Eigenstromverbrauch Optimierung // Eigenverbrauch Optimierung

Bei dem Betrieb eines BHKW (HKA) oder einer Fotovoltaik-Solaranlage, ist die Eigennutzung des produzierten Stroms die sinnvollste Verwendung. In diesem Fall kann der normale Bezugspreis vom EVU (Elektrizitäts-Versorgungs-Unternehmen) als Preis in die Kostenkalkulation übernommen werden. Seitens der EVUs wird niemals (auch mit dem HKA Zuschlag) der Preis erstattet, welchen die EVUs von Ihren Kunden haben wollen.
Bei der Eigenstromnutzung ist bei einem BHKW immer zu berücksichtigen, daß der BHKW-Zuschlag derzeit mit 4 ct/kWh (aber nur für eine begrenzte Zeit) auf die PRODUZIERTE kWh gerechnet wird, egal wofür diese hinterher verwendet wird! Die Einspeisung wird (derzeit) nochmal mit 4 ct/kWh belohnt, aber auch nur für einen begrenzten Zeitraum.

Die eigentliche Einspeisevergütung ist der kleinste gemeinsame Nenner; der mittlere Preis der Strombörse im letzten Quartal. Dies ist eine ungünstige Konstellation für Betreiber kleiner Anlagen, welche bevorzugt in der kalten Jahreszeit laufen. Im vorhergehenden Quartal, war der KWK Strom im (Über-)Angebot, so daß er wenig kostetete. Dieser niedrige Preis wird dann für die große Menge im Winter bezahlt …

Die aktuelle gesetzliche Situation verbessert die Rahmenbedingungen zum Betrieb eines BHKWs ein klein wenig. Dafür sind ausreichend neue Lasten in Kraft bzw. in Vorbereitung.

Vor obigem Hintergrund ist bereits vor der Anschaffung eines BHKWs die Überlegung zur maximalen Nutzung des selbstproduzierten Stroms notwendig. Ausgenommen sind nur die Fälle, in denen kontinuierlich sowieso ein hoher Strombedarf existiert (Gastronomie, Serverbetrieb, Gewerbe …) hier stellt sich diese Problematik normalerweise nicht.

Dazu sind, bei dem Einsatz als Wohnhausheizung, prinzipiell zwei Betriebsarten zu unterscheiden: Im Winter läuft das BHKW fast immer, im Sommer nur relativ (sehr) selten.
Zum Glück ist der Stromverbrauch im Winter höher als im Sommer, von daher kann per se ein höherer Anteil des eigenen Stroms verbraucht werden …
Typischerweise sind die BHKWs auf der elektrischen Seite aber deutlich leistungsfähiger als für den durchschnittlichen Strombedarf erforderlich. Der durchschnittliche Strombedarf eines Wohnobjektes ist sehr gering, leider wird der Strom meist in Form von sehr hohen Verbrauchsspitzen (Verhältnis von Spitzenbedarf zu mittlerer Leistung) entnommen. Das BHKW deckt dann u.U. nur den unteren (kleinsten) Teil der Last, ein signifikanter Teil der benötigten Leistung wird also eingekauft obwohl das BHKW läuft.
Optimierungsüberlegungen gehen also zwangsläufig dahin, die Spitzen zu beschneiden und die Leistung über einen längeren Zeitraum abzurufen! Dies ist auch im Sinne unserer Netzinfrastruktur: es ist bedeutend billiger eine kleine Leistung länger zu liefern, als eine große Leistung nur mal kurz!

Typische Optimierungen innerhalb eines Haushaltes sind z.B.:

Zur einfachen Kopplung zwischen BHKW und Verbraucher kann das Signal herangezogen werden, welches anzeigt ob das BHKW läuft. Mittels dieses Signals können dann diverse Geräte automatisch mit Strom versorgt werden (Trockner, Spül- oder Waschmaschine …) bzw. in einen anderen Mode umgeschaltet werden (Kühltruhe, Entfeuchter …). Dies verhindert leider nicht, daß dann u.U. zu viele Verbraucher zeitgleich eingeschaltet werden. Um auch hier eine automatische Lösung zu realisieren ist ein Steuergerät mit einer Energiebilanzierung am EVU Einspeiseknoten (Zählerschrank) notwendig.


