Optimierung des Eigenverbrauchs von Photovoltaikanlagen mit Speicher

Michael Roskosch Geboren am 11. Februar 1987 in Bergisch Gladbach

2. August 2013

Bachelorarbeit Elektrotechnik Betreuer: Prof. Dr. Eberhard Waffenschmidt

Institut für Elektrische Energietechnik

Fakultät für Informations-, Medien- und Elektrotechnik der Fachhochschule Köln

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Diese Arbeit wurde in der Zeit von Mai 2013 bis August 2013 an der Fakultät für Information-, Medien- und Elektrotechnik der Fachhochschule Köln University of Applied Science Cologne unter der Betreuung von Herrn Prof. Dr. Eberhard Waffenschmidt angefertigt. Referent: Prof. Dr. Eberhard Waffenschmidt Korreferent: Prof. Dr.-Ing. Christof Humpert

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Erklärung: Hiermit versichere ich, dass ich die vorliegende Bachelorarbeit selbstständig und unter Benutzung keiner anderen Quellen als der genannten verfasst habe. Alle aus solchen Quellen wörtlich oder sinngemäß übernommenen Passagen habe ich im Einzelnen unter Zitierung und Angabe des Fundortes gekennzeichnet. ___________________________________ Michael Roskosch

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Danksagung An dieser Stelle möchte ich mich bei allen bedanken, die zum Entstehen dieser Arbeit beigetragen haben. Ich bedanke mich bei Herrn Prof. Dr. Waffenschmidt für die Vergabe dieses äußerst spannenden Themas, sowie viele hilfreiche Denkanstöße und Anregungen. Herrn Prof. Prof. Dr.-Ing. Humpert für seine sofortige Bereiterklärung den Posten des Zweitprüfers für diese Arbeit zu übernehmen. Für Korrekturlesen und ständige Motivation danke ich außerdem Julia, Tina, Kevin, Hilal und Simon. Außerdem möchte ich mich bei meinen Eltern W. und W. Roskosch für ihre Unterstützung während des gesamten Studiums bedanken.

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Inhaltsverzeichnis

1 Einführung .......................................................................... 7

1.1 Einleitung............................................................................................................ 7

1.2 Motivation .......................................................................................................... 7

2 Grundlagen ........................................................................ 8

2.1 Photovoltaikmodul ............................................................................................. 8

2.1.1 Photovoltaikkosten ..................................................................................... 8

2.2 Solar Wechselrichter .......................................................................................... 9

2.3 Laderegler .......................................................................................................... 9

2.4 Akkumulator ..................................................................................................... 10

2.4.1 Grad der Entladungstiefe .......................................................................... 11

2.5 Stromzähler ...................................................................................................... 11

2.6 Aufbau der Anlage ............................................................................................ 12

2.7 Erneuerbare-Energien-Gesetz .......................................................................... 13

2.8 KfW - Speicherförderung .................................................................................. 14

2.9 Standardlastprofil ............................................................................................. 14

2.10 LabVIEW ........................................................................................................... 16

3 Simulation ........................................................................ 17

3.1 Quelldaten ........................................................................................................ 17

3.1.1 Zeit ............................................................................................................ 18

3.1.2 Photovoltaik .............................................................................................. 18

3.1.3 Lastprofil ................................................................................................... 20

3.2 Eingabemöglichkeiten ...................................................................................... 20

3.2.1 Photovoltaik .............................................................................................. 21

3.2.2 Solare Erträge ........................................................................................... 21

3.2.3 Standardlast .............................................................................................. 22

3.2.4 Speicherkapazität ...................................................................................... 22

3.2.5 Lade- und Entladewirkungsgrad ............................................................... 22

3.2.6 Kosten – Photovoltaik ............................................................................... 23

3.2.7 Kosten – Speicher ..................................................................................... 23

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3.2.8 Kosten – diverse Fixkosten ........................................................................ 23

3.2.9 Strompreis und Vergütung ........................................................................ 24

3.2.10 Zyklen ........................................................................................................ 24

3.2.11 Lebensdauer – Photovoltaik - min./max. .................................................. 25

3.2.12 Lebensdauer – Speicher - min./max. ........................................................ 25

3.2.13 Lebensdauer – diverse Fixkosten - min./max. .......................................... 26

3.2.14 Anzeigebereich .......................................................................................... 26

3.3 Die Funktionsweise der Simulation .................................................................. 27

4 Ergebnisse und Auswertung .............................................. 28

4.1 Vergleich von verschiedenen Lastprofilen ....................................................... 28

4.1.1 E.ON Standardlastprofil H0 ....................................................................... 28

4.1.2 E.ON Standardlastprofil G1 ....................................................................... 46

4.1.3 Lastprofil – Real ......................................................................................... 48

4.1.4 Lastprofil – Erzeugt .................................................................................... 52

4.1.5 Lastprofil Fazit ........................................................................................... 55

4.2 Vergleich von verschiedenen Speichertypen ................................................... 57

4.2.1 Nickel-Metallhydrid ................................................................................... 57

4.2.2 Lithium-Ionen ............................................................................................ 58

4.2.3 Redox-Flow ................................................................................................ 61

4.3 Beispiel für eine konkrete Realisierung ............................................................ 63

5 Zusammenfassung und Ausblick ........................................ 66

5.1 Zusammenfassung ............................................................................................ 66

5.2 Ausblick ............................................................................................................. 66

Anhang .................................................................................. 68

Literaturverzeichnis ................................................................ 71

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1 Einführung

1.1 Einleitung

Durch den stetigen Ausbau der Photovoltaikanlagen kommt es in den Mittagsstunden, gerade in ländlichen Gegenden, zu immer stärkeren Netzbelastungen. Die Leitungen wurden ursprünglich auf eine zentrale Energieversorgung ausgelegt, sodass immer die Energie geliefert wird, die auch benötigt wird. Um den neuen Belastungen entgegen zu wirken, muss das Netz ausgebaut werden. Die Vergütung für neuinstallierte Photovoltaikanlagen nimmt immer weiter ab. Obwohl die Kosten für die Anlagen sinken, lohnt es sich kaum noch, möglichst große Anlage auf dem Dach zu installieren. Der Drang, die Energie effizienter zu nutzen, wird immer größer. [1]

1.2 Motivation

Die Idee, mit dem Speicher die selbstproduzierte Energie zu speichern, ist nicht neu. Doch jetzt beginnen die Speicher günstig zu werden und vom Staat gefördert zu werden, sodass es für den Betreiber wirtschaftlicher wird. Es gibt viele Anreize, sich mit einem Speicher dezentral zu versorgen. So kann zum einen die Belastungen, die durch die Photovoltaik entstehen, gemildert werden, indem die Lastspitzen in die Abendstunden verlagert werden. Zum anderen kann es dazu beitragen, die Netzfrequenz zu stabil zu halten. Weiter kann ein Speicher helfen, die aus dem Netz bezogene Energie und die damit verbunden Kosten zu reduzieren. Mit einem ähnlichen Thema hat sich auch, im Jahr 2013, Maximilian Bruch in seiner Arbeit „Wirtschaftlichkeitsberechnung für Solarstromspeicher“ beschäftigt [2]. Unterschiede zu seiner Arbeit findet man im Detail, er hat zum Beispiel den solaren Ertrag künstlich mit einem Algorithmus erstellt.

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2 Grundlagen

2.1 Photovoltaikmodul

Ein Photovoltaikmodul (PV-Modul) besteht aus mehreren Solarmodulen und wandelt das Sonnenlicht durch den Photoeffekt in elektrische Energie in Form von Gleichstrom um. Die Nennleistung eines Moduls wird im Allgemeinen in Kilowattpeak (kWp) angegeben. Durch Standard-Testbedingungen ist es möglich verschiedene PV-Module in ihrer Leistungsfähigkeit zu vergleichen. Der Ertrag wird in Wattstunden (Wh) angegeben, der spezifische Ertrag in Wattstunden pro installierter Nennleistung (Wh/Wp bzw. kWh/kWp). In Deutschland installierte Anlagen liefern einen Jahresertrag zwischen 700 bis 1100 kWh/kWp. Der Ertrag im Sommer kann bis zu fünf-mal höher liegen gegenüber im Winter. Typische Wirkungsgrade der PV-Module liegen zwischen 10 und 20 Prozent. Die Lebensdauer der Module liegt bei etwa 30 bis 40 Jahren. Die von den Herstellern angegebenen Leistungsgarantien betragen 20-25 Jahre. Nach dieser Zeit erbringen sie noch eine Leistung von 80 bis 90 Prozent. [3] [4]

2.1.1 Photovoltaikkosten

Die Kosten für Photovoltaikmodule sind in den letzten Jahren stark gefallen, sodass eine häufige Neuberechnung notwendig wird. Für diese Bachelorarbeit wurden der Preis von 1548,8 €/kWp [5] ermittelt (Stand: Juli 2013). Abbildung 1 zeigt die Photovoltaikkosten in Abhängigkeit zur Leistung. Um Ungenauigkeiten zu minimieren, wurden die Kosten für Montage und Wechselrichter pauschal in Höhe von 100 €/kWp hinzuaddiert.

