Elektropraxis
Elektropraxis Energietechnik Quelle: IBC Solar AG Energiespeicher in der Praxis Teil 1: Bedarfsanalyse und Planung Dank staatlicher Förderprogramme und Preissenkungen werden Energiespeichersysteme zunehmend integraler Bestandteil vieler PV-Systeme und intelligenter Energiemanagementsysteme in Haushalten und Unternehmen. Leider werden Grundlagen der Planung, Installation und Wartung von Speichersystemen zu wenig beachtet. In diesem Beitrag sollen Betreibern und Installateuren Fakten und Empfehlungen vermittelt werden, die auf Erfahrungen aus der Praxis basieren. Seit mittlerweile etwa fünf Jahren werden Batteriespeichersysteme in Verbindung mit Photovoltaikanlagen in privaten Haushalten und inzwischen auch vermehrt in Gewerbebetrieben installiert. Mehr und mehr spezialisierte Hersteller drängen auf den Markt und werben mit den Vorteilen von Speichersystemen. So zeigen nicht mehr nur technikaffine Kunden Interesse, sondern auch die breite Masse möchte den eigenerzeugten PV-Strom nutzen, um langfristig Stromkosten zu sparen. Ein Speicher hilft, den Solarstrom zeitversetzt, auch nachts, selbst zu verbrauchen und damit die Autarkiequote auf bis zu 85 % zu steigern. Doch bevor es soweit ist, gilt es, das Batteriespeichersystem genau zu planen. Autor Andreas Lipphardt, Meister im Elektrotechnikerhandwerk sowie TÜV-Gutachter PV, ist als Technischer Referent im After-Sales-Bereich bei der IBC Solar AG, Bad Staffelstein, tätig. 1 Leider findet man selten solche optimalen Voraussetzungen – daher sollte immer vorher geklärt werden, wie die Lage konkret vor Ort ist und welche Vorstellungen der Auftraggeber hat Am Anfang steht eine genaue Bedarfsanalyse Die Planung und Realisierung einer ertragreichen Speicheranlage bedarf einer gründlichen Analyse der jeweiligen individuellen Voraussetzungen. Denn: Speicher ist nicht gleich Speicher. Was zu einer nachhaltigen Planung gehört, mag auf den ersten Blick überschaubar wirken. Beim genaueren Hinsehen aber wird die Komplexität einer Speicheranlage schnell klar. Es gibt leider nicht den einen Speicher für alle möglichen Anwendungen. Und hier ist es eine der Kernaufgaben des Installateurs, den Kunden zu beraten und die für ihn beste Lösung zu finden. Produkte zu verkaufen, die für die Anwendung ungeeignet sind, schadet langfristig der gesamten Branche. Daher werden in diesem Artikel die wesentlichen Grundlagen für die Planung eines Batteriespeichersystems erläutert. In einem Folgeartikel in der kommenden Ausgabe des ep wird die eigentliche Installation solcher Systeme näher betrachtet. In der Juni-Ausgabe werden abschließend wichtige Tipps zu Service und Wartung gegeben. Vorbereitung ist alles In einer ersten Bedarfsanalyse sollten mit dem Kunden die grundsätzlichen Fragen zu seinen Wünschen, Zielen und Beweggründen für eine Speicherinstallation geklärt werden. Dann sollte, am besten gleich vor Ort, geklärt werden, wie die räumlichen und technischen Voraussetzungen sind, sprich Platzangebot, Kabelwege, Zugangsmöglichkeiten zur PV-Anlage und zum Sicherungs- bzw. Zählerschrank. Ein wichtiger Punkt ist natürlich auch, welchen Betrag der Kunde in die Anlage investieren möchte. Sind diese Grundsatzfragen geklärt, geht es an die technischen Themen, das sind hauptsächlich: ❙❙ Wie groß ist der Energiebedarf des Kunden? ❙❙ Kann der Nachtverbrauch gesenkt und in den Tag verschoben werden? ❙❙ Lässt sich ein Wärmekonzept kombinieren? ❙❙ Wie groß ist die PV-Anlage, also die zur Verfügung stehende Erzeugung? Sind auch diese Fragen geklärt, sollte feststehen, ob ein Batteriespeichersystem wirtschaftlich sinnvoll realisiert werden kann und ob sich der Wunsch des Kunden auch im Rahmen der geplanten Investitionssumme umsetzen lässt. Die wichtigsten technischen Installationsvoraussetzungen, gesetzliche Vorschriften und Normen werden in einem gesonderten Abschnitt im letzten Teil dieses Artikels erläutert. Zunächst wird auf die richtige Dimensionierung eines Speichers eingegangen. Die richtige Speichergröße Ist die Entscheidung für ein Speichersystem gefallen, muss im nächsten Schritt die Größe definiert werden. Doch welche Kapazität sollte ein Speicher am besten haben? Eine Antwort auf diese Frage ist nicht ganz einfach. Hilfestellungen bieten eine Vielzahl an verfügbaren Auslegungsprogrammen und natürlich auch die jeweiligen Hersteller der Speicher. Um ein Gespür für die passende Größe des Speichers zu bekommen, ist es ratsam, sich vorab über die unterschiedlichen Einflussfaktoren Gedanken zu machen. Hier einige der wichtigsten: ❙❙ Wie hoch ist die im Haus verbrauchte Energiemenge? Tagsüber, wenn direkte Sonnenenergie zur Verfügung steht, und nachts, wenn der Speicher versorgen soll. Als Faustformel kann man den 24-h-Verbrauch in 60 % Tag und 40 % Nacht aufteilen. Ein typisches Einfamilienhaus verbraucht ca. 8 – 12 kWh innerhalb von 24 h. Diese Werte sind wichtige Kenngrößen zur Ermittlung der Speichergröße (Kapazität in kWh). 6 www.elektropraktiker.de | Elektropraktiker, Berlin 71 (2017)
Energietechnik Elektropraxis ❙❙ Wie hoch sind die typischen Leistungen? In einem durchschnittlichen Einfamilienhaus werden nachts etwa 100 – 250 W verbraucht. Tagsüber kann die Leistung auch durchaus 1 kW übersteigen. Aus diesen Angaben kann man auf die nötige Speicher-Leistung in kW schließen. ❙❙ Wie groß ist der zu erwartende PV-Ertrag im Sommer, im Winter und an bedeckten Tagen? Bei einem Süd-Dach kann der spezifische Tagesertrag im Sommer, also der Ertrag in kWh je installiertem kWp Modulleistung, durchaus mehr als 6 kWh betragen. Im Winter sind es – außer an sonnigen Tagen – oft nicht mehr als 3 % des Sommerertrags. Von November bis Januar erzielt man meist nur jeweils ca. 1 – 3 % des gesamten Jahresertrages. An bedeckten Tagen erreicht man etwa 10 % der sommerlichen Spitzenerträge. Alles in allem errechnen sich damit etwa 270 – 300 Ladezyklen (vollgenutzte Tage) im gesamten Jahr bei optimaler Auslegung der PV- Anlage. Hilfreich bei der Planung der richtigen Speichergröße sind beispielsweise die unterschiedlichen Berechnungsgrafiken des Herstellers SMA. Die Bilder 2 und 3 bieten zwei Beispiele dafür zur Orientierung. Gebräuchliche Faustformel Wie sich aus den Bildern 2 und 3 ablesen lässt, gibt es die perfekte Größe für ein Speichersystem wohl nicht, aber erfahrungsgemäß immer einen guten Mittelweg. Eine Faustformel dafür lautet: Die Leistung der PV-Anlage in kWp sollte tendenziell etwas größer sein als die Kapazität des Speichers in kWh. Bei einer 5-kWp-PV-Anlage würde also ein Speicher mit etwa 4 kWh nutzbarer Energie völlig ausreichen. Ein Speicher mit zu hoher Kapazität wird im Winter nie vollständig geladen. Ein zu kleiner Speicher macht wirtschaftlich keinen Sinn. Ebenso ist es unsinnig, wenn der Speicher über Nacht nur halb leer wird und somit nie in vollen Zyklen genutzt wird. Optimal ist es, wenn der Speicher