Post on 05-Jan-2016
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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
Um die Mittagszeit wird im Sommerhalbjahr besonders viel Strom verbraucht (Mittagsspitze)
Lastkurve Sommer
Solarstrom kommt scheinbar genau zur Entlastung der mittäglichen Lastspitze
Lastkurve Sommer
Steigert man den Ausbau der Solarenergie, so verkehrt sich die Entlastung in ihr Gegenteil
Lastkurve Sommer
Steigert man den Ausbau der Solarenergie, so verkehrt sich die Entlastung in ihr Gegenteil
Lastkurve Sommer
Um die Mittagszeit gibt es mehr Solarstrom, als zu diesem Zeitpunkt überhaupt benötigt wird.
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?
Zur energieintensiven Industrie
So wird derzeit die energieintensive Industrie mit Strom versorgt
Hochspannung 200.000 Volt
Kohlestrom
Mittels
pannung
20.00
0 Volt
Hochspannung 200.000 Volt
Zur energieintensiven Industrie
Kohlestrom
So werden die privaten Endkunden mit Kohlestrom versorgt
Niederspannung 230 Volt
Transformator
Zeichenerklärung:
Mittels
pannung
20.00
0 Volt
Hochspannung 200.000 Volt
Zur energieintensiven Industrie
Kohlestrom
So werden die privaten Endkunden mit Kohlestrom versorgt
Niederspannung 230 Volt
Mittels
pannung
20.00
0 Volt
Hochspannung 200.000 Volt
Zur energieintensiven Industrie
Kohlestrom
Niederspannung 230 Volt
Endkunden versorgen sich selbst und ihre
Nachbarn in Sonnenstunden mit Solarstrom
Mittels
pannung
20.00
0 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 200.000 Volt
Niederspannung 230 Volt
Mittels
pannung
20.00
0 Volt
Zur energieintensiven Industrie
Solarstrom
Eine weitere Zunahme der solaren Mittagsspitze können die Netze nicht aufnehmen. Die Spannung würde sich unzulässig erhöhen.
Kohlestrom
Hochspannung 200.000 Volt
Niederspannung 230 Volt
Zwischen den Punkten A und B hat das Netzkabel einen Widerstand R
A B
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 * Iund kann mehr Solaranlagen anschließen.
Netzausbau im Niederspannungnetz ermöglicht den Abtransport höherer Solar-Spitzenströme
Netzausbau im Niederspannungnetz ermöglicht den Abtransport höherer Solar-Spitzenströme
Die vorgelagerten Netze müssen dann ebenfalls ausgebaut werden.
Mittelsp
annung
20.000 V
olt
Netzausbau im Niederspannungnetz ermöglicht den Abtransport höherer Solar-Spitzenströme
Die vorgelagerten Netze müssen dann ebenfalls ausgebaut werden.
Mittelsp
annung
20.000 V
olt
Das alles geschieht, um eine Leistungsspitze zu übertragen, die niemand in dieser Höhe braucht
Niederspannungsnetz 230 V
Zulässige Spannung im Niederspannungsnetz 230 Volt plus minus 10 Prozent
Anschluss von Solarstromanlagen wird immer häufiger von Netzbetreibern abgelehnt.
Niederspannungsnetz 230 VMesspunkt
Netzberechnung geht von folgendem ungünstigsten Fall aus: Kein Stromverbrauch (alle Bewohner im Sommerurlaub)
Zulässige Spannung im Niederspannungsnetz 230 Volt plus minus 10 Prozent
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
20.000 Volt
Niederspannungsnetz 230 V
Die Spannung am Ende des Netzzweiges steigt über den zulässigen Höchstwert 230 V + 10 Prozent = 253 Volt
Mittelspannungsnetz
20.000 Volt
Messpunkt
Niederspannungsnetz 230 V
Neu hinzukommende Solaranlagen erhalten keine Anschluss-genehmigung obwohl reichlich Dächer vorhanden sind
Mittelspannungsnetz
20.000 Volt
Selbst dann noch fließt in sonnigen Stunden Solarstrom bis ins Mittel- und Hochspannungsnetz zu den Großverbrauchern. Mehr brauchen wir nicht .
Niederspannungsnetz 230 V
Mittelspannungsnetz
20.000 Volt
Aber abends und in der Nacht könnten wir Solarstrom gut gebrauchen
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.
Tageshöchstwert
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 2011 für Anlagen im PLZ-Bereich 20 an 80 Tagen zu Verlusten geführt
80
Höchstleistung in Bruchteilen der Peakleistung0,7
Umrichterleistung (AC) = 0,3 Peak-Leistung (DC)
Freiwillige Selbstbeschränkung:
Umrichterleistung (AC) = 0,3 Peak-Leistung (DC)
Freiwillige Selbstbeschränkung:
An etwa 240 Tagen wird 0,3 Peak-Leistung erreicht oder überschritten
Umrichterleistung (AC) = 1/3 Peak-Leistung (DC)
Freiwillige Selbstbeschränkung:
Solargenerator
Umrichter
Einspeisezähler
DC
AC
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
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.
