 14,4 9,1 4,7 1,3 8,9

Monatliche Energieeinstrahlung nach Referenzklima DIN V 18599

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

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Jahresenergieeinstrahlung nach Referenzklima DIN V 18599

0

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0,8

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1,2

1

Ein

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Folie 19

Energieeffizienz-Haus-Plus

Aktuell sehr im Fokus des Bundesministeriums für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS)

Definition: Effizienzhaus-Plus-Niveau1

1. Jahresprimärenergiebedarf ∑Qp < 0 kWh/m²a UND

2. Jahresendenergiebedarf ∑Qe < 0 kWh/m²a

Alle sonstigen Bedingungen der EnEV 2009 sind einzuhalten.

Bewertungsmethode: Erweiterter EnEV-Nachweis mittels Primärenergiebedarf nach DIN V 18599 (Primärenergiefaktoren nach Ausgabe 2011)

+ normierter Beleuchtungs- und Haushaltsbedarf (Geräte mit höchsten Energieeffizienzlabels, intelligente Zähler)

- netzeingespeister, innerhalb der Bilanzgrenze erzeugter, regenerativer Energieüberschüsse

Bilanzgrenze: Grundstücksgrenze

Neue Bilanzregeln: in einem Beiblatt zur DIN V 18599 - noch nicht veröffentlicht – oder in Anhang zu EnEV

1 Bekanntmachung des Bundesministeriums für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung über die Vergabe von Zuwendungen für Modellprojekte im „Effizienzhaus-Plus-Standard“

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Folie 20

Fazit

PV ist als Teil der Anlagentechnik nach EnEV „angekommen“

Mehr und mehr Energieberater bilanzieren auch PV beim EnEV-Nachweis

Die Kombination „Passivhaus-Niveau – Wärmepumpe – Photovoltaik“ führt zu sehr niedrigem Primärenergiebedarf

Der Einfluss einer PV-Anlage auf den Primärenergie-bedarf wird umso geringer, je höher der Anteil der Erneuerbaren am allgemeinen Strommix wird

Im Rahmen der Entwicklung hin zu Energie-Plus-Gebäuden wird die Photovoltaik eine wichtige Rolle spielen und nach anderen Regeln bilanziert werden

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