Abbildung 1: Photovoltaikkosten in Abhängigkeit zur Leistung.

y = 1548,8x + 967,07

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Euro

]

Photovoltaikleistung [kWp]

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2.2 Solar Wechselrichter

Der Solarwechselrichter ist ein Teil einer modernen Photovoltaikanlage, die den Gleichstrom aus Solarmodulen in Wechselstrom umwandelt. Der Strom wird mit dem Versorgungsnetz synchronisiert und eingespeist. Um Wartung und Instandhaltung effizienter zu gestalten, speichern Wechselrichter die Betriebsdaten, die per Ferndiagnose ausgelesen werden. Für alte Wechselrichter besteht kein Bestandschutz und müssen, sofern die Leistung 10 kWp übersteigt, fristgerecht umgerüstet werden, um die feste Einspeisevergütung nicht zu verlieren. [6] [7] [8]

2.3 Laderegler

Um einen Akkumulator ordnungsgemäß aufzuladen, benötigt man einen Laderegler. Die Aufgaben eines Reglers sind sehr umfangreich. Es muss darauf geachtet werden, dass der Akkumulator nicht überladen wird, aber auch die Ladespannung und der Ladestrom muss begrenzt werden. Simple Ausführungen sorgen bei der Einspeisung nur für eine konstante Spannung oder Strom und schalten sich nach einer vorgegebenen Zeit ab, ohne das gewünschte Ladeziel, den Akkumulator ordentlich vollzuladen, zu erreichen. Komplexere Systeme achten zur Steuerung der Ladung auf weitere Eigenschaften wie zum Beispiel der bisheriger Ladezustand, die Temperatur, die Kapazität und der Zustand des Akkumulators. [9] [10]

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2.4 Akkumulator

Ein Akkumulator ist ein wiederaufladbarer Speicher für elektrische Energie. Es gibt viele verschiedene Arten von Akkumulatoren, die speziell für den jeweiligen Einsatzort sorgfältig ausgesucht werden sollten. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird ein Solarakkumulator verwendet. Die wichtigsten Eigenschaften sind:

geringe Herstellungskosten, lange Lebensdauer, sehr Zyklenfest, kein Kapazitätsverlust, hohe Leistungsdichte, guter Wirkungsgrad, kein Memory-Effekt, unempfindlich gegenüber Über- und Tiefentladung, kann bei jedem Ladezustand ent- bzw. geladen werden, frei von giftigen Schwermetallen, geringe Selbstentladung.

Eigenschaften, die bei der Wahl des Speichers keine Rolle gespielt haben:

Gewicht, Volumen, Energiedichte, empfindlich gegen Falschpolen.

Ein perfekter Akkumulator existiert nicht, es kann nur ein bestmöglicher Kompromiss gefunden werden. Die vier Speichertypen aus Tabelle 1 bieten sich hierfür am meisten an. Im Kapitel 4.2 wird darauf näher eingegangen.

Tabelle 1: Charakterisierung der Speichertypen.

Im Rahmen der Simulation werden die in Tabelle 1 aufgeführten Preise verwendet, die Installations- und Wartungskosten in Höhe von 30 €/kWh enthalten. Es wird ausschließlich mit der praktisch nutzbaren Kapazität gerechnet. [11] [12] [13] [14]

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2.4.1 Grad der Entladungstiefe

Ein weiterer Fall zur Optimierung des Eigenbedarfs ist der Grad der Entladungstiefe, auch als Depth of Discharge (DoD) bekannt. So ist es möglich, durch Einschränkung der Nutzungskapazität, die Anzahl der Lade- und Entladeprozesse zu erhöhen, die äquivalenten Vollzyklen bleiben hingegen konstant. Dem Datenblatt der Firma Trojan Battery Company ist zu entnehmen, dass bei einem DoD von 50% die maximale Zyklenanzahl auf 2750 erhöht wird. Um die fehlende Kapazität auszugleichen, wird ein zweiter Akkumulator genommen, daher verdoppelt sich so der spezifische Preis. [15]

Abbildung 2: Anzahl der Zyklen in Abhängigkeit der Entladetiefe; Quelle: Trojan Battery Company (2012).

2.5 Stromzähler

Der Stromzähler ist ein Messinstrument, der die produzierte oder verbrauchte Energie misst. Der Zähler im Haushalt gibt sein Ergebnis in Kilowattstunden an.

Abbildung 3: Anschluss des Stromzählers an die Photovoltaikanlage; Quelle: photovoltaik-web.de (2013).

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Stromzähler sind notwendig, um die verbrauchte Energie des Haushalts zu ermitteln. Betreibt man eine Photovoltaikanlage, so benötigt man einen weiteren Stromzähler, um den Ertrag zu ermitteln. Beide Zähler müssen nicht denselben Wert anzeigen, weil die Möglichkeit besteht, dass die erzeugte Energie selbst verbraucht wird. [16] [17]

2.6 Aufbau der Anlage

Eine Photovoltaikanlage kann die erzeugte Energie, ohne einen Wechselrichter, direkt über einen Laderegler in den Speicher laden. Das hat den Vorteil, dass die Verluste gering bleiben. Der Nachteil besteht darin, dass ein teurer Wechselrichter vom Hersteller des Speichersystems gekauft werden muss.

Abbildung 4: Anschluss des Speichers an ein bestehendes System; Quelle: photovoltaik-web.de (2013).

Abbildung 4 zeigt den üblichen Aufbau. Der Gleichstrom der Photovoltaikanlage wird im Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt. Soll die Energie gespeichert werden, transformiert ein Batteriewechselrichter den Wechselstrom in Gleichstrom wieder um, damit der Speicher geladen werden kann. In der vorliegenden Arbeit spielt es keine Rolle welches System verwendet wurde. Der übliche Aufbau hat sich durchgesetzt, da ein Nachrüsten oder Erweitern des Speichers beliebig gewählt werden kann. [18]

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2.7 Erneuerbare-Energien-Gesetz

Das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) trat im April 2000 in Kraft und folgte auf das Stromeinspeisegesetz, welches im Jahre 1991 erstmals die systematische Förderung von regenerativ erzeugtem Strom festlegte. Der Grundgedanke des EEG ist, dem Betreiber einer Photovoltaikanlage 20 Jahre einen festen Vergütungssatz pro Kilowattstunde anzubieten. Das Gesetz regelt die bevorzugte Einspeisung von Strom aus erneuerbaren Quellen ins Stromnetz und garantiert deren Erzeugern feste Einspeisevergütungen. Der Vergütungssatz unterliegt einer monatlichen Degression um einen gewissen Prozentsatz. Das hat zu Folge, dass die auf 20 Jahre garantierte Einspeisevergütung geringer wird, je später die Anlage an das Netz angeschlossen wird. Seit April 2012 wurde die Bemessungsgrenze für die Anlagengröße neu definiert. Darüber hinaus besteht auch Anspruch auf unverzügliche und vorrangige Abnahme des zur Einspeisung angebotenen regenerativen Stroms, sowie dessen Übertragung und Verteilung. Der Netzbetreiber ist angehalten, für die Ausweitung der Netzkapazität zu sorgen. Droht eine Überlastung der Netze, greifen die Regeln zum Einspeisemanagement, wonach einzelne Anlagen gegen Entschädigung abgeriegelt werden können. [19]

Abbildung 5: Preisentwicklung der Einspeisevergütung.

Abbildung 5 zeigt den Vergütungssatz der EEG. Zur Berechnung wurde der Einspeisesatz von Juli 2013 herangezogen. Für Photovoltaikanlagen mit einer Leistung von 10 bis 40 kWp betrug im Juli 2013 eine Vergütung von 14,30 ct/kWh. Anlagen bis 10 kWp erhalten 15,07 ct/kWh. Die Abweichung von 0,77 ct/kWh wird aufgrund der Geringfügigkeit ignoriert. [20]

0

10

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2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014

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Vergütungsjahr

EEG Vergütungssatz

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2.8 KfW - Speicherförderung

Seit dem 01.05.2013 besteht das KfW1-Programm Erneuerbare Energien „Speicher“. Es unterstützt die Nutzung von stationären Speichersystemen in Verbindung mit einer Photovoltaikanlage, die an das elektrische Netz angeschlossen ist. Durch zinsgünstige Darlehen der KfW und durch Tilgungszuschüsse, die vom BMU2 finanziert werden. Ziel ist es, die Entwicklung von Photovoltaikanlagen mit Speicherspeichersystemen durch das Förderprogramm den Markt anregen. Ein wichtiger Aspekt ist hierbei auch die angestrebte Entlastung des Stromnetzes. Das KfW-Programm 275 bietet auch einen Tilgungszuschuss in Höhe von 30 % auf die Kosten des Speichersystems. Gefördert werden allerdings nur neu errichtete Photovoltaikanlagen mit Speicher oder Bestandsanlagen, die nach dem 31.12.2012 in Betrieb genommen wurden. Als Fördervoraussetzungen gilt, dass die Photovoltaikanlage, die mit dem Solarstromspeicher verbunden ist, eine installierte Leistung von 30 kWp nicht überschreitet, und die Leistungsabgabe darf am Netzanschlusspunkt maximal 60 Prozent betragen. Das Speicherförderprogramm wurde der Vollständigkeit halber erwähnt, im Rahmen der vorliegenden Arbeit, wird sie aber nicht verwendet. [21] [22]

2.9 Standardlastprofil

Durch langfristige Verträge an der Strombörse versuchen die EVU3, den zukünftigen Verbrauch zu berechnen. Die Energie muss zeitlich erzeugt werden, den sie kann nur in geringen Mengen gespeichert werden. Das Standardlastprofil wird zur Vereinfachung bei Kunden verwendet, die einen Jahresverbrauch von unter 100.000 kWh/a haben, da die viertelstündliche Lastgangauszählung zu aufwendig wäre. Die Lastgänge lassen sich in 3 verschiedene Hauptgruppen einordnen, die in ihrem zeitlichen Verlauf starken Schwankungen unterliegt. Es wird auch zwischen Wochentagen, Feiertagen sowie der Jahreszeit unterschieden. Zur weiteren Simulation wurde von der E.ON AG das Standardlastprofil für Haushalte (kurz: SLP H0) aus dem Jahr 2011 verwendet, welches auf einen Jahresverbrauch von 1.000 kWh normiert wurde. [23] [24] [25]

1 Kreditanstalt für Wiederaufbau

2 Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit.

