Solarstromanlagen mit Speicherbatterien zur Verminderung der solaren Mittagsspitzen und zur Erhöhung des Solarstromanteils im Niederspannungsnetz Einbeziehung.

Solarstromanlagen mit Speicherbatterien zur Verminderung der solaren Mittagsspitzen und zur Erhöhung des Solarstromanteils im Niederspannungsnetz Einbeziehung der dezentralen Stromspeicherung in das EEG Diskussionsentwurf von Dipl.-Ing. Wolf von Fabeck, Solarenergie-Förderverein Deutschland (SFV)

Solarstromanlagen mit Speicherbatterien zur Verminderung der solaren Mittagsspitzen und zur Erhöhung des Solarstromanteils im Niederspannungsnetz Einbeziehung der dezentralen Stromspeicherung in das EEG Diskussionsentwurf von Dipl.-Ing. Wolf von Fabeck, Solarenergie-Förderverein Deutschland (SFV) Zeitliche Unverträglichkeit von Solarangebot und Strombedarf Können Großverbraucher mit Solarstrom versorgt werden? Muss das Stromnetz für Solarstrom weiter ausgebaut werden? Lösung: Dosierte Abgabe der mittäglichen Solarspitze ins Stromnetz Ausdehnung der Erkenntnisse auf Windstrom

Vorbemerkung: Die Umstellung der Energieversorgung auf Erneuerbare Energien wird sich im Wesentlichen auf zwei Techniken stützen, die Solarstrom- und die Windstromgewinnung an Land. Die Windenergie wird ihren Hauptbeitrag im Winterhalbjahr leisten, die Solarenergie im Sommer. Der folgende Beitrag bezieht sich im Wesentlichen auf die Rolle der Photovoltaik, d.h. auf die Jahreszeit von Mai bis September. Für die Windenergie liegen die Verhältnisse ähnlich, nur sind die Zeiträume, in denen Windüberschuss- oder Windmangel herrscht, länger als bei der Solarenergie. Die Speicher müssen deshalb größer dimensioniert werden.

Um die Mittagszeit wird im Sommerhalbjahr besonders viel Strom verbraucht (Mittagsspitze)
Tagesgang der Sommerlastkurve

Solarstrom kommt scheinbar genau zur Entlastung der mittäglichen Lastspitze
Tagesgang der Sommerlastkurve

Steigert man den Ausbau der Solarenergie, so verkehrt sich die Entlastung in ihr Gegenteil
Tagesgang der Sommerlastkurve 2012

Um die Mittagszeit gibt es mehr Solarstrom, als zu diesem Zeitpunkt überhaupt benötigt wird.
2015

2020 Um die Mittagszeit gibt es mehr Solarstrom, als zu diesem Zeitpunkt überhaupt benötigt wird. Weiterer Ausbau der Solarenergie löst das Problem nicht. Er erhöht nur den Überschuss zur Mittagszeit, liefert aber keinen Beitrag zur Deckung der abendlichen Lastspitze oder zur nächtlichen Stromversorgung.

Um die Mittagszeit gibt es mehr Solarstrom, als zu diesem Zeitpunkt überhaupt benötigt wird.
Weiterer Ausbau der Solarenergie löst das Problem nicht. Er erhöht nur den Überschuss zur Mittagszeit, liefert aber keinen Beitrag zur Deckung der abendlichen Lastspitze oder zur nächtlichen Stromversorgung.

Wie können wir den Überschuss sinnvoll verwerten?

Wie können wir den Überschuss sinnvoll verwerten?
Vielleicht für Stromgroßverbraucher?

Hochspannung Volt Zur stromintensiven Industrie Kohlestrom So wird derzeit die stromintensive Industrie mit Strom versorgt

Hochspannung Volt Zur stromintensiven Industrie Kohlestrom So werden nachts die privaten Endkunden mit Kohlestrom versorgt

Hochspannung Volt Zur stromintensiven Industrie Kohlestrom So werden nachts die privaten Endkunden mit Kohlestrom versorgt Zeichenerklärung: Transformator

Hochspannung Volt Zur stromintensiven Industrie Kohlestrom So werden nachts die privaten Endkunden mit Kohlestrom versorgt Mittelspannung Volt Niederspannung 230 Volt Zeichenerklärung: Transformator

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Erste Stufe Solarausbau

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Hochspannung Volt Zur stromintensiven Industrie Kohlestrom Erste Stufe Solarausbau Mittelspannung Volt Niederspannung 230 Volt

Hochspannung Volt Zur stromintensiven Industrie Kohlestrom Private Endkunden versorgen sich selbst und ihre Nachbarn in Sonnenstunden mit Solarstrom Mittelspannung Volt Niederspannung 230 Volt

Zweite Stufe Solarausbau:

Zweite Stufe Solarausbau
Hochspannung Volt Zur stromintensiven Industrie Kohlestrom Zweite Stufe Solarausbau Mittelspannung Volt Niederspannung 230 Volt

Zur stromintensiven Industrie
Hochspannung Volt Zur stromintensiven Industrie Kohlestrom Solarstrom Solarstrom fließt „rückwärts“ bis zur stromintensiven Industrie. Kohlestrom wird mittags nicht mehr benötigt Mittelspannung Volt Niederspannung 230 Volt

Zur energieintensiven Industrie
Hochspannung Volt Zur energieintensiven Industrie Solarstrom Solarstrom fließt „rückwärts“ bis zur stromintensiven Industrie. Kohlestrom wird mittags nicht mehr benötigt Mittelspannung Volt Niederspannung 230 Volt

Dritte Stufe Solarausbau:

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Hochspannung Volt Zur energieintensiven Industrie Solarstrom Dritte Stufe Solarausbau Mittelspannung Volt Niederspannung 230 Volt

Hochspannung Volt Zur energieintensiven Industrie Solarstrom Die Stromnetze können die solare Mittagsspitze nicht mehr weiterleiten Mittelspannung Volt Niederspannung 230 Volt

Verweigerung des Netzanschlusses bringt Energiewende zum Stocken

Zulässige Spannung im Niederspannungsnetz 230 Volt plus minus 10 Prozent
Anschluss von zusätzlichen Solarstromanlagen wird immer häufiger von den Betreibern der Niederspannungsnetze abgelehnt

Zulässige Spannung im Niederspannungsnetz 230 Volt plus minus 10 Prozent
Messpunkt Netzberechnung geht von folgendem ungünstigsten Fall aus: Kein Stromverbrauch (alle Bewohner im Sommerurlaub)

Niederspannungsnetz 230 V
Messpunkt Die Spannung am Ende des Netzzweiges steigt über den zulässigen Höchstwert 230 V + 10 Prozent = 253 Volt

Neu hinzukommende Solaranlagen erhalten keine Anschluss-
Genehmigung, obwohl reichlich Dächer vorhanden sind Mittelspannungsnetz Volt Niederspannungsnetz 230 V

Neu hinzukommende Solaranlagen erhalten keine Anschluss-
Genehmigung, obwohl reichlich Dächer vorhanden sind Mittelspannungsnetz Volt Niederspannungsnetz 230 V Ohne Genehmigung weiterer Solaranlagen schaffen wir keine Energiewende

Gesetzgeber und BundesNetzagentur schlagen Netzausbau vor
Neu hinzukommende Solaranlagen erhalten keine Anschluss- Genehmigung, obwohl reichlich Dächer vorhanden sind Mittelspannungsnetz Volt Niederspannungsnetz 230 V Gesetzgeber und BundesNetzagentur schlagen Netzausbau vor Das ist zwar ein Irrweg Aber sehen wir uns die Begründung an

Berechnung der Spannungsanhebung
Solarstrom I wird mittels Sonnenenergie durch das Niederspannungsnetz getrieben. Solarstrom I A B R Zwischen den Punkten A und B hat das Netzkabel einen Widerstand R Der Solarstrom I erzeugt in B eine Spannungserhöhung Delta U = R * I Netzausbau (Verlegen von Parallelkabel) verkleinert den Widerstand R Damit verkleinert man die störende Spannungserhöhung Delta U = R * I und könnte mehr Solaranlagen anschließen.

Netzausbau im Niederspannungnetz könnte den Abtransport höherer Solar-Spitzenströme ermöglichen

Die vorgelagerten Netze müssten dann ebenfalls ausgebaut werden.
Mittelspannung Volt Netzausbau im Niederspannungnetz könnte den Abtransport höherer Solar-Spitzenströme ermöglichen Aber … Die vorgelagerten Netze müssten dann ebenfalls ausgebaut werden.

den Spitzenstrom überhaupt haben?
Mittelspannung Volt Und wer will den Spitzenstrom überhaupt haben?

Das Kappen der Mittagsspitze jedenfalls ist keine Lösung
Mittelspannung Volt Das Kappen der Mittagsspitze jedenfalls ist keine Lösung

Problembeschreibung

Problembeschreibung Neu hinzukommende Solaranlagen erhalten keine Anschluss-genehmigung, obwohl reichlich Dächer vorhanden sind

Problembeschreibung Neu hinzukommende Solaranlagen erhalten keine Anschluss-genehmigung, obwohl reichlich Dächer vorhanden sind BundesNetzagentur drängt auf Ausbau der Stromnetze

Problembeschreibung Neu hinzukommende Solaranlagen erhalten keine Anschluss-genehmigung, obwohl reichlich Dächer vorhanden sind BundesNetzagentur drängt auf Ausbau der Stromnetze Doch selbst ohne weiteren Netzausbau fließt in sonnigen Stunden Solarstrom bereits bis ins Mittel- und Hochspannungsnetz zu den Großverbrauchern.

Problembeschreibung Neu hinzukommende Solaranlagen erhalten keine Anschluss-genehmigung, obwohl reichlich Dächer vorhanden sind BundesNetzagentur drängt auf Ausbau der Stromnetze Doch selbst ohne weiteren Netzausbau fließt in sonnigen Stunden Solarstrom bereits bis ins Mittel- und Hochspannungsnetz zu den Großverbrauchern. Die Netzkapazität wäre ausreichend, wenn die Mittagsspitze nicht übertragen werden müsste

Problembeschreibung Neu hinzukommende Solaranlagen erhalten keine Anschluss-genehmigung, obwohl reichlich Dächer vorhanden sind BundesNetzagentur drängt auf Ausbau der Stromnetze Doch selbst ohne weiteren Netzausbau fließt in sonnigen Stunden Solarstrom bereits bis ins Mittel- und Hochspannungsnetz zu den Großverbrauchern. Die Netzkapazität wäre ausreichend, wenn die Mittagsspitze nicht übertragen werden müsste Es folgt die Begründung, warum die Netzkapazität im allgemeinen reicht:

Hochspannung Volt Zur stromintensiven Industrie Kohlestrom Begründung: An Tagen ohne Wind und Sonnenenergie werden alle Stromkunden mit Kohlestrom versorgt Mittelspannung Volt Niederspannung 230 Volt

Hochspannung Volt Zur stromintensiven Industrie Kohlestrom Begründung: An Tagen ohne Wind und Sonnenenergie werden alle Stromkunden mit Kohlestrom versorgt Auch im Winter Mittelspannung Volt Niederspannung 230 Volt

Hochspannung Volt Zur stromintensiven Industrie Kohlestrom Im Winter ist der Strombedarf höher Tagesgang Winter Tagesgang Sommer Niederspannung 230 Volt

Hochspannung Volt Zur stromintensiven Industrie Kohlestrom Stromnetze sind zur Übertragung der höheren Winterlast ausgelegt Tagesgang Winter Tagesgang Sommer Niederspannung 230 Volt

Kohlestrom Strom kann durch das Stromnetz in beiden Richtungen fließen

Kohlestrom Strom kann durch das Stromnetz in beiden Richtungen fließen Kohlestrom von „oben nach unten“

Solarstrom Strom kann durch das Stromnetz in beiden Richtungen fließen Kohlestrom von „oben nach unten“ Solarstrom von „unten nach oben“

Solarstrom Strom kann durch das Stromnetz in beiden Richtungen fließen Wichtig! Würde Solarstrom gleichmäßiger fließen, so würde das Stromnetz ausreichen

Aber was machen wir mit dem Spitzenstrom?

Die Lösung: Wir verkleinern den solaren Spitzenstrom I max, direkt an der Quelle, indem wir die mittägliche Solarleistung auf den Abend und die folgende Nacht verteilen.

Die Lösung: Wir verkleinern den solaren Spitzenstrom I max, direkt an der Quelle, indem wir die mittägliche Solarleistung auf den Abend und die folgende Nacht verteilen. Wir bereiten die Invasion des Stromnetzes von unten her vor: Mit Solarstrom tags und nachts (und Windstrom) verdrängen wir Kohle-, Atom- und Erdgasstrom

Die Lösung: Wir verkleinern den solaren Spitzenstrom I max, direkt an der Quelle, indem wir die mittägliche Solarleistung auf den Abend und die folgende Nacht verteilen. Wir bereiten die Invasion des Stromnetzes von unten her vor: Mit Solarstrom tags und nachts (und Windstrom) verdrängen wir Kohle-, Atom- und Erdgasstrom Dazu verwenden wir aufladbare Batterien in Kombination mit Solaranlagen

Aufladbare Batterien lösen das Problem

Tageshöchstwert 6:00 Uhr 12:00 Uhr 18:00 Uhr 24:00 Uhr

An wieviel Tagen wird eine vorgegebene Leistung überschritten?
Nach Daten von SMA im Jahr 2011 Höchstleistung in Bruchteilen der Peakleistung