jeden Morgen leer ist (natürlich unter Berücksichtigung der maximal zulässigen Entladetiefe) und dann die PV- Anlage wieder die Versorgung übernimmt. So durchläuft der Speicher immer einen vollen Zyklus. Spezielle Anwendungsfälle und Sonderlösungen Soviel zur grundsätzlichen Theorie. Steigt man in konkrete Anwendungsfälle ein, zeigt sich jedoch sehr schnell, dass es mehr Sonderfälle als Standards gibt. Notstromversorgung Private Haushalte wünschen sich an erster Stelle meist eine hohe Autarkiequote, um sich langfristig unabhängig von steigenden Strompreisen zu machen. Hinzu kommt immer häufiger der Wunsch, für den Ernstfall, sprich den Ausfall des öffentlichen Stromnetzes, vorbereitet zu sein. Das gilt für Privatkunden ebenso wie für Gewerbe- und Industriekunden. Spätestens hier gibt es zumindest aktuell keine Standardlösung mehr. Es gibt aber eine Vielzahl von Möglichkeiten und die unterschiedlichsten Systeme für solche Anwendungen. Die Auswahl fängt an mit Systemen, die für den Notfall lediglich eine Steckdose bereitstellen, in die man ein Verlängerungskabel stecken kann, um die wichtigsten Gerätschaften zu versorgen. Es geht dann bis hin zu Systemen, die ein „echtes“ 3-phasiges Inselnetz (Drehfeld) für das gesamte Gebäude zur Verfügung stellen. Solche Systeme leisten 10, 20 oder mehr kW und führen im Fall der Fälle die Umschaltung auf ein Inselnetz vorschriftenkonform und vollautomatisch durch. Die Bandbreite der zur Verfügung stehenden Systeme lässt erahnen, dass sich diese auch preislich stark unterscheiden. Es gibt Preisspannen von wenigen tausend Euro bis hin zu mehreren zehntausend Euro. Spätestens an dieser Stelle wird deutlich klar, dass Speicher nicht gleich Speicher ist. Auch in der Landwirtschaft gibt es viele Bereiche, in denen eine Versorgungssicherheit gewährleistet sein muss. Beispielsweise in der Intensivtierhaltung (Schweinemast o.ä.). Hier werden Lüftung und Fütterung über Strom versorgt. Ein Ausfall, gerade im Sommer, kann in kürzester Zeit zu erheblichen finanziellen Schäden führen. Peak-Shaving Ein weiterer spezieller Anwendungsbereich für Speicher ist die sogenannte Spitzenlastkappung (Peak-shaving). Wenn für kurze Zeit am Tag eine gewisse Lastspitze überschritten wird, berechnet der Energieversorger für die Leistungsüberschreitung über eine gewisse „Grundleistung“ hinaus eine Gebühr (den Leistungspreis). Nun stellt sich die Frage, ob und wie weit diese Spitze gesenkt werden kann. Hier kann ein Speicher zur Abdeckung der Lastspitzen – in Verbindung mit einem intelligenten Lastmanagement – eine lohnenswerte Investition, speziell für Gewerbebetriebe, sein. Dabei muss jedoch unbedingt berücksichtigt wer- 2,0 Wh/kWh 1,6 1,4 90 % 1,2 1,0 80 % 70 % 0,8 60 % 50 % 0,6 40 % 0,4 0,2 0 0,25 0,50 1,0 1,5 Wp/kWh 2,0 nutzbare Batteriekapazität/ Jahresenergiebedarf Peak-Leistung der PV-Anlage/Jahresenergiebedarf Quelle: SMA Solar Technology AG/ep 2,0 Wh/kWh 70 % 1,6 1,4 1,2 60 % 1,0 50 % 0,8 0,6 40 % 0,4 0,2 30 % 20 % 0 0,25 0,50 1,0 1,5 Wp/kWh 2,0 nutzbare Batteriekapazität/ Jahresenergiebedarf Peak-Leistung der PV-Anlage/Jahresenergiebedarf Quelle: SMA Solar Technology AG/ep 2 Abschätzung der Eigenverbrauchsquote mit Speicher nach dem Planungsleitfaden vom SMA 3 Abschätzung der Autarkiequote mit Speicher nach dem Planungsleitfaden von SMA Elektropraktiker, Berlin 71 (2017) | www.elektropraktiker.de 7
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