3 Energieversorgungsunternehmen.

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Abbildung 6: Zeitlicher Verlauf einer Woche des Standardlastprofils H0; Quelle: E.ON

Abbildung 6 zeigt den zeitlichen Verlauf einer Woche. Dabei steht der zweite Tag für Montag, der dritte für Dienstag, usw. bis Sonntag. Es lässt sich erkennen, dass morgens der Verbrauch im Gegensatz zur Nacht deutlich höher liegt. In den Abendstunden steigt der Verbrauch nochmals sprunghaft an und fällt linear in die Nachtstunden ab. An Samstagen und Sonntagen zeigt sich die Besonderheit, dass der morgendliche Verbrauch deutlich später ansteigt und der Gesamtverbrauch mehr in die Abendstunden verlagert ist. Der Blick auf das gesamte Jahr zeigt einen sinusförmigen Verlauf, der in den Wintermonaten sein Maximum hat. In den Sommermonaten sinkt der Verbrauch um ein Drittel.

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[kW

]

Zeit [Tagen]

E.ON Standardlastprofil - H0 - Wochenansicht

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Abbildung 7: Zeitlicher Verlauf eines Jahre des Standlastprofils H0; Quelle: E.ON

In der vorliegenden Arbeit werden zum Vergleich noch weitere Lastprofile im Kapitel 4.1 verwendet und untersucht.

2.10 LabVIEW

Die Software LabVIEW von National Instruments (NI) dient zum Programmieren von Mess-, Steuer- und Regelsystem. Für diese Arbeit wurde die Version 2010 von LabVIEW verwendet. Es muss kein Text eingegeben werden, denn es wird graphisch programmiert. Der Vorteil liegt in der Lesbarkeit, sodass die Programmlogik schnell verständlich wird. Das ist hilfreich, wenn man sich in alte Programme einarbeiten muss. Nachteil bei LabVIEW können kleine Änderungen sein, die die Übersicht sehr verschlechtern. Eine Neuordnung kann viel Zeit in Anspruch nehmen. [26] [27]

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]

Zeit [Tagen]

E.ON Standardlastprofil - H0 - Jahresansicht

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3 Simulation

In diesem Kapitel wird ein Einblick gewährt, der die Komplexität des Programms näher bringen soll. Neben festen Werten gibt es Variable, die es möglich machen, viele individuelle Ergebnisse zu erstellen.

3.1 Quelldaten

Die Quelldaten bilden den Ursprung der Simulation, sie sind voneinander unabhängig und verändern sich nicht. Alle Berechnungen beziehen sich auf die Quelldaten. Diese sind Text-Dateien mit 35040 Zeilen, deren Einträge jeweils durch einen Tabstopp getrennt sind.

Abbildung 8: Eingabefelder für die Quelldateien.

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3.1.1 Zeit

Die Zeitdaten werden für 365 Tage (1 Jahr) erstellt. Jeder Tag wird in Viertelstunden angegeben. In der nachfolgenden Tabelle ist ein schematischer Aufbau abgebildet, der verdeutlich soll, dass ein Tag aus 96 Viertelstunden und ein Jahr aus 35040 Viertelstunden besteht. Dieser Dateiaufbau ist für die Funktion des Programms wichtig.

Tabelle 2: Notwendiger Aufbau der Zeitdateien zur Berechnung der Simulation.

3.1.2 Photovoltaik

Die Quelldaten stammen von einer Photovoltaikanlage aus dem Standort Kronberg im Taunus. Die Anlage hat 4,51 kWp, eine Dachneigung von 30° und eine südliche Abweichung von 40° nach Westen. Die Anlage speichert die erzeugte Energie im 15-Minuten-Intervall. Für die Simulation wurde die erzeugte Energie der Photovoltaikanlage von 4941 kWh auf 1000 kWh skaliert. Der prinzipielle Verlauf ist von besonderer Bedeutung, da er Wetterschwankungen, die am Tag stattfinden, anschaulich darstellt. Im folgenden Schaubild ist der zeitliche Verlauf einer Woche im Frühling abgebildet.

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Abbildung 9: Zeitlicher Verlauf der Einspeisedaten einer Frühlingswoche aus dem Taunus.

Abbildung 9 zeigt deutlich die Ertragsschwankungen, die wetterbedingt entstehen. Die X-Achse bezieht sich auf die bisher vergangenen Tage im Jahr. Typisch für den Frühling sind die annähernd gleichen Tag- und Nachtlängen. Charakteristisch für den jährlichen Verlauf ist das Plateau in den Sommermonaten, bedingt durch die längere und intensivere Sonneneinstrahlung. In den Übergangsjahreszeiten findet eine Erzeugung statt, die aber das Niveau der Sommermonate nicht erreicht, sich aber deutlich vom Winter abgrenzt. Ein Einbruch ist wahrnehmbar.

Abbildung 10: Zeitlicher Verlauf der Einspeisedaten aus dem Jahr 2011.

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3.1.3 Lastprofil

Für die Simulation können verschiedene Lastprofile geladen und verwendet werden. Für die korrekte Simulation ist es notwendig, dass die Summe der 35040 Werte der Wert 1000 ergibt.

3.2 Eingabemöglichkeiten

Die Simulation kann fünf verschiedene Fälle gleichzeitig anzeigen. Diese können sich, durch einstellen der Variablen, unterscheiden. So ist es möglich, die verschiedenen Wirkungen auf das System zu sehen und zu vergleichen. Es besteht die Möglichkeit die Fälle in Abhängigkeit der Photovoltaikleistung, der Last und der Speicherkapazität zu berechnen. Abbildung 11 ist zu entnehmen, dass in der vorliegenden Arbeit die Entscheidung auf die Speicherkapazität fällt.

Abbildung 11: Auswahlknöpfe zum Hochzählen.

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3.2.1 Photovoltaik

Bei der Photovoltaik wird die maximal erzeugbare Leistung in kWp eingegeben. In der dieser Arbeit werden die Werte voreingestellt:

39,9 kWp (orange), 3,0 kWp (rot), 1,1 kWp (blau), 0,5 kWp (türkis), 0,25 kWp (grau).

Diese Werte bilden ein gutes Spektrum, um möglichst alle Verhaltensweisen des Systems aufzuzeigen.

Abbildung 12: Eingabefelder für die Photovoltaikleistung.

3.2.2 Solare Erträge

Der solare Ertrag wird in kWh/kWp/a angegeben. Er beschreibt die spezifische Energie, die mit Photovoltaikmodulen erzeugt werden kann. Dieser Wert ist auf der Welt überall unterschiedlich, zum Äquator hin größer. Mit diesen Feldern lassen sich die Ungenauigkeiten beheben und es lässt sich ein genaueres Ergebnis darstellen. Im Rahmen der Arbeit wird der Wert 1000 kWh/kWp/a voreingestellt.

Abbildung 13: Eingabefelder für die Solar-Erträge.

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3.2.3 Standardlast

Mit der Last wird der Energieverbrauch des Endverbrauchers eingestellt, der über das Jahr verbraucht wird. Der Verbrauch wird in kWh/a angegeben. Laut Strompreis-Vergleichsportalen wird der Singlehaushalt mit 1500, Paare mit 2500 und Familien mit 3500-4000 kWh pro Jahr angegeben [28]. Für die Vergleichbarkeit wird, wenn nicht anderes erwähnt, die Werte auf 1000 kWh skaliert.

Abbildung 14: Eingabefelder für die Last (Verbrauch).

3.2.4 Speicherkapazität

Auch die Speicherkapazität lässt sich einstellen, wenn es erwünscht ist. Wie in Kapitel 3.2 bereits erwähnt, werden die Diagramme in Abhängigkeit der Speicherkapazität hochgezählt. Die Kapazität vom Speicher wird in Kilowattstunden (kWh) angegeben.

Abbildung 15: Eingabefelder für die Speicherkapazität.

3.2.5 Lade- und Entladewirkungsgrad

Jeder Speichertyp hat verschiedene Eigenschaften hinsichtlich seines Lade- und Entladewirkungsgrad. Um die Speicher zu unterscheiden, ist es möglich, mit unterschiedlichen Werten verschiedene Typen zu simulieren.

Abbildung 16: Eingabefelder für den Ladewirkungsgrad.

Abbildung 17: Eingabefelder für den Entladewirkungsgrad.

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3.2.6 Kosten – Photovoltaik

Die Kosten für die Photovoltaikmodule, wurden im Kapitel 2.1.1 bereits beschrieben. Der Preis wurde vom Juli 2013 voreingestellt, der sich auf 1648,8 €/kWp beziffert.

Abbildung 18: Eingabefeld für die Kosten der Photovoltaikanlage.

3.2.7 Kosten – Speicher

Die Kosten für die verschiedenen Speichertypen, wurden im Kapitel 2.4 bereits beschrieben. Für diese Arbeit wurde mit den Preisen vom Juli 2013 gerechnet.

Abbildung 19: Eingabefeld für die Kosten des Speichers.

3.2.8 Kosten – diverse Fixkosten

Die Fixkosten sind unabhängig von der Photovoltaikleistung und der Speicherkapazität und schließen alle Kosten ein, die bisher nicht berücksichtigt wurden, wie zum Beispiel die Gewerbeanmeldung [29], die Versicherung [30], die Garantieverlängerung [31] und Datenlogger [32]. In der Summe werden 2000 € veranschlagt für eine Laufzeit von 30 und 50 Jahren.

Abbildung 20: Eingabefeld für die Fixkosten.

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3.2.9 Strompreis und Vergütung

Der Strompreis betrug im Juli 2013 beim bergischen Grundversorger BELKAW 28,76 bis 29,69 ct/kWh bei einem Jahresverbrauch von 3000 – 4000 kWh. Zum weiteren Verlauf wurde der durchschnittliche Preis von 29,20 ct/kWh [28] herangezogen.

Abbildung 21: Eingabefelder für den Strompreis und für die Vergütung.

Die Kosten für die EEG-Vergütung wurden schon im Kapitel 2.7 beschrieben. Es wird der Vergütungssatz 14,30 ct/kWh eingestellt.

3.2.10 Zyklen

Mit der Anzahl der maximalen Zyklen wird künstlich eine Lebensdauer kreiert, da durch den ständigen Energiefluss der Akkumulator verschleißt. Ein Zyklus ist, wenn der Akkumulator einmal die komplette Kapazitätsmenge geladen und entladen hat. Es ist der gleiche Fall, wenn der Speicher zweimal nur zur Hälfte lädt und entlädt.

Abbildung 22: Eingabefeld für die maximalen Zyklen.

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3.2.11 Lebensdauer – Photovoltaik - min./max.

Photovoltaikmodule besitzen keine beweglichen Teile und sind dadurch sehr langlebig, jedoch können sie verblassen und an Leistung verlieren. Die Altersangaben der Hersteller basieren auf theoretischen Werten, aufgrund fehlender Erfahrungswerte. Folge dessen muss die Lebensdauer in einen Zeitbereich eingegrenzt werden, um ein Ergebnis zu erhalten. Die voreingestellten Werte kann man aus Abbildung 23 entnehmen.

Abbildung 23: Eingabefelder für minimale und maximale Lebensdauer der Photovoltaikanlage.

3.2.12 Lebensdauer – Speicher - min./max.

Neben dem häufigen Gebrauch der Akkumulatoren, können durch nicht benutzen Standschäden entstehen. Durch Erfahrungswerte lässt sich die Lebensdauer nur schwer festmachen, da jeder Einsatzort sehr individuell ist. Deswegen ist es auch hier sinnvoll einen Zeitbereich vorzugeben, um das Ergebnis einzugrenzen.

Abbildung 24: Eingabefelder für die minimale und maximale Lebensdauer des Speichers.

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3.2.13 Lebensdauer – diverse Fixkosten - min./max.

Wie in den beiden Fällen zuvor lassen sich genaue Werte nur sehr schwer abschätzen, deswegen wird ein Bereich über einen deutlich längeren Zeitraum gewählt, bei dem Ungenauigkeiten weniger zum Tragen kommen.

Abbildung 25: Eingabefelder für das Investition Intervalls der Fixkosten.

3.2.14 Anzeigebereich

Im Anzeigebereich lässt sich das sichtbare Spektrum eingrenzen, in dem die verschiedenen Speichergrößen gezeigt werden. Die Genauigkeit kann mit der Anzahl der angezeigten Punkte bestimmt werden.

Abbildung 26: Eingabefelder für das Sichtspektrum und der Genauigkeit.

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3.3 Die Funktionsweise der Simulation

Die Simulation stellt die erzeugte Energie dem Verbrauch gegenüber. Liegt die Erzeugung über dem Verbrauch wird der Speicher geladen, ist er voll, wird in das Netz eingespeist. Ist dagegen der Verbrauch höher als die Erzeugung, wird die Batterie entladen. Sobald der Speicher leer ist, wird der Strom aus dem Netz entnommen. Die Lade- und Entladeverluste richten sich nach dem Speichertyp. Der Speicher wird nicht von dem Netz geladen.

Abbildung 27: Funktionsweise des Speichers.

Abbildung 27 zeigt den typischen Verlauf des Ladezustands (grüne Kurve). Mit einer Kapazität von 0,7 kWh ist der Speicher gerade groß genug, um nach einen ertragreichen Tag die Nacht mit Energie zu überbrücken. Hat hingegen der Abend einen schwachen Ertrag, entleert sich der Speicher komplett.

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Zeit [Tage]

Speicher Funktionsweise

Photovoltaik [W] Standardlastprofi [W] Speicherladezustand [Wh]

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4 Ergebnisse und Auswertung

Alle Abbildungen und Ergebnisse in diesem Kapitel basieren auf den höchsten Kosten und den kürzesten anzunehmenden Lebensdauern, um geringsten Gewinn darzustellen, dem sogenannten Worst-Case.

4.1 Vergleich von verschiedenen Lastprofilen

Um zu sehen, welchen Einfluss die Last hat, werden 4 verschiedene Profile verglichen. Alle Profile sind auf 1000 kWh pro Jahr skaliert, unterscheiden sich aber deutlich in ihrem Verlauf. Das E.ON Standardlastprofil für Haushalte wird am ausführlichsten beschrieben, da sich einige Effekte wiederholen und nicht doppelt erwähnt werden. Vergleichsaussagen der übrigen 3 Profile beziehen sich immer auf das SLP H0. Im Kapitel 4.1 wird ein Blei-Gel Akkumulator verwendet, mit einem Lade- und Entladewirkungsgrad von 80% und einer maximalen Zyklenzahl von 1200.

4.1.1 E.ON Standardlastprofil H0

Das Standardlastprofil H0 wurde schon im Kapitel 2.9 mit seinen Besonderheiten beschrieben. Auf den folgenden Seiten werden alle Besonderheiten erklärt, die eine Installation eines Akkumulators an eine Photovoltaikanlage mit sich bringt.

4.1.1.1 Autarkiegrad

Der Autarkiegrad gibt an, zu wie viel Prozent sich ein Haushalt mit selbsterzeugten Strom aus der Photovoltaikanlage versorgen kann.

S e i t e | 29

Bei 100% Autarkie ist es möglich, unabhängig vom Versorgungsnetz zu sein, hingegen muss bei 0% die komplette Energie aus dem Netz entnommen werden. Je größer die vorhandene Photovoltaikanlage ohne Speicher ist, desto größer ist der Autarkiegrad. Wird ein Speicher integriert, verändert sich je nach Größe der Photovoltaikanlage der Autarkiegrad unterschiedlich. Bei der kleinsten Anlage mit nur ¼ kWp ändert sich der Grad nicht, da die Last zu jeden Zeitpunkt höher als die erzeugte Energie ist, und der Speicher nicht genutzt wird. Ähnliches Verhalten ist bei der ½ kWp-Anlage zu beobachten, jedoch reichen einige Mittagsspitzen über die Last hinaus, sodass nur wenig Energie eingespeichert und selbst verbraucht werden kann. Aufgrund der geringen Menge an Energie lässt sich der Effekt durch Vergrößerung des Speichers nicht mehr steigern. Sind Erzeugung und Verbrauch annähernd gleich, ist es möglich mit einer Speicherkapazität von 2 kWh die Autarkie von 42 auf 66% zu steigern. Größere Speicher verbessern den Effekt kaum. Erst mit Kapazität von 200 kWh lässt sich die maximale Autarkie von 84% erreichen. 100% erreicht bei der 3 kWp Anlage wenn der Speicher eine Kapazität von mindestens 200 kWh hat. Der große Speicher ist dem Winter geschuldet, der über mehrere Monate die solaren Erträge sehr gering hält. Die 40 kWp-Anlage erzeugt auch im Winter genug Energie, um einen autarken Haushalt zu führen. Der Speicher kann mit 5 kWh dimensioniert werden.

Abbildung 28: SLP H0 – Autarkiegrad.

Der größte Sprung findet bei Kapazitäten mit 0,1 – 1 kWh statt. das ist die Größe eines Tagesspeichers, um die Nacht zu überbrücken. Im Bereich von 10 kWh entsteht, unabhängig von der Photovoltaikanlagengröße ein Plateau. Das entsteht durch den starken Einbruch der solaren Einstrahlung im Winter. 100 prozentige Autarkie ist bei mittelgroßen Photovoltaikanlagen erst mit einem sehr großen Speicher möglich.

30 | S e i t e

4.1.1.2 Eigenverbrauch der Photovoltaik-Energie

Abbildung 29 gibt an, wie viel Prozent der erzeugten Energie selbst verbraucht wird.

Abbildung 29: SLP H0 – Eigenverbrauch der Photovoltaik-Energie.

Die Tatsache, dass sich beim Autarkiegrad-Diagramm die ¼ kWp-Anlage mit der erzeugten Energie die Last nicht übersteigt, lässt sich in dieser Abbildung dadurch ablesen, dass der Verlauf auf hohem Niveau ist. Trotz eines Speichers, unabhängig dessen Kapazität, ändert sich Eigenverbrauch nur minimal. Ähnlich verhält es sich mit der ½ kWp-Anlage, die über die Hälfte des Erzeugnisses selbst verbraucht. Mit Hilfe des Speichers lässt sich der Wert auf 85% anheben. Bei den Fällen mit 1,1 und 3,0 kWp bilden sich Plateaus, welche auf annäherndem Niveau sind, sobald die Autarkie erreicht wird. Im Fall mit 40 kWp wird so viel Energie erzeugt, dass nur ein Bruchteil selbst genutzt werden kann. Der Überschuss wird an das Versorgungsnetz verkauft. Pauschal kann gesagt werden, je kleiner die Photovoltaikanlage ist, desto mehr wird von dem produzierten Strom selbst verbraucht. Dadurch wird bei einer sehr großen Anlage nur ein Bruchteil selbst verwendet und der Überschuss an das Versorgungsnetz verkauft. In den Fällen, bei denen der Verbrauch ähnlich dem Erzeugnis ist, lässt sich mit einem vergleichsweise kleinen Speicher dieser Anteil erhöhen.

S e i t e | 31

4.1.1.3 Restengergie am Ende des Jahres

Bei der Restenergie handelt es sich um die Energie, die am 31.12 noch im Speicher befindet.

Abbildung 30: SLP H0 – Restenergie im Speicher am Ende des Jahres.

In Abbildung 30 sind nur die Anlagen über 2 kWp zu sehen, da bei den kleinen Anlagen die Energie selbst genutzt wird, sodass sich am Ende des Jahres keine Energie mehr im Akkumulator befindet. Mit der Restenergie kann man Autarkie ablesen, denn sobald Energie vorhanden ist, kann ein Jahr überbrückt werden. Die Idee hinter der Restenergie war die, dass die Energie weder eigenverbraucht noch in das Netz gespeiste wird und dadurch sonst nicht erwähnt worden wäre.

32 | S e i t e

4.1.1.4 Energie aus dem Netz

Abbildung 31 zeigt die Menge an Energie an, die im Jahr aus dem Netz entnommen wird.

Abbildung 31: SLP H0 – Energie, die aus dem Netz bezogen wird.

Prinzipiell kann man ablesen, je größer der Speicher ist, desto weniger Energie wird aus dem Versorgungsnetz benötigt, weil mehr erzeugte Energie selbst genutzt werden kann. Es wird weniger Energie benötigt, je größer die Photovoltaikanlage ist. Autarkie lässt sich dadurch ablesen, dass die entnommene Energie nahezu gegen Null geht. Wird keine Autarkie erreicht, wie bei kleinen Photovoltaikanlagen, wird die fehlende Energie aus dem Netz entnommen, um den Haushalt zu versorgen.

S e i t e | 33

4.1.1.5 Energie zum Netz einspeisen

Abbildung 32 gibt die Menge an Energie wieder, die in das Netz einspeist wird.

Abbildung 32: SLP H0 – Energie, die in das Netz eingespeist wird.

Prinzipiell kann man ablesen, je größer der Speicher ist, desto weniger Energie wird in das Versorgungsnetz eingespeist, weil mehr erzeugte Energie selbst genutzt werden kann. Es wird mehr Energie eingespeist, je größer die Photovoltaikanlage ist. Bei großen Anlagen wird der überwiegende Anteil der Energie ins Versorgungsnetz eingespeist. Autarkie lässt sich dadurch ablesen, dass die entnommene Energie nicht gegen Null geht. Wird keine Autarkie erreicht, wie bei kleinen Photovoltaikanlagen, wird die fehlende Energie aus dem Netz entnommen, um den Haushalt zu versorgen.

34 | S e i t e

4.1.1.6 Umsatz in dem Speicher

Es wird der Energieumsatz im Speicher dargestellt.

Abbildung 33: SLP H0 – Energieumsatz im Speicher.

Es ist zu entnehmen, je größer der Speicher ist, desto mehr Energie kann gespeichert werden. Bei kleinen Anlagen bleibt der Umsatz deutlich geringer, da der Verbrauch weitestgehend höher als die erzeugte Energie ist, und so der Speicher nur wenig benutzt wird. Ähnlich verhält sich die ½ kWp Anlage, dessen Speicher nicht unter ständiger Belastung steht und sich in der Nacht komplett entleert, sowie eine längere Ruhephase hat. Wird so viel Energie gespeichert, dass die Nacht häufig überbrückt wird, ist der Umsatz trotz sehr unterschiedlicher Photovoltaikanlagen ähnlich. Eine Besonderheit entsteht bei Autarkie dadurch, dass jede Nacht überbrückt wird. Der Umsatz steigt bis zu dem Punkt noch mal merklich an. Der Umsatz hat Einfluss auf die Lebensdauer, da sie maßgeblich für die Zyklen zuständig sind. Es gilt hierbei nicht die Häufigkeit der Lade- und Entladeprozesse, sondern die äquivalente Zyklenzahl.

4.1.1.7 Verlust beim laden und entladen

Es werden die Verluste dargestellt, die beim ein- und ausspeichern entstehen. Die Verluste richten sich nach dem Energieumsatz und der Photovoltaikanlagenleistung. Je größer der Speicher ist, desto mehr Energie kann gespeichert werden. Bei kleinen Anlagen bleibt der Verlust deutlich geringer, da der Verbrauch weitestgehend höher als die erzeugte Energie ist, und so der Speicher nur wenig benutzt wird.

S e i t e | 35

Abbildung 34: SLP H0 – Ladeverluste des Speichers.

Ähnlich verhält sich die ½ kWp Anlage, dessen Speicher nicht unter ständiger Belastung steht und sich in der Nacht komplett entleert und eine längere Ruhephase hat. Wird so viel Energie gespeichert, dass die Nacht häufig überbrückt wird, sind die Verluste trotz sehr unterschiedlicher Photovoltaikanlagen ähnlich. Eine Besonderheit entsteht bei Autarkie dadurch, dass jede Nacht überbrückt wird. Die Verluste steigen bis zu dem Punkt noch mal merklich an.

Abbildung 35: SLP H0 – Entladeverluste des Speichers.

36 | S e i t e

4.1.1.8 Zyklen

Abbildung 36 stellt die Anzahl der getätigten Zyklen im Jahr da.

Abbildung 36: SLP H0 – Zyklen im Jahr.

Der Umsatz durch die Speicherkapazität ist maßgeblich für die Anzahl und den Verlauf der äquivalente Zyklenzahl verantwortlich. Bei der Anlage mit ¼ kWp wird der Speicher, wie bereits erwähnt, wenig genutzt, sodass er im Jahr nur wenige Zyklen getätigt werden. Je größer die Photovoltaikanlage ist, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit mehr Zyklen im Jahr zu haben. Generell gilt, mit einer Vergrößerung des Speichers, werden die Zyklen im Jahr weniger. Das Limit der Kapazität begrenzt die Zyklen, sodass Anlagen, die die vielen Nächte überbrückt bekommen, einen annähernd gleichen Verlauf haben. Ähnlich wie beim Umsatz, steigt die Anzahl der Zyklen, sobald Autarkie erreicht wird.

S e i t e | 37

4.1.1.9 Strom zu bezahlen

Kosten, die pro Jahr an dem Netzbetreiber bezahlt werden müssen.

Abbildung 37: SLP H0 – Zu bezahlender Strompreis pro Jahr.

Sofern die Anlage nicht autark arbeiten kann, muss die Energie vom Stromversorger bezogen und bezahlt werden. Die Kosten für die aus dem Netz entnommene Energie werden geringer, je größer die Photovoltaikanlage und der Speicher sind. Bereits mit Tagesspeichern ist es möglich die Stromkosten zu halbieren. Kleine Photovoltaikanlagen verringern die Stromkosten nur geringfügig.

38 | S e i t e

4.1.1.10 Strom wird vergütet

Abbildung 38 zeigt die Gewinne durch die Vergütung von der Photovoltaikanlage, die man im Laufe eines Jahres verdient.

Abbildung 38: SLP H0 – Gewinn durch die Einspeisevergütung pro Jahr.

Durch überschüssig erzeugte Energie, die nicht selbst verbraucht wird, besteht für den Betreiber der Photovoltaikanlage die Möglichkeit, jede Kilowattstunde zu verkaufen. Prinzipiell kann man ablesen, je größer der Speicher ist, desto weniger Energie wird vergütet, weil mehr erzeugte Energie selbst genutzt werden kann. Es wird mehr Energie eingespeist, je größer die Photovoltaikanlage ist. Mit großen Anlagen ist eine hohe Vergütung möglich. Der überwiegende Anteil an Energie wird in das Versorgungsnetz eingespeist.

S e i t e | 39

4.1.1.11 Speicher Lebensdauer

Neben der kalendarischen Lebensdauer, wird diese auch durch die maximale spezifische Zyklenzahl begrenzt, die in der linken Hälfte des Diagramms die charakteristische Wölbung erzeugt.

Abbildung 39: SLP H0 – Mindestlebensdauer des Speichers.

Die kürzeste Lebensdauer ist bei den größten Anlagen zu erwarten. Kleine Anlagen benutzen den Akkumulator später und haben dadurch einen geringeren Verschleiß.

40 | S e i t e

4.1.1.12 Kosten für die PV

Abbildung 40 zeigt die Kosten der Photovoltaikanlage pro Jahr in Abhängigkeit zur Speicherkapazität.

Abbildung 40: SLP H0 – Photovoltaikkosten in Abhängigkeit zur Kapazität.

Der Verlauf ist waagerecht, da sie unabhängig von der Kapazität des Speichers sind. Die Kosten der Photovoltaikmodule sind das Produkt aus der Erzeugerleistung und den spezifischen Kosten, die im Grundlagenkapitel 2.1.1 ermittelt wurden. Um die Kosten pro Jahr zu erhalten, wird das Produkt durch die Lebensdauer dividiert. Beispiel: Eine 3 kWp Anlage kostet in der Anschaffung 4946,40€ (3 kWp x 1648,80 €/kWp). Würde die Anlage nach 20 Jahren ihren Dienst quittieren, so hätte sie 247,32€ pro Jahr gekostet. Dieser Wert lässt sich dem Diagramm entnehmen.

S e i t e | 41

4.1.1.13 Kosten für den Speicher

Die Kosten des Speichers sind das Produkt aus der Kapazität und den spezifischen Kosten, die in den Grundlagenkapitel 2.4 ermittelt wurden. Um die Kosten pro Jahr zu erhalten wird das Produkt durch die spezifische Lebensdauer dividiert.

Abbildung 41: SLP H0 – maximale Speicherkosten pro Jahr.

Durch die geringe Zyklenzahl muss der Speicher häufiger ausgetauscht werden und wird dadurch im Jahr teurer. Für jeden Speicher entsteht ein kleines Kostenplateau kurz bevor die kalendarische Lebenszeit eingreift. So ist zum Beispiel bei der 39,9 kWp Anlage deutlich zu erkennen, dass bei einer Speicherkapazität zwischen drei und fünf Kilowattstunden die Kosten identisch sind.

42 | S e i t e

4.1.1.14 Kosten für Diverses

Die diversen Fixkosten steigen nicht proportional mit der Anlagengröße.

Abbildung 42: SLP H0 – maximale Fixkosten pro Jahr.

Die Fixkosten sind unabhängig von der Kapazität des Speichers, waagerecht, komplett identisch und liegen alle aufeinander. Die Summe der Fixkosten besteht aus vielen verschiedenen Einzelwerten, die unabhängig von der Photovoltaik und dem Speicher sind. Um die Kosten pro Jahr zu erhalten wird die Summe durch die Lebensdauer dividiert.