Batterieaufladen
Tageshöchstleistung (DC)
Wir speichern die mittägliche Leistung und speisen sie am Abend und in der Nacht ein
Direkt einspeisen
speichern
Restladung
Batterieaufladen
Tageshöchstleistung (DC)
Spitzenleistung des Umrichters (AC)
Direkt einspeisen
speichern
Batterieaufladen
Tageshöchstleistung (DC)
Spitzenleistung des Umrichters (AC)
Direkt einspeisen
speichern
Batterieaufladen
Tageshöchstleistung (DC)
Spitzenleistung des Umrichters (AC)
Direkt einspeisen
speichern
Batterieaufladen
Tageshöchstleistung (DC)
Spitzenleistung des Umrichters (AC)
Direkt einspeisen
speichern
Batterieaufladen
Tageshöchstleistung (DC)
Spitzenleistung des Umrichters (AC)
Direkt einspeisen
speichern
Batterieaufladen
Tageshöchstleistung (DC)
Spitzenleistung des Umrichters (AC)
Direkt einspeisen
speichern
Batterieaufgeladen
Spitzenleistung des Umrichters (AC)
Direkt einspeisen
Gleichmäßig mit möglichst geringer Leistung in das Stromnetz einspeisen
Direkt einspeisen
Gleichmäßig mit möglichst geringer Leistung in das Stromnetz einspeisen
Direkt einspeisen
Direkt einspeisen
Gleichmäßig mit möglichst geringer Leistung in das Stromnetz einspeisen
Direkt einspeisen
Gleichmäßig mit möglichst geringer Leistung in das Stromnetz einspeisen
Nicht völlig entladen!
Speicher
DC
AC
Solargenerator
UmrichterEinspeisezähler
Umrichterleistung = 1/3 Solargeneratorleistung
Tatsächlicher Solarleistungsverlauf wie im PLZ-Bereich 52 am 2.6.11 nach SMAAnnahme: Solare Tageserzeugung = dreifache Tageslast
SolarleistungSommer-LastkurveAbzuführende Leistung
Zuzuführende Leistung
Umrichterleistung gleich Peakleistung
0 Uhr 12 Uhr 24 Uhr
Tatsächlicher Solarleistungsverlauf wie im PLZ-Bereich 52 am 2.6.11 nach SMAAnnahme: Solare Tageserzeugung = dreifache Tageslast
SolarleistungSommer-LastkurveAbzuführende Leistung
Zuzuführende Leistung
Umrichterleistung= 0,3 * Peakleistung und mit Speicher
Umrichterleistung gleich Peakleistung
0 Uhr 12 Uhr 24 Uhr
0 Uhr 12 Uhr 24 Uhr
Tatsächlicher Solarleistungsverlauf wie im PLZ-Bereich 52 am 2.6.11 nach SMAAnnahme: Solare Tageserzeugung = dreifache Tageslast
SolarleistungSommer-LastkurveAbzuführende Leistung
Zuzuführende LeistungNetzbelastung
Umrichterleistung= 0,3 * Peakleistung und mit Speicher
Umrichterleistung gleich Peakleistung
Verminderung der Netzbelastung
ca. 60 % des höchstmöglichen
Solar-Tagesertrages
Speicher
DC
AC
Solargenerator
Umrichter
Speicherkapazität ausreichend für
Einspeisezähler
Speicher
DC
AC
Solargenerator
UmrichterEinspeisezähler
Bleibatterien oder andere wiederaufladbare Batterien mit gutem Wirkungsgrad Ca.5 kWh freie Speicherkapazität pro 1kWp Solarleistung
Speicher
DC
AC
Solargenerator
UmrichterEinspeisezähler
Bleibatterien oder andere wiederaufladbare Batterien mit gutem Wirkungsgrad Ca.5 kWh Speicherkapazität pro 1kWp Solarleistung
10 Bleibatterien (1kWh) zum Preis von je 180 €„VRLA“ Batterie Valve regulated lead acidGel- 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
Speicher
DC
AC
Solargenerator
UmrichterEinspeisezähler
Bleibatterien oder andere wiederaufladbare Batterien mit gutem Wirkungsgrad Ca.5 kWh Speicherkapazität pro 1kWp Solarleistung
Mehrkosten pro kW - derzeit noch ca. 1200 € ??
Außerdem: Wechsel des Batteriesatzes nach 10 Jahren.
Speicher
DC
AC
Solargenerator
mittags
mitt
ags
Umrichter
Mittags
Einspeisezähler
Speicher
DC
AC
Solargenerator
abends
abends
Umrichter
Abends
Einspeisezähler
Speicher
DC
AC
Solargenerator
mittags
nachts
mitt
ags
Umrichter
Verbraucher im Haushalt
Zweirichtungs- zähler
Jede angezeigte kWh erhält die Regelvergütung plus einem Speicherbonus von 19 ct/kWh
Einspeisezähler
Anschlusskasten
Speicher
DC
AC
Solargenerator
mittags
nachts
mitt
ags
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%
Anschlusskasten
Speicher
DC
AC
Solargenerator
mittags
nachts
mitt
ags
Umrichter
Verbraucher im Haushalt
Zweirichtungs- zähler
Einspeisezähler
Der Speicherbonus wird auf die Netzgebühren umgelegt, da er der Netzstabilität dient
Anschlusskasten
Speicher
DC
AC
Solargenerator
mittags
nachts
mitt
ags
Umrichter
Verbraucher im Haushalt
Zweirichtungs- zähler
Anschlusskasten
Automatische Trennung bei Stromausfall
abends
Einspeisezähler
Versorgungsnetz
Hier fehlt noch ein vorschriftsmäßiger Batterieschrank
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
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.
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 zuBürgerbeteiligung 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
Zusammenfassung:Um Leitungsausbau zu sparen, Stromspeicher in der Nähe der Solaranlagen z.B. im Keller
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
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
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
Drei Handlungs-Schwerpunkte