Speicherauslegung
Elektrische Energiespeicher, insbesondere Lithium-Ionen-Batterien, in Verbindung mit erneuerbaren Energien können einen entscheidenden Beitrag zur Strombereitstellung liefern. Ihr Einsatz wird jedoch erst dann in großem Maße stattfinden, wenn der bereitgestellte Strom für den jeweiligen Anwender auch wirtschaftlich ist. Innerhalb eines Gesamtsystems bestehend aus den Komponenten Photovoltaik- (PV) und/oder Windkraftanlage, Batterie und Leistungselektronik übernimmt die Systemauslegung eine Schlüsselrolle für die Wirtschaftlichkeit. Hier geht es vorwiegend darum, den passenden Batterieenergieinhalt, die Größe aller leistungselektronischen Komponenten sowie falls vorhanden die benötigte Größe der PV-Anlage und deren Ausrichtung zu bestimmen.
Ziel ist es, die wirtschaftlichste Kombination der genannten Komponenten in Abhängigkeit der Kundenanforderungen (bspw. Erreichen eines möglichst hohen Autarkiegrades) und der Standortgegebenheiten (bspw. aktueller Strompreis am Standort) zu ermitteln. Unter einem stationären Speichersystem zur Eigenverbrauchsoptimierung kann eine Li-Ionen-Batterie entweder mit einer oder mehreren PV-Anlage/n, mit einer Windkraftanlage oder einer anderen Anlage zur Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien kombiniert werden.
Da die Batterie aktuell noch die teuerste Komponente im Gesamtsystem darstellt, sind die Kosten der Energiebereitstellung umso günstiger, desto kleiner die Batterie dimensioniert werden kann. Meist ist dies der Fall, wenn Energieerzeugung und -bedarf zeitlich nah beieinander liegen und wenig Energie zwischengespeichert werden muss. Durch eine anwendungsspezifische Ausrichtung der PV-Module kann dies erreicht werden. In Einzelfällen kann auch die zusätzliche Integration einer Windkraftanlage dazu beitragen die Kosten zu senken und den Autarkiegrad des Betreibers zu erhöhen. Vor allem vor dem Hintergrund des Tag/Nacht- bzw. Sommer/Winter-Ausgleichs kann die Integration einer Windkraftanlage in Verbindung mit einer PV-Anlage und Batterie sinnvoll sein.
Weiterhin sind die Alterung von Batterien und der PV-Anlage/n und Effizienzverluste der einzelnen Komponenten wichtige Faktoren, die Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit haben und bei der Auslegung berücksichtigt werden sollten. Neben den genannten technischen Parametern haben aber auch ökonomische Parameter und rechtliche Randbedingungen einen großen Einfluss und sollten somit nicht vernachlässigt werden. Hier sind beispielsweise Investitionskosten der Komponenten, Stromkosten, eine Einspeisevergütung, Zinsen und mögliche Kostensteigerungen zu nennen.
Das KIT beschäftigt sich bereits seit vielen Jahren sowohl im Groß-als auch im Heimspeicherbereich mit dem Thema. So wurde eine Auslegungssoftware entwickelt, mit der stationäre Speichersysteme für die unterschiedlichsten Anwendungen ausgelegt werden können. Dabei hat das KIT bereits verschiedenste Industriepartner in diesem Bereich beraten. Neben den oben genannten Aspekten kann auch die Integration einer Wärmepumpe mitberücksichtigt werden. Derzeit wird die Software zudem für die Auslegung stationärer Ladeinfrastruktur innerhalb des Projektes Skale erweitert.
Im Gewerbebereich spielt neben der reinen Erhöhung des Eigenverbrauchs auch die Lastspitzenkappung und eine zusätzliche Verwendung der Speichersystems als USV eine immer größere Rolle. Auch hierfür wurden am Batterietechnikum bereits Auslegungsalgorithmen entwickelt.
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Ansprechpartner: Nina Munzke