Noch eine Anmerkung zur Verwendung von Batterien zur Energiezwischenspeicherung:

Auf den ersten Blick wirkt die Idee, die Pufferung der Energiespitze durch eine Batterie erledigen zu lassen einleuchtend. Aktuell ist aber zu bedenken, daß Batterien sehr teuer sind. Dies liegt u.A. daran, daß die Entwicklung chemischer Energiespeicher jahrzehntelang vernachlässigt wurde. Derzeit werden Batterien bevorzugt für den Markt der Elektroautos neu entwickelt. Die an ein Auto gestellten Forderungen sind aber für stationäre Batteriesysteme weitgehend irrelevant.
Beispiel:
Bei einem Auto ist es wichtig,:

  1. daß die Batterie bei Umgebungstemperaturen von -20 bis +60 Grad sauber funktioniert,
  2. daß in kurzer Zeit geladen werden kann (30 … 60kW),
  3. daß in kurzer Zeit sehr hohe Leistungen (>150kW) zur Verfügung stehen können,
  4. daß die Batterie möglichst wenig wiegt,
  5. daß die Batterie möglichst klein ist,
  6. daß die Batterie möglichst viel Energie speichern kann (ca. 10kWh/100km Reichweite),
  7. daß die Batterie bei einem Aufprall mit >100Km/h auf ein Hinderniß die Insassen eines Fahrzeuges nicht gefährdet,
  8. daß eine möglichst hohe Anzahl von Lade/Entladezyklen realisierbar ist,
  9. daß die zeitliche Alterung kein wichtiger Aspekt ist, 10 Jahre sind ausreichend.

Diese und weitere Forderungen existieren für den Einsatz in stationärer Umgebung nur eingeschränkt.
Beispiel:

  1. Der indoor Einsatztemperaturbereich der Batterie liegt eher bei +10 … +30°C.
  2. Im stationären Einsatz orientiert sich die notwendige Ladefähigkeit an der lokal zur Verfügung stehenden Stromquelle. 15kW ist da schon ein großer Wert.
  3. Die maximal notwendige Entladeleistung orientiert sich am stärksten Verbraucher im Haus. Ein Durchlauferhitzer macht in Kombination mit einer Batterie wenig Sinn, von daher sind Werte bis zu 6 kW eher die Regel.
  4. Das Gewicht spielt nicht so eine besondere Rolle.
  5. Der Platzbedarf ist lange nicht so kritisch wie in einem Auto.
  6. Die zu speichernde Energiemenge liegt (derzeit) bei 1 … 10kWh.
  7. Die mechanischen Beschleunigungswerte sind im stationären Einsatz eher gering.
  8. Die zeitliche Alterung sollte möglichst gering sein, der Einsatzzeitraum sollte 20 Jahre überschreiten.
  9. Die vorraussichtliche Anzahl der Lade / Entladezyklen ist recht gut bekannt.

Solange Batterien mit der Zielsetzung Auto entwickelt werden, sind diese für den stationären Einsatz erst sekundär interessant. Wahrscheinlich eher als Zweitnutzer, wenn das Auto die Batterie nicht mehr brauchen kann. Sonst ist es zu teuer! Aber auch bei dieser (zweit) Anwendung ist nicht klar, ob die Erstnutzung der Batterie im Auto, diese nicht so weit geschädit hat, daß der Einsatz im Haus nicht mehr lohnt.

Eine Batterie für den stationären Einsatz hat ein paar andere Schwerpunkte als eine 'Autobatterie'.

Als erstes will ich hier die Forderung nach der Langlebigkeit postulieren. Im Rahmen von Immobilien wird immer in längeren Zeiträumen gedacht als im Maschinenbau und der Autoindustrie!

Vor diesem Hintergrund ist verständlich, warum klassische Bleisysteme derzeit noch am Markt der Solarbatterien so stark präsent sind.

Wie berechnen sich die Kosten einer Batterie im Betrieb?

Die Kosten einer Batterie werden in EUR/gespeicherter kWh ausgedrückt. Dieser Wert muß dann noch mit den Kosten für die einzuspeichernde kWh addiert werden. Nach aktueller Gesetzeslage ist zu prüfen, ob für den entnommenen Strom nicht auch noch EEG Abgabe fällig wird.
Nur mit der so gewonnen Zahl kann man die Kosten einer Batterie vernünftig in Relation zu anderen Lösungen setzen. Bei einer Kostenbetrachtung der Batterien, ist es wichtig auf die Eckdaten der Batterien zu sehen. Dies sind: die Kapazität (kWh), die prognostizierte Lebensdauer (unabhängig von der Nutzung) und die spezifizierte Anzahl der Lade / Entladezyklen. In erster Näherung darf davon ausgegangen werden, daß keiner dieser herstellerseitig angegebenen Werte in der Praxis überschritten wird. Ansonsten würde ja jemand sein Produkt schlecht machen.