S e i t e | 43

4.1.1.15 Kosten Gesamtkurve

Die Gesamtkosten sind die Summe der Jahreskosten aus der Photovoltaik, des Speichers und den Fixkosten.

Abbildung 43: SLP H0 – maximale Gesamtkosten pro Jahr.

Bei den sehr kleinen Speicherkapazitäten aus Abbildung 43 kann man annehmen, dass kein Speicher vorhanden wäre, sodass nur die Photovoltaik- und die Fixkosten abgebildet werden. Mit steigender Speicherkapazität wird der Kostenanteil dominierend. Photovoltaik- und Fixkosten spielen dann nur eine untergeordnete Rolle.

44 | S e i t e

4.1.1.16 Gewinne & Verluste

In Abbildung 44 werden alle Einnahmen und Kosten und Wartung des Systems für ein Jahr gezeigt. Gewinn wird dadurch definiert, ob der Kurvenverlauf über den Energiekosten des Systems ohne Photovoltaikanlage liegt.

Abbildung 44: SLP H0 – geringster anzunehmender Gewinn pro Jahr.

Für den Endverbraucher lohnt es sich, selbst mit einem Speicher, eine große Photovoltaikanlage zu betreiben. Wird der Speicher zu groß dimensioniert, nehmen die Gewinne ab. Pauschal lässt sich sagen, dass Speicher bis vier kWh ohne große Einbußen wirtschaftlich genutzt werden können.

S e i t e | 45

In der nächsten Abbildung ist derselbe Sachverhalt dargestellt mit dem Fokus auf die Anlagen unter vier kWp. Unter Worst-Case-Bedingungen kann es möglich sein, dass kleine Photovoltaikanlagen gegeben falls teurer sind, als die Energie ausschließlich aus dem Netz zu beziehen.

Abbildung 45: SLP H0 – geringster anzunehmender Gewinn pro Jahr (Zoom).

46 | S e i t e

4.1.2 E.ON Standardlastprofil G1

Das Standardlastprofil G1 von E.ON ist für gewerbliche Kunden vorgesehen, die ihren Hauptverbrauch Montag bis Freitag von 8:00 bis 18:00 Uhr haben. Samstag und Sonntag wird nur ein Bruchteil der Energie benötigt.

Abbildung 46: SLP G1 – Zeitlicher Verlauf einer Woche des Standardlastprofils G1.

Abbildung 46 zeigt die Besonderheit, dass der maximale Verbrauch deutlich über dem SLP H0 liegt. Der Jahresverlauf wird in Sommer, Winter und einer Übergangszeit unterschieden.

Abbildung 47: SLP G1 – Zeitlicher Verlauf eines Jahre des Standlastprofils G1.

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E.ON Standardlastprofil - G1 - Wochenansicht

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E.ON Standardlastprofil - G1 - Jahresansicht

S e i t e | 47

Der zeitliche Verlauf des SLP G1, der mit dem täglichen solaren Ertrags übereinstimmt, und die geringe benötigte Energie in der Nacht sorgen dafür, dass selbst ohne Speicher, eine sehr hohe Autarkie stattfindet.

Abbildung 48: SLP G1 – Autarkie.

Durch den ähnlichen Verlauf von Erzeugung und Verbrauch wird der Speicher deutlich weniger beansprucht, sodass die Lebensdauer besonders bei Kapazitäten um 2 kWh signifikant ansteigt.

Abbildung 49: SLP G1 – Mindestlebensdauer des Speichers.

48 | S e i t e

Abbildung 50: SLP G1 – geringster anzunehmender Gewinn pro Jahr (Zoom).

Die deutlich längere Lebensdauer spiegelt sich auch in dessen Wirtschaftlichkeit wieder, im Bereich um 1 kWh bleiben die Kurven nahezu konstant, statt vorher einzubrechen.

4.1.3 Lastprofil – Real

Hierbei handelt es sich um ein reales Lastprofil, in dem es möglich ist, starke Verbraucher abzulesen, wie zum Beispiel einen Herd, einen Staubsauger oder eine Waschmaschine. Von diesem Profil existierte nur eine Woche, die auf ein Jahr vervielfältigt wurde.

S e i t e | 49

Abbildung 51: Real – Zeitlicher Verlauf einer Woche des Profils Real.

Abbildung 52: Real – Zeitlicher Verlauf eines Jahre des Profils Real.

Um den Jahresverlauf mehr der Realität anzunähern, wurde eine Sinuskurve, wie dem SLP H0 nachempfunden. Die vielen Lastspitzen übersteigen häufig die erzeugte Leistung, wodurch Tagesspeicher langsamer geladen werden und die Autarkie durchgängig ein tieferes Niveau hat. 100 prozentige Autarkie benötigt zum Teil deutlich größere Kapazitäten.

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Zeit [Tagen]

Profil - Real - Jahresansicht

50 | S e i t e

Abbildung 53: Real – Autarkie.

Abbildung 54: Real – Energie die aus dem Netz bezogen wird.

Kleine Anlagen unter 1 kWp verhalten sich trotz anderer Last annähernd identisch. Bei Photovoltaikanlagen über 1 kWp liegt die Energie, die aus dem Netz beansprucht wird, stets über dem SLP H0. Die vielen Lastspitzen machen sich beim Umsatz bemerkbar, der mindestens 10% höher ist. Kleine Anlagen werden überproportional mehr belastet und steigern den Umsatz enorm, besonders wenn 100 prozentige Autarkie erreicht wird.

S e i t e | 51

Abbildung 55: Real – Energieumsatz im Speicher.

Abbildung 56: Real – geringster anzunehmender Gewinn pro Jahr (Zoom).

Im Bereich bis zu einer Kapazität von 8 kWh wird durchgängig ein geringerer Gewinn erzielt. Bei Speichern über diesen Wert gleicht sich Verlauf dem des SLP H0 an.

52 | S e i t e

4.1.4 Lastprofil – Erzeugt

Der Verlauf vom Erzeugt bildet einen Haushalt ab, der morgens seine höchste Lastspitze hat. Am Mittag sinkt er wieder ab, bekommt abends aber eine zweite kleinere Spitz. Der Nachtverbrauch entspricht dem des SLP H0. Es existierte vom Profil nur ein Tag, der für diese Arbeit für ein Jahr vervielfältigt wurde.

Abbildung 57: Erzeugt – Zeitlicher Verlauf einer Woche des Profils Erzeugt.

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Profil - Erzeugt - Wochenansicht

S e i t e | 53

Um den Jahresverlauf mehr der Realität anzunähern, wurde eine Sinuskurve wie dem SLP H0 nachempfunden.

Abbildung 58: Erzeugt – Zeitlicher Verlauf eines Jahre des Profils Erzeugt.

Das Erzeugt-Profil unterscheidet sich im Lastverlauf vom SLP H0, allerdings ist der Kurvenverlauf sehr ähnlich. Das ist darauf zurück zu führen, dass dieses Profil nur wenig hohe Lastsprünge hat.

Abbildung 59: Erzeugt – Autarkie.

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Profil - Erzeugt - Jahresansicht

54 | S e i t e

Obwohl der Autarkiegrad dem SLP H0 ähnelt, gibt es nur bei der Photovoltaikanlage mit 3 kWp deutliche Unterschiede bei der bezogener Energie. Es wird ein deutlich größerer Speicher benötigt, um die vollständige Autarkie zu erreichen.

Abbildung 60: Erzeugt – Energie die aus dem Netz bezogen wird.

Abbildung 61: Erzeugt – Energieumsatz im Speicher.

Beim Umsatz unterscheid sich lediglich die ¼ kWp-Anlage vom SLP H0, dessen Umsatz doppelt so hoch ist, aber nach wie vor auf sehr niedrigem Niveau bleibt. Dieser Effekt

S e i t e | 55

ist besonders auf die Lastspitze am Morgen zurück zu führen. Die übrigen Kurven sind augenscheinlich identisch dem SLP H0. Durch die bisherigen geringen Unterschiede lassen sich auch hier nur wenige Veränderungen ablesen. Im Großen und Ganzen ist es fast identisch mit dem Diagramm vom SLP H0.

Abbildung 62: Erzeugt – geringster anzunehmender Gewinn pro Jahr (Zoom).

4.1.5 Lastprofil Fazit

Abbildung 63 zeigt eine Zusammenfassung der bisherigen Profile mit 1,1 kWp. Es ist zu entnehmen, dass bei kleinen Speichern der zeitliche Verlauf des Profils sehr große Auswirkungen auf den Autarkiegrad hat. Mit zunehmender Kapazität werden die Abstände zu den anderen Profilen geringer. Ab 4 kWh liegen alle Profile sehr nah beieinander. Die Profile unterscheiden sich erst, sobald sie ihr Maximum erreicht haben. Auffällig ist der ähnliche Verlauf vom SLP H0 und dem Profil Erzeugt.

56 | S e i t e

Abbildung 63: Vergleich der Lastprofile mit 1,1 kWp.

Abbildung 64 ähnelt der Abbildung 63. Den größten Unterschied sieht man bei den kleinen Speichen. Durch die Unterschiede im Profil kommt es zu einer Spreizung der Verläufe. Generell kann man sagen, dass eine größere Erzeugerleistung einen höheren Autarkiegrad hat.

Abbildung 64: Vergleich der Lastprofile mit 3,0 kWp.

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Lastprofilvergleich mit 1,1 kWp

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Speicherkapazität [kWh]

Lastprofilvergleich mit 3,0 kWp

SLP H0 SLP G1 Profil: Real Profil: Erzeugt

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4.2 Vergleich von verschiedenen Speichertypen

In diesem Kapitel wird der Blei-Gel Akkumulator, der im Kapitel 4.1.1 beschrieben wurde, mit Nickel-Metallhybrid, Lithium-Ionen und Redox-Flow verglichen. Sie unterscheiden sich hinsichtlich des Verlustes, der Lebensdauer und den spezifischen Kosten. Es werden die tatsächlichen Kosten/Nutzen vom System verglichen.

4.2.1 Nickel-Metallhydrid

Nickel-Metallhybrid (NiMH) hat eine hohe Energiedichte und findet zurzeit häufig in der Elektromobilität Verwendung. Aufgrund der Tatsache, dass es sich hier um eine junge Technologie handelt, wurde nur eine kurze Lebensdauer von mindestens fünf Jahren und 1800 Zyklen vorausgesetzt.

Abbildung 65: NiMH – Mindestlebensdauer des Speichers.

Die kurz angesetzte Lebensdauer ist so gering, dass sich die Begrenzung der maximalen Zyklen hier nicht auswirkt. So gilt für jede Photovoltaikanlange die kalendarische Lebensdauer und ist dadurch unabhängig von der Speicherkapazität.

58 | S e i t e

Die kurze Lebensdauer und der hohe Preis Kapitel 2.4 machen den NiMH als Solarspeicher sehr unattraktiv.

Abbildung 66: NiMH – geringster anzunehmender Gewinn pro Jahr (Zoom).

Die Kosten großer NiMH Speicher steigen schnell an, sodass sich nur sehr kleine Speicher lohnen. Sobald die Größe eines Tagesspeichers erreicht ist, lohnt sich die Anschaffung nicht mehr.

4.2.2 Lithium-Ionen

Lithium-Ionen (Li-Ion) Akkumulatoren werden häufig in mobilen Geräten eingesetzt, jedoch ist die dort eingesetzte Kapazität sehr gering. Mit größeren Kapazitäten gibt es nur wenig Erfahrung. Dadurch wurde nur eine kurze Lebensdauer von mindestens 6 Jahren und 4000 Zyklen angenommen.

S e i t e | 59

Abbildung 67: Lithium-Ionen – Mindestlebensdauer des Speichers.

Genau wie beim NiMH ist auch die Zykenfestigkeit so hoch, dass erst die kalendarische Zeit die Lebensdauer beschränkt. Im Gegensatz zu anderen Speichern sind beim Li-Ion-Akku die Lade- und Entladeverluste nur sehr gering. Es wird für beide Werte jeweils ein Wert von 95% Wirkungsgrad angenommen. Obwohl die Werte nur 15% über den Blei-Gel Speicher liegen, können die Werte von den Ladeverlusten stark reduziert werden.

Abbildung 68: Lithium-Ionen – Ladeverluste des Speichers.

60 | S e i t e

Abbildung 69: Lithium-Ionen – Entladeverluste des Speichers.

Bei den Entladeverlusten ist derselbe Effekt zu sehen. Die Werte betragen nur einen Bruchteil des Blei-Gel Speichers. Obwohl der Li-Ionen Akkumulatoren eine ähnliche Lebensdauer und ähnliche Preise hat, konnten durch die geringen Verluste die Wirtschaftlichkeit stark gesteigert werden. Das Niveau des Blei-Gel Speichers konnte jedoch nicht erreicht werden.

Abbildung 70: Lithium-Ionen – geringster anzunehmender Gewinn pro Jahr (Zoom).

S e i t e | 61

4.2.3 Redox-Flow

Der Redox-Flow-Akkumulator ist in der Regel ein riesiger Speicher, der nicht wie herkömmliche Akkumulatoren funktionieren. Der Speicher ist mit Kapazitäten ab 100 kWh erhältlich, folglich sind die Ergebnisse nur theoretischer Natur. Grund für die engere Auswahl sind die anderen Eigenschaften, die diesen Speicher prädestinieren, wie zum Beispiel die außerordentliche Stabilität, die Zyklenfestigkeit und die hohe zu erwartende Lebensdauer. Der spezifische Preis sehr gering ist. Für die Simulation wurden mindestens 15 Jahre und 10000 Zyklen voreingestellt. Der Preis wurde im Kapitel 2.4 erwähnt.

Abbildung 71: Redox-Flow – Mindestlebensdauer des Speichers.

Mit der hoch angesetzten Lebensdauer lässt sich die maximale Zyklenzahl nicht beeinflussen. Sie ist somit unabhängig von der Kapazität.

62 | S e i t e

Folge dessen ergibt sich eine gerade Linie auf tiefem Niveau.

Abbildung 72: Redox-Flow – maximale Speicherkosten im Jahr.

Abbildung 73: Redox-Flow – geringster anzunehmender Gewinn pro Jahr (Zoom).

Beeindruckend ist die Tatsache, dass sich in der Wirtschaftlichkeitskurve ein Optimum bildet, nach dem man seine Anlage ausrichten kann. Kleine Redox-Flow Speicher sind nicht erhältlich und es handelt sich, wie bereits erwähnt, um theoretische Werte.

S e i t e | 63

4.3 Beispiel für eine konkrete Realisierung

Bei diesem Modell wird eine vierköpfige Familie simuliert. Es werden dieselben Werte vom Standardlastprofil H0 aus dem Kapitel 4.1.1 verwendet. Statt der bisher verwendeten 1000 kWh Energieverbrauch pro Jahr, wird Wert auf 3800 kWh erhöht, um so zu gewährleisten, dass die Ergebnisse besser vergleichbar sind. Es wird überprüft, ob und wie sich die Wirtschaftlichkeit verändert.

Abbildung 74: Konkretes Beispiel – Autarkie.

Aus Abbildung 74 kann man entnehmen, dass es erheblich schwerer wird, hundert prozentige Autarkie zu erreichen. In diesem Beispiel ist es nur der 39,9 kWp-Anlage möglich. Für die Anlagen unter 2 kWp ist der Verbrauch zu hoch, um mit einem Speicher nennenswerte Effekte zu erzielen. Für Anlagen über 2 kWp braucht ein Tagesspeicher, um das Plateau zu erreichen, statt zwei, eher sechs Kilowattstunden Kapazität. Die höhere Last macht deutlich größere Speicher notwendig, um die Energiekosten des Versorgers zu reduzieren. Abbildung 75 ist zu entnehmen, dass die 3,0 kWp-Anlage einen acht, statt 2 kWh-Speicher benötigt, um die Energiekosten zu halbieren. Die Anlage mit 39,9 kWp benötigt einen Speicher über 100 kWh, um die Kosten nahe Null zu bringen. Für kleine Anlagen unter 2 kWp ändert sich mit einer Vergrößerung eines Speichers nichts signifikant.

64 | S e i t e

Abbildung 75: Konkretes Beispiel – Energie die bezahlt wird.

Abbildung 76: Konkretes Beispiel – Energie wird vergütet.

Durch den hohen Verbrauch ist es den Anlagen unter 1,0 kWp nicht mehr möglich, Strom ins Netz zu speisen. Die 1,1 kWp Anlage knickt sehr schnell ein, sodass nur eine sehr geringe Menge eingespeist wird und das Netz nur minimal belastet wird. Die 3 kWp Anlage kann das Netz stärker belasten. Um das zu verhindern, ist ein sehr großer Speicher nötigt. Nur wenn die Photovoltaikleistung um ein vielfaches größer ist als der Verbrauch, wirkt sich eine Vergrößerung des Speichers kaum auf die Vergütung aus.

S e i t e | 65

Durch den höheren Verbrauch nehmen auch die Energiekosten zu. Im Vergleich zum Jahresverbrauch mit 1000 kWh/a lassen sich die Speicher im Verhältnis wirtschaftlicher betreiben. Dieser sollte die Kapazität von 10 kWh nicht übersteigen, um einen positiv Effekt in der Gesamtbilanz zu haben.

Abbildung 77: Konkretes Beispiel – geringster anzunehmender Gewinn pro Jahr (Zoom).

66 | S e i t e

5 Zusammenfassung und Ausblick

5.1 Zusammenfassung

Meine Aufgabe in dieser Bachelorarbeit bestanden darin, den Eigenverbrauch einer Photovoltaikanlage mit einem Speicher zu optimieren. Durch die verschiedenen Vergleiche lassen sie gute Rückschlüsse ziehen, um zu sehen, was gut und was weniger gut ist und was sich wie stark auswirkt. Im Rahmen dieser Arbeit wurden verschiedene Modelle zur Optimierung des Eigenverbrauchs ausprobiert. Dazu wurden mit verschiedenen Variablen versucht, möglichst realistische Ergebnisse zu simulieren. Die erste Aufgabe bestand darin, mit 4 Lastprofilen Rückschlüsse zu ziehen, in wie fern das Verbraucherprofil Auswirkung auf den Eigenverbrauch hat. Zusätzlich wurden die Kosten hinzugezogen, die man durch den höheren Eigenverbrauch sparen kann, aber auch den Gewinn, den man durch die Einspeisung vergütet bekommt. Zusätzlich wurden die Kosten der notwendigen Investitionen hinzugezogen. Es stellte sich heraus, dass der Einfluss durch verschiedene Profile auf die Autarkie sehr unterschiedlich ausfallen kann. So sind bei kleinen Speichern die Werte sehr abweichend. Mit zunehmender Kapazität gleichen sich die Werte an. So spielt der Einfluss des Profils kaum eine Rolle auf den Eigenverbrauch. Im zweiten Versuch wurden 4 Speichertypen miteinander verglichen. Sie unterscheiden sich in ihrer Lebensdauer, Zyklenzahl und ihrem Preis. So war es möglich sogar eine optimale Größe für die Wirtschaftlichkeit zu finden. Die Größe der Solarstromanlage sollte so gewählt werden, dass der Tagesverbrauch durch einen durchschnittlichen Tagesertrag gedeckt wird. Der dritte Versuch entsprach dem Modell einer Familie. Ein Speicher lässt sich zwar betreiben, jedoch noch nicht so wirtschaftlich. Das Modell zeigt auch, dass durch gezielte Energiesparmaßnamen in der Nacht sich das Ergebnis steigern lässt.