An wieviel Tagen wird eine vorgegebene Leistung überschritten?
Beispiel: Die für Anlagen unter 30 kWp empfohlene Drosselung der Einspeiseleistung auf 0,7 der Peakleistung hätte im Jahr für Anlagen im PLZ-Bereich 20 an 80 Tagen zu Verlusten geführt 80 0,7 Höchstleistung in Bruchteilen der Peakleistung

Freiwillige Selbstbeschränkung:
Umrichterleistung (AC) = 0,3 Peak-Leistung (DC)

Umrichterleistung (AC) = 0,3 Peak-Leistung (DC) An etwa 240 Tagen wird 0,3 Peak-Leistung erreicht oder überschritten

Umrichter Solargenerator Einspeisezähler DC AC Freiwillige Selbstbeschränkung: Umrichterleistung (AC) = 1/3 Peak-Leistung (DC)

Umrichter Solargenerator Einspeisezähler DC AC Freiwillige Selbstbeschränkung: Umrichterleistung (AC) = 1/3 Peak-Leistung (DC) Zur Vermeidung von Missverständnissen: Dieser freiwillige Verzicht muss durch höhere Vergütung ausgeglichen werden

Umrichterleistung (AC) = 0,3 Peak-Leistung (DC)
Kleiner als ca. 0,3 der Peak-Leistung darf die Umrichterleistung nicht sein, damit an sonnigen Sommertagen die gesamte Überschussenergie vollständig eingespeist werden kann, bevor erneut die Solarleistung 0,3 * Peak übersteigt.

speichern Direkt einspeisen
Wir speichern die mittägliche Leistung und speisen sie am Abend und in der Nacht ein Tageshöchstleistung (DC) speichern Direkt einspeisen Batterie aufladen Restladung

speichern Direkt einspeisen Tageshöchstleistung (DC)
Spitzenleistung des Umrichters (AC) Direkt einspeisen Batterie aufladen

Direkt einspeisen Spitzenleistung des Umrichters (AC) Batterie
aufgeladen

Gleichmäßig mit möglichst geringer Leistung in das Stromnetz einspeisen
Direkt einspeisen

Gleichmäßig mit möglichst geringer Leistung in das Stromnetz einspeisen
Direkt einspeisen Nicht völlig entladen!

1/3 Solargeneratorleistung
Einspeisezähler Umrichter DC AC Umrichterleistung = 1/3 Solargeneratorleistung Speicher

Annahme: Solare Tageserzeugung = dreifache Tageslast
Tatsächlicher Solarleistungsverlauf wie im PLZ-Bereich 52 am nach SMA Annahme: Solare Tageserzeugung = dreifache Tageslast Umrichterleistung gleich Peakleistung Solarleistung Sommer-Lastkurve Abzuführende Leistung Zuzuführende Leistung 0 Uhr 12 Uhr 24 Uhr

Annahme: Solare Tageserzeugung = dreifache Tageslast
Tatsächlicher Solarleistungsverlauf wie im PLZ-Bereich 52 am nach SMA Annahme: Solare Tageserzeugung = dreifache Tageslast Umrichterleistung gleich Peakleistung Umrichterleistung= 0,3 * Peakleistung und mit Speicher 0 Uhr 12 Uhr 24 Uhr Solarleistung Sommer-Lastkurve Abzuführende Leistung Zuzuführende Leistung 0 Uhr 12 Uhr 24 Uhr

Verminderung der Netzbelastung
Tatsächlicher Solarleistungsverlauf wie im PLZ-Bereich 52 am nach SMA Annahme: Solare Tageserzeugung = dreifache Tageslast Umrichterleistung gleich Peakleistung Umrichterleistung= 0,3 * Peakleistung und mit Speicher Oben abschneiden Solarleistung Sommer-Lastkurve Abzuführende Leistung Zuzuführende Leistung Netzbelastung

Speicherkapazität ausreichend für
Solargenerator Einspeisezähler Umrichter AC DC Speicher Speicherkapazität ausreichend für ca. 60 % des höchstmöglichen Solar-Tagesertrages

Solargenerator Einspeisezähler Umrichter AC DC Speicher Bleibatterien oder andere wiederaufladbare Batterien mit gutem Wirkungsgrad Ca.5 kWh freie Speicherkapazität pro 1kWp Solarleistung

Solargenerator Einspeisezähler Umrichter AC DC Speicher Ca.5 kWh freie Speicherkapazität pro 1kWp Solarleistung 10 Bleibatterien (1kWh) zum Preis von je 180 € „VRLA“ Batterie Valve regulated lead acid Gel- oder AGM (absortiv glass mat) Batterien sollten nur halb entladen werden, um eine Gebrauchsdauer von 10 Jahren zu erreichen. Dazu Batterieschrank und Laderegler

Solargenerator Einspeisezähler Umrichter AC DC Speicher Mehrkosten pro kWp derzeit noch ca € ??