Zur Ermittlung der Kosten pro gespeicherte kWh sind folgende Überlegungen anzustellen:

Hier die weitere Betrachtung für eine Solarbatterie:

Die niedrigsten Kosten für die Batterie ergeben sich, wenn die Batterie nur so groß ist, daß sie möglichst oft geladen und wieder entladen wird. Nur dann haben wir die Möglichkeit die Lade / Entladezyklen zu nutzen. Bei Verwendung als Solarbatterie ist ein Lade / Entladezyklus pro Tag als Ziel zu setzen. Hier kommen wir an den ersten Optimierungspunkt. Wenn der Hersteller uns 12 Jahre Lebensdauer verspricht (nicht der Garantiewert!), brauchen wird maximal 12 * 365 = 4380 Lade / Entladezyklen. Mehr können wir schon theoretisch garnicht nutzen. Bei einer Solaranlage werden wir allerdings auch nicht jeden Tag einen vollständigen Lade / Entladezyklus schaffen. Wahrscheinlich wird die Batterie an einigen Tagen im Jahr nicht geladen, da aller anfallender Strom direkt genutzt wird. Von daher sind 3500 Zyklen in diesem Zeitraum wahrscheinlich genug für diese Anwendung. Diesen Wert muß uns der Hersteller dann aber auch garantieren (nicht nur versprechen).

Die Kosten der Batterie sind in diesem Beispiel also: Investitionskosten(mit Verzinsung …) / (3500 * Wirkungsgrad)!

Dieser Wert ist, bei den hier getroffenen Annahmen, nicht zu unterbieten!

Zum Vergleich eine Rückwärtsbetrachtung in Euro:
Wenn unsere Solaranlage 12 ct/kWh kostet (die vereinbarte Vergütung ist hier die Kostenbasis) und wir Strom für 25 ct/kWh beziehen können, darf die Batterie maximal (unter Vernachlässigung des Wirkungsgrades): (25-12)*35 EUR /kWh Kosten. In diesem Beispiel also 455,00 EUR pro speicherbarer kWh! Dieser Preis bezieht sich auf die Gesamtanlage! Also Batterie + notwendiger Elektronik zur Ladung / Entladung + Installation!

Diese Rechnung zeigt schon, daß ein Mindestbedarf an täglichem Strom bestehen muß. Allein die notwendige Elektronik und die Installation definieren eine Untergrenze!

Die Überlegungen bis hier hin betrachten eine kleine Batterie die garantiert täglich genutzt wird.
Wird eine größere Batterie in Erwägung gezogen, ist davon auszugehen, daß die Anzahl der Lade/Entladezyklen deutlich sinkt! Damit steigt der Preis pro kWh entsprechend an! Wird z.B. die Kapazität soweit erhöht, daß sich ein Zyklus rechnerisch alle zwei Tage ergibt, ist der Preis pro kWh schon doppelt so hoch. Für JEDE gespeicherte kWh! Dem steht nur gegenüber, daß eine größere Kapazität pro kWh etwas preiswerter ist. Dies reicht aber meist nicht!
Sobald die Kosten der Stromgestehung addiert mit denen der Speicherung die Strombezugskosten erreichen wird die Anlage unwirtschaftlich. Mit anderen Worten: jede weitere kWh der Batteriekapazität, welche die Zyklenanzahl drückt, erhöht die Batteriekosten(/kWh)! Die letzten kWh sind mit Abstand die Teuersten!

Fazit: Eine Batteriespeicherung von Strom über einen längeren Zeitraum lohnt sich im netzparalleln Betrieb (derzeit) garantiert nicht!

Eine Betrachtung zu Batterien in Kombination mit einem BHKW:

In Kombination mit einem BHKW ist die Betrachtung schwieriger. Hier muss ein etwas genauerer Blick auf die Anlagenauslegung geworfen werden. Klassischerweise gilt bei jedem irgendwie sinnvollen BHKW, daß die Anlage lange Zeiträume (Winter) hindurch läuft. In dieser Zeit besteht häufig ein lang andauernder Stromüberschuß der sich nicht mehr vollständig mit einer Batterie abfangen läßt. Soll die weitere Überschußenergie nicht eingespeist werden gibt es nur die Alternative der mehr oder weniger intelligenten Wärmewandlung (Power to heat siehe auch hier (Bilanzpunktregler)).
Auf der anderen Seite besteht bei vielen BHKW Installationen im Sommer nur ein geringer Wärmebedarf. Die Anlagen laufen also im Sommer u.U. tagelang nicht oder nur sehr kurz.
Aus dieser Betrachtung heraus ist sofort ersichtlich, daß die notwendige Zyklenzahl für eine Batterie in dieser Konstellation nicht zustande kommt.

Bei den neueren Kleinst-BHKW-Anlagen (Brennstoffzelle …) ist die Betrachtung etwas differenzierter. Diese Anlagen liefern einen gleichmäßigen geringeren Stromfluß und sind dazu ausgelegt, das ganze Jahr durchzulaufen. Die gelieferte elektrische Leistung ist immer noch höher als der Verbrauch im Jahresmittel. Von daher tritt auch bei diesen Anlagen das Überschußