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

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Präsentation zum Thema: "Solarstromanlagen mit Speicherbatterien zur Verminderung der solaren Mittagsspitzen und zur Erhöhung des Solarstromanteils im Niederspannungsnetz Diskussionsentwurf."—  Präsentation transkript:

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

2 Um die Mittagszeit wird im Sommerhalbjahr besonders viel Strom verbraucht (Mittagsspitze) Lastkurve Sommer

3 Solarstrom kommt scheinbar genau zur Entlastung der mittäglichen Lastspitze Lastkurve Sommer

4 Steigert man den Ausbau der Solarenergie, so verkehrt sich die Entlastung in ihr Gegenteil Lastkurve Sommer

5 Steigert man den Ausbau der Solarenergie, so verkehrt sich die Entlastung in ihr Gegenteil Lastkurve Sommer

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

7 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.

8 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.

9 Wie können wir den Überschuss sinnvoll verwerten?

10 Zur energieintensiven Industrie So wird derzeit die energieintensive Industrie mit Strom versorgt Hochspannung Volt Kohlestrom

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

12 Mittelspannung Volt Hochspannung Volt Zur energieintensiven Industrie Kohlestrom So werden die privaten Endkunden mit Kohlestrom versorgt Niederspannung 230 Volt

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

14 Mittelspannung Volt Zur energieintensiven Industrie Solarstrom Bei weiterem Ausbau der Solarenergie fließt die solare Mittagserzeugung entgegen der konventionellen Stromrichtung. In solchen Stunden wird Kohlestrom nicht mehr benötigt Kohlestrom Hochspannung Volt Niederspannung 230 Volt

15 Mittelspannung Volt Zur energieintensiven Industrie Solarstrom Eine weitere Zunahme der solaren Mittagsspitze können die Netze nicht aufnehmen. Die Spannung würde sich unzulässig erhöhen. Kohlestrom Hochspannung Volt Niederspannung 230 Volt

16 Zwischen den Punkten A und B hat das Netzkabel einen Widerstand R AB Berechnung der Spannungsanhebung R Solarstrom I wird mittels Sonnenenergie durch das Niederspannungsnetz getrieben. Solarstrom I 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 kann mehr Solaranlagen anschließen.

17 Netzausbau im Niederspannungnetz ermöglicht den Abtransport höherer Solar-Spitzenströme

18 Die vorgelagerten Netze müssen dann ebenfalls ausgebaut werden. Mittelspannung Volt

19 Netzausbau im Niederspannungnetz ermöglicht den Abtransport höherer Solar-Spitzenströme Die vorgelagerten Netze müssen dann ebenfalls ausgebaut werden. Mittelspannung Volt Das alles geschieht, um eine Leistungsspitze zu übertragen, die niemand in dieser Höhe braucht

20 Niederspannungsnetz 230 V Zulässige Spannung im Niederspannungsnetz 230 Volt plus minus 10 Prozent Anschluss von Solarstromanlagen wird immer häufiger von Netzbetreibern abgelehnt.

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

22 Niederspannungsnetz 230 V Netzberechnung geht von folgendem ungünstigsten Fall aus: Kein Stromverbrauch (alle Bewohner im Sommerurlaub) Zulässige Spannung im Niederspannungsnetz 230 Volt plus minus 10 Prozent Die Energieflussrichtung kehrt sich dann um. Der Solarstrom fließt vom Niederspannungsnetz ins Mittelspannungsnetz und schließlich auch noch ins Hochspannungsnetz zu den Großverbrauchern (Aluminiumhütten usw.) Mittelspannungsnetz Volt

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

24 Niederspannungsnetz 230 V Neu hinzukommende Solaranlagen erhalten keine Anschluss- genehmigung obwohl reichlich Dächer vorhanden sind Mittelspannungsnetz Volt Selbst dann noch fließt in sonnigen Stunden Solarstrom bis ins Mittel- und Hochspannungsnetz zu den Großverbrauchern. Mehr brauchen wir nicht.

25 Niederspannungsnetz 230 V Mittelspannungsnetz Volt Aber abends und in der Nacht könnten wir Solarstrom gut gebrauchen

26 Aufladbare Batterien im Niederspannungsnetz zur Entlastung der Stromnetze von solaren Spitzenströmen Wir verkleinern den solaren Spitzenstrom I max, direkt an der Quelle, indem wir die Solarleistung auf den Abend und die folgende Nacht verteilen.