Mittags Solargenerator Einspeisezähler Umrichter mittags mittags AC DC
Speicher

Abends Solargenerator Einspeisezähler Umrichter abends AC DC abends
Speicher

Verbraucher im Haushalt
Jede angezeigte kWh erhält die Regelvergütung plus einem Speicherbonus von 19 ct/kWh Solargenerator Einspeisezähler Umrichter mittags DC AC mittags nachts Speicher Verbraucher im Haushalt Haus-anschluss-kasten Zweirichtungs- zähler

Jede angezeigte kWh erhält die Regelvergütung plus einem Speicherbonus von 19 ct/kWh Solargenerator Einspeisezähler Umrichter mittags DC AC mittags Der Speicherbonus unterliegt einer jährlichen Degression von 5% nachts Speicher Verbraucher im Haushalt Haus-anschluss-kasten Zweirichtungs- zähler

Solargenerator Der Speicherbonus wird auf die Netzgebühren umgelegt, da er der Netzstabilität dient Einspeisezähler Umrichter mittags DC AC mittags nachts Speicher Verbraucher im Haushalt Haus-anschluss-kasten Zweirichtungs- zähler

Solargenerator Einspeisezähler Umrichter mittags DC AC mittags abends Automatische Trennung bei Stromausfall Speicher nachts Haus-anschluss-kasten Verbraucher im Haushalt Zweirichtungs- zähler Versorgungsnetz

Hier fehlt noch ein vorschriftsmäßiger Batterieschrank

Ausnutzen starker Strompreisunterschiede (Automatisch )
Solargenerator Bi-direktionaler Umrichter DC AC Hoch-preis Niedrig-preis Speicher Zweirichtungs-zähler mit Verarbeitung d. Preissignals Haus-anschluss-kasten Verbraucher im Haushalt Versorgungsnetz

Notwendige Änderungen (Diskussionsvorschlag) Muss noch ergänzt werden
AC-Spitzenleistung des Umrichters = 1/3 der DC-Peakleistung des Solargenerators Netzanschlussberechnung nur für die (kleine) AC-Leistung des Umrichters Zusätzliche Vergütung für den gesamten direkt und indirekt eingespeisten Solarstrom in Höhe von 19 cent/kWh. Diese zusätzliche Vergütung ist durch die Verteilnetzbetreiber zusammen mit der Solarstromvergütung auszuzahlen. Änderungsvorschläge für das EEG: § 9 (1) EEG: Netzbetreiber sind auf Verlangen der Einspeisewilligen verpflichtet, unverzüglich ihre Netze entspechend dem Stand der Technik zu optimieren, zu verstärken und auszubauen oder Stromspeicher zu integrieren, um die Abnahme, Übertragung und Verteilung des Stroms aus Erneuerbaren Energien oder Grubengas sicherzustellen. Ferner § 3 Nr. 7 EEG: "Netz" (ist) die Gesamtheit der miteinander verbundenen technischen Einrichtungen zur Abnahme, Übertragung, Verteilung und Speicherung von Elektrizität für die allgemeine Versorgung.

Zusammenfassung: Um Leitungsausbau zu sparen, Stromspeicher in der Nähe der Solaranlagen z.B. im Keller

Elektrische Energie Erzeugen und Speichern gehören zusammen
Solaranlagen, Windanlagen, Kurzzeitspeicher, Langzeitspeicher und Verbraucher gehören zusammen

Im Katastrophenfall: haben wir eine Selbstversorgungs-fähige Energie-Insel
Solaranlagen, Windanlagen, Kurzzeitspeicher, Langzeitspeicher und Verbraucher gehören zusammen

Die bestehenden Übertragungsnetze wollen wir nicht abschaffen
Die bestehenden Übertragungsnetze wollen wir nicht abschaffen. Sie können auch zukünftig beim Ausgleich zwischen Überschuss- und Mangel-Gebieten genutzt werden. Aber wir brauchen keine neuen Fernübertragungsleitungen. Wir setzen auf Windparks, Solaranlagen und Speicher in der Nähe der Verbraucher Solaranlagen, Windanlagen, Kurzzeitspeicher, Langzeitspeicher und Verbraucher gehören zusammen

Das zukünftige Energiesystem

Solarstromanlagen mit Speicherbatterien zur Verminderung der solaren Mittagsspitzen und zur Erhöhung des Solarstromanteils im Niederspannungsnetz Einbeziehung.

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