solarstromanlagen mit speicherbatterien zur verminderung der solaren mittagsspitzen und zur...

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

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

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


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

2012


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

2015

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.

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.

Wie können wir den Überschuss sinnvoll verwerten?

Wie können wir den Überschuss sinnvoll verwerten?

Vielleicht für Stromgroßverbraucher?

So wird derzeit die stromintensive Industrie mit Strom versorgt

Hochspannung 200.000 Volt

Kohlestrom

Zur stromintensiven Industrie


Kohlestrom

So werden nachts die privaten Endkunden mit Kohlestrom versorgt



Kohlestrom


Transformator

Zeichenerklärung:


Mittels

pannung

20.00

0 Volt


Kohlestrom


Niederspannung 230 Volt

Transformator

Zeichenerklärung:


Mittels

pannung

20.00

0 Volt


Kohlestrom




Erste Stufe Solarausbau

Mittels

pannung

20.00

0 Volt


Kohlestrom


Erste Stufe Solarausbau


Mittels

pannung

20.00

0 Volt


Kohlestrom


Private Endkunden versorgen sich selbst und ihre Nachbarn in Sonnenstunden mit Solarstrom


Zweite Stufe Solarausbau:

Mittels

pannung

20.00

0 Volt


Kohlestrom


Zweite Stufe Solarausbau


Mittels

pannung

20.00

0 Volt

Kohlestrom



Zweite Stufe Solarausbau


Mittels

pannung

20.00

0 Volt


Solarstrom Kohlestrom



Solarstrom fließt „rückwärts“ bis zur stromintensiven Industrie.Kohlestrom wird mittags nicht mehr benötigt

Mittels

pannung

20.00

0 Volt

Zur energieintensiven Industrie

Solarstrom



Solarstrom fließt „rückwärts“ bis zur stromintensiven Industrie.Kohlestrom wird mittags nicht mehr benötigt

Dritte Stufe Solarausbau:

Mittels

pannung

20.00

0 Volt


Solarstrom



Dritte Stufe Solarausbau

Mittels

pannung

20.00

0 Volt


Solarstrom



Die Stromnetze können die solare Mittagsspitze nicht mehr weiterleiten

Verweigerung des Netzanschlusses bringt Energiewende zum Stocken

Niederspannungsnetz 230 V

Zulässige Spannung im Niederspannungsnetz 230 Volt plus minus 10 Prozent

Anschluss von zusätzlichen Solarstromanlagen wird immer häufiger von den Betreibern der Niederspannungsnetze 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


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

Messpunkt


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

Mittelspannungsnetz

20.000 Volt



Mittelspannungsnetz

20.000 Volt

Ohne Genehmigung weiterer Solaranlagen schaffen wir keine Energiewende



Mittelspannungsnetz

20.000 Volt

Gesetzgeber und BundesNetzagentur schlagen Netzausbau vor

Das ist zwar ein Irrweg

Aber sehen wir uns die Begründung an

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 könnte mehr Solaranlagen anschließen.

Netzausbau im Niederspannungnetz könnte den Abtransport höherer Solar-Spitzenströme ermöglichen

Netzausbau im Niederspannungnetz könnte den Abtransport höherer Solar-Spitzenströme ermöglichen

Aber …

Die vorgelagerten Netze müssten dann ebenfalls ausgebaut werden.

Mittelsp

annung

20.000 V

olt

Mittelsp

annung

20.000 V

olt

Und wer will den Spitzenstrom überhaupt haben?

Mittelsp

annung

20.000 V

olt

Das Kappen der Mittagsspitze jedenfalls ist keine Lösung

Problembeschreibung

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

Problembeschreibung


Problembeschreibung

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




Problembeschreibung


Die Netzkapazität wäre ausreichend, wenn die Mittagsspitze nicht übertragen werden müsste



Problembeschreibung


Die Netzkapazität wäre ausreichend, wenn die Mittagsspitze nicht übertragen werden müsste

Es folgt die Begründung, warum die Netzkapazität im allgemeinen reicht:

Mittels

pannung

20.00

0 Volt


Kohlestrom

Begründung:An Tagen ohne Wind und Sonnenenergie werden alle Stromkunden mit Kohlestrom versorgt



Mittels

pannung

20.00

0 Volt


Kohlestrom



Auch im Winter

Begründung:An Tagen ohne Wind und Sonnenenergie werden alle Stromkunden mit Kohlestrom versorgt


Kohlestrom



Im Winter ist der Strombedarf höherTagesgang Winter

Tagesgang Sommer


Kohlestrom



Stromnetze sind zur Übertragung der höheren Winterlast ausgelegt

Tagesgang Winter

Tagesgang Sommer

Kohlestrom


Strom kann durch das Stromnetz in beiden Richtungen fließen

Kohlestrom



Kohlestrom von „oben nach unten“


Solarstrom


Kohlestrom von „oben nach unten“

Solarstrom von „unten nach oben“


Solarstrom


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 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


Die Lösung:



Wir bereiten die Invasion des Stromnetzes von unten her vor: Mit Solarstrom tags und nachts (und Windstrom) verdrängen wir Kohle-, Atom- und Erdgasstrom

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 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:



An etwa 240 Tagen wird 0,3 Peak-Leistung erreicht oder überschritten

Umrichterleistung (AC) = 1/3 Peak-Leistung (DC)


Solargenerator

Umrichter

Einspeisezähler

DC

AC

Umrichterleistung (AC) = 1/3 Peak-Leistung (DC)


Solargenerator

Umrichter

Einspeisezähler

DC

AC

Zur Vermeidung von Missverständnissen: Dieser freiwillige Verzicht muss durch höhere Vergütung ausgeglichen werden


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.

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

Batterieaufgeladen

Spitzenleistung des Umrichters (AC)

Direkt einspeisen

Gleichmäßig mit möglichst geringer Leistung in das Stromnetz einspeisen

Direkt einspeisen

Direkt einspeisen


Direkt 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

Umrichterleistung gleich Peakleistung

0 Uhr 12 Uhr 24 Uhr


Umrichterleistung= 0,3 * Peakleistung und mit Speicher


0 Uhr 12 Uhr 24 Uhr

0 Uhr 12 Uhr 24 Uhr


Netzbelastung

Umrichterleistung= 0,3 * Peakleistung und mit Speicher


Verminderung der Netzbelastung

Oben abschneiden

ca. 60 % des höchstmöglichen

Solar-Tagesertrages

Speicher

DC

AC

Solargenerator

Umrichter

Speicherkapazität ausreichend für

Einspeisezähler

Speicher

DC

AC

Solargenerator


Bleibatterien oder andere wiederaufladbare Batterien mit gutem Wirkungsgrad Ca.5 kWh freie Speicherkapazität pro 1kWp Solarleistung

Speicher

DC

AC

Solargenerator


Ca.5 kWh freie 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.

Dazu Batterieschrank und Laderegler

Speicher

DC

AC

Solargenerator


Mehrkosten pro kWp derzeit noch ca. 3000 € ??

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

Haus-anschluss-kasten

Speicher

DC

AC

Solargenerator

mittags

nachts

mitt

ags

Umrichter



Jede angezeigte kWh erhält die Regelvergütung plus einem Speicherbonus von 19 ct/kWh

Einspeisezähler

Der Speicherbonus unterliegt einer jährlichen Degression von 5%


Speicher

DC

AC

Solargenerator

mittags

nachts

mitt

ags

Umrichter



Einspeisezähler

Der Speicherbonus wird auf die Netzgebühren umgelegt, da er der Netzstabilität dient


Speicher

DC

AC

Solargenerator

mittags

nachts

mitt

ags

Umrichter



Automatische Trennung bei Stromausfall

abends

Einspeisezähler

Versorgungsnetz


Hier fehlt noch ein vorschriftsmäßiger Batterieschrank

Hoch-

preis

Speicher

DC

AC

Solargenerator


Zweirichtungs-zähler mit Verarbeitung d. Preissignals

Ausnutzen starker Strompreisunterschiede (Automatisch )

Versorgungsnetz

Bi-direktionaler Umrichter


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

- 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


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


Das zukünftige Energiesystem

solarstromanlagen mit speicherbatterien zur verminderung der solaren mittagsspitzen und zur...

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