27 Tageshöchstwert

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

29 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 2011 für Anlagen im PLZ-Bereich 20 an 80 Tagen zu Verlusten geführt 80 Höchstleistung in Bruchteilen der Peakleistung 0,7

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

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

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

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

34 Umrichterleistung (AC) = 0,3 Peak-Leistung (DC) Kleiner als ca. 0,3 der Peak-Leistung darf die Umrichterleistung nicht sein, damit auch an sonnigen Sommertagen die gesamte Überschussenergie innerhalb von 24 Stunden vollständig eingespeist werden kann.

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

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

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

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

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

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

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

42 Batterie aufgeladen Spitzenleistung des Umrichters (AC) Direkt einspeisen

43 Gleichmäßig mit möglichst geringer Leistung in das Stromnetz einspeisen Direkt einspeisen

44 Gleichmäßig mit möglichst geringer Leistung in das Stromnetz einspeisen Direkt einspeisen

45 Gleichmäßig mit möglichst geringer Leistung in das Stromnetz einspeisen

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

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

48 Tatsächlicher Solarleistungsverlauf wie im PLZ-Bereich 52 am nach SMA Annahme: Solare Tageserzeugung = dreifache Tageslast Solarleistung Sommer-Lastkurve Abzuführende Leistung Zuzuführende Leistung Umrichterleistung gleich Peakleistung 0 Uhr12 Uhr24 Uhr

49 Tatsächlicher Solarleistungsverlauf wie im PLZ-Bereich 52 am nach SMA Annahme: Solare Tageserzeugung = dreifache Tageslast Solarleistung Sommer-Lastkurve Abzuführende Leistung Zuzuführende Leistung Umrichterleistung= 0,3 * Peakleistung und mit Speicher Umrichterleistung gleich Peakleistung 0 Uhr12 Uhr24 Uhr 0 Uhr12 Uhr24 Uhr

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

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

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

53 Speicher DC AC Solargenerator Umrichter Einspeisezähler Bleibatterien oder andere wiederaufladbare Batterien mit gutem Wirkungsgrad Ca.5 kWh Speicherkapazität pro 1kW p 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. Es fehlt noch Schrank und (Spannungs)Kontrollgerät

54 Speicher DC AC Solargenerator Umrichter Einspeisezähler Bleibatterien oder andere wiederaufladbare Batterien mit gutem Wirkungsgrad Ca.5 kWh Speicherkapazität pro 1kW p Solarleistung Mehrkosten pro kW - derzeit noch ca ?? Außerdem: Wechsel des Batteriesatzes nach 10 Jahren.

55 Speicher DC AC Solargenerator mittags Umrichter Mittags Einspeisezähler

56 Speicher DC AC Solargenerator abends Umrichter Abends Einspeisezähler

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

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

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

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

61 Hier fehlt noch ein vorschriftsmäßiger Batterieschrank

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

63 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 - Vorrang für Solareinspeisung auch für gespeicherten Solarstrom - Zusätzliche Vergütung für den gesamten direkt und indirekt eingespeisten Solarstrom in Höhe von 19 cent/kWh 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.

64 Ausbau der Netze ist nicht unsere Lösung Die Akteure haben kein Interesse an einer raschen Umstellung auf Erneuerbare Energien und können sie beliebig verzögern Politische Unruhen verzögern das gesamte Projekt (z.B. Libyen, Ägypten) Abhängigkeit von den Energie-Großkonzernen nimmt zu Bürgerbeteiligung ist nicht möglich Unnötige volkswirtschaftliche Kosten für die Fernleitungen, denn sie können bei europaweitem Ausfall von Wind und Sonne keine Speicher ersetzen. Und diese könnten auch dezentral ohne Fernleitungen gebaut werden. Im Katastrophenfall (Orkane, Erdbeben, Terroranschlag etc.) bricht das gesamte System europaweit zusammen Als Beispiel für Entwicklungsländer nicht geeignet

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

66 Wir setzen auf Unabhängigkeit von den Kohle- und Atomkonzernen. Elektrische Energie speichern und erzeugen wir selber aus Sonne, Wind und mit anderen Technologien der Erneuerbaren Energien Solaranlagen, Windanlagen, Kurzzeitspeicher, Langzeitspeicher

67 Wir setzen auf Unabhängigkeit von den Kohle- und Atomkonzernen. Elektrische Energie speichern und erzeugen wir selber aus Sonne, Wind und mit anderen Technologien der Erneuerbaren Energien Solaranlagen, Windanlagen, Kurzzeitspeicher, Langzeitspeicher Im Katastrophenfall: haben wir eine Selbstversorgungs- fähige Energie-Insel

68 Solaranlagen, Windanlagen, Kurzzeitspeicher, Langzeitspeicher 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, denn wir setzen auf Windparks, Solaranlagen und Speicher in der Nähe der Verbraucher

69 Drei Handlungs-Schwerpunkte


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