5.2 Ausblick

Die in dieser Arbeit durchgeführten Simulationen stellen eine vielversprechende Grundlage für weitere Studien zum Thema Optimierung es Eigenverbrauchs dar. Im Hinblick weiter fallender Kosten, wird die Suche nach dem Optimum noch eindeutiger. Unter der Voraussetzung halber Kosten für Blei-Gel Speicher und einer mittelfristigen Steigerung der Energiepreise auf 40 ct/kWh zeigt Abbildung 78 ein klares Optimum, das in etwa die Größe eines Tagesspeichers hat.

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Abbildung 78: Ausblick – geringster anzunehmender Gewinn pro Jahr (Zoom).

In Abbildung 79 ist der Effekt bei der 39,9 kWp-Anlage kaum zu sehen. Die Anlage ist zwar wirtschaftlicher, jedoch nicht so ausgeprägt, wie bei den kleineren Anlagen.

Abbildung 79: Ausblick – geringster anzunehmender Gewinn pro Jahr.

Alles im allen sieht man hier eine vielversprechende Technologie, die gerade in privaten Haushalten viel Potenzial hat.

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Anhang

Abbildungsverzeichnis Abbildung 1: Photovoltaikkosten in Abhängigkeit zur Leistung. ................................................... 8

Abbildung 2: Anzahl der Zyklen in Abhängigkeit der Entladetiefe; Quelle: Trojan Battery

Company (2012). ......................................................................................................................... 11

Abbildung 3: Anschluss des Stromzählers an die Photovoltaikanlage; Quelle: photovoltaik-

web.de (2013). ............................................................................................................................ 11

Abbildung 4: Anschluss des Speichers an ein bestehendes System; Quelle: photovoltaik-web.de

(2013). ......................................................................................................................................... 12

Abbildung 5: Preisentwicklung der Einspeisevergütung. ............................................................ 13

Abbildung 6: Zeitlicher Verlauf einer Woche des Standardlastprofils H0; Quelle: E.ON ............ 15

Abbildung 7: Zeitlicher Verlauf eines Jahre des Standlastprofils H0; Quelle: E.ON .................... 16

Abbildung 8: Eingabefelder für die Quelldateien. ....................................................................... 17

Abbildung 9: Zeitlicher Verlauf der Einspeisedaten einer Frühlingswoche aus dem Taunus. .... 19

Abbildung 10: Zeitlicher Verlauf der Einspeisedaten aus dem Jahr 2011. .................................. 19

Abbildung 11: Auswahlknöpfe zum Hochzählen. ........................................................................ 20

Abbildung 12: Eingabefelder für die Photovoltaikleistung. ........................................................ 21

Abbildung 13: Eingabefelder für die Solar-Erträge. .................................................................... 21

Abbildung 14: Eingabefelder für die Last (Verbrauch). ............................................................... 22

Abbildung 15: Eingabefelder für die Speicherkapazität. ............................................................. 22

Abbildung 16: Eingabefelder für den Ladewirkungsgrad. ........................................................... 22

Abbildung 17: Eingabefelder für den Entladewirkungsgrad. ...................................................... 22

Abbildung 18: Eingabefeld für die Kosten der Photovoltaikanlage. ........................................... 23

Abbildung 19: Eingabefeld für die Kosten des Speichers. ........................................................... 23

Abbildung 20: Eingabefeld für die Fixkosten. .............................................................................. 23

Abbildung 21: Eingabefelder für den Strompreis und für die Vergütung. .................................. 24

Abbildung 22: Eingabefeld für die maximalen Zyklen. ................................................................ 24

Abbildung 23: Eingabefelder für minimale und maximale Lebensdauer der Photovoltaikanlage.

..................................................................................................................................................... 25

Abbildung 24: Eingabefelder für die minimale und maximale Lebensdauer des Speichers. ...... 25

Abbildung 25: Eingabefelder für das Investition Intervalls der Fixkosten................................... 26

Abbildung 26: Eingabefelder für das Sichtspektrum und der Genauigkeit. ................................ 26

Abbildung 27: Funktionsweise des Speichers. ............................................................................ 27

Abbildung 28: SLP H0 – Autarkiegrad. ......................................................................................... 29

Abbildung 29: SLP H0 – Eigenverbrauch der Photovoltaik-Energie. ........................................... 30

Abbildung 30: SLP H0 – Restenergie im Speicher am Ende des Jahres. ...................................... 31

Abbildung 31: SLP H0 – Energie, die aus dem Netz bezogen wird. ............................................. 32

Abbildung 32: SLP H0 – Energie, die in das Netz eingespeist wird.............................................. 33

Abbildung 33: SLP H0 – Energieumsatz im Speicher. .................................................................. 34

Abbildung 34: SLP H0 – Ladeverluste des Speichers. .................................................................. 35

Abbildung 35: SLP H0 – Entladeverluste des Speichers. ............................................................. 35

Abbildung 36: SLP H0 – Zyklen im Jahr. ....................................................................................... 36

Abbildung 37: SLP H0 – Zu bezahlender Strompreis pro Jahr. .................................................... 37

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Abbildung 38: SLP H0 – Gewinn durch die Einspeisevergütung pro Jahr. .................................. 38

Abbildung 39: SLP H0 – Mindestlebensdauer des Speichers. ..................................................... 39

Abbildung 40: SLP H0 – Photovoltaikkosten in Abhängigkeit zur Kapazität. .............................. 40

Abbildung 41: SLP H0 – maximale Speicherkosten pro Jahr. ...................................................... 41

Abbildung 42: SLP H0 – maximale Fixkosten pro Jahr. ............................................................... 42

Abbildung 43: SLP H0 – maximale Gesamtkosten pro Jahr. ....................................................... 43

Abbildung 44: SLP H0 – geringster anzunehmender Gewinn pro Jahr. ...................................... 44

Abbildung 45: SLP H0 – geringster anzunehmender Gewinn pro Jahr (Zoom). .......................... 45

Abbildung 46: SLP G1 – Zeitlicher Verlauf einer Woche des Standardlastprofils G1. ................. 46

Abbildung 47: SLP G1 – Zeitlicher Verlauf eines Jahre des Standlastprofils G1. ......................... 46

Abbildung 48: SLP G1 – Autarkie. ................................................................................................ 47

Abbildung 49: SLP G1 – Mindestlebensdauer des Speichers. ..................................................... 47

Abbildung 50: SLP G1 – geringster anzunehmender Gewinn pro Jahr (Zoom). .......................... 48

Abbildung 51: Real – Zeitlicher Verlauf einer Woche des Profils Real. ....................................... 49

Abbildung 52: Real – Zeitlicher Verlauf eines Jahre des Profils Real. ......................................... 49

Abbildung 53: Real – Autarkie. .................................................................................................... 50

Abbildung 54: Real – Energie die aus dem Netz bezogen wird. .................................................. 50

Abbildung 55: Real – Energieumsatz im Speicher. ...................................................................... 51

Abbildung 56: Real – geringster anzunehmender Gewinn pro Jahr (Zoom)............................... 51

Abbildung 57: Erzeugt – Zeitlicher Verlauf einer Woche des Profils Erzeugt. ............................ 52

Abbildung 58: Erzeugt – Zeitlicher Verlauf eines Jahre des Profils Erzeugt. ............................... 53

Abbildung 59: Erzeugt – Autarkie. .............................................................................................. 53

Abbildung 60: Erzeugt – Energie die aus dem Netz bezogen wird. ............................................ 54

Abbildung 61: Erzeugt – Energieumsatz im Speicher. ................................................................ 54

Abbildung 62: Erzeugt – geringster anzunehmender Gewinn pro Jahr (Zoom). ........................ 55

Abbildung 63: Vergleich der Lastprofile mit 1,1 kWp. ................................................................ 56

Abbildung 64: Vergleich der Lastprofile mit 3,0 kWp. ................................................................ 56

Abbildung 65: NiMH – Mindestlebensdauer des Speichers. ....................................................... 57

Abbildung 66: NiMH – geringster anzunehmender Gewinn pro Jahr (Zoom). ........................... 58

Abbildung 67: Lithium-Ionen – Mindestlebensdauer des Speichers. ......................................... 59

Abbildung 68: Lithium-Ionen – Ladeverluste des Speichers. ...................................................... 59

Abbildung 69: Lithium-Ionen – Entladeverluste des Speichers. ................................................. 60

Abbildung 70: Lithium-Ionen – geringster anzunehmender Gewinn pro Jahr (Zoom). .............. 60

Abbildung 71: Redox-Flow – Mindestlebensdauer des Speichers. ............................................. 61

Abbildung 72: Redox-Flow – maximale Speicherkosten im Jahr. ............................................... 62

Abbildung 73: Redox-Flow – geringster anzunehmender Gewinn pro Jahr (Zoom). .................. 62

Abbildung 74: Konkretes Beispiel – Autarkie. ............................................................................. 63

Abbildung 75: Konkretes Beispiel – Energie die bezahlt wird. .................................................... 64

Abbildung 76: Konkretes Beispiel – Energie wird vergütet. ........................................................ 64

Abbildung 77: Konkretes Beispiel – geringster anzunehmender Gewinn pro Jahr (Zoom). ....... 65

Abbildung 78: Ausblick – geringster anzunehmender Gewinn pro Jahr (Zoom). ....................... 67

Abbildung 79: Ausblick – geringster anzunehmender Gewinn pro Jahr. .................................... 67

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Tabellenverzeichnis Tabelle 1: Charakterisierung der Speichertypen. ............................................................ 10

Tabelle 2: Notwendiger Aufbau der Zeitdateien zur Berechnung der Simulation. ........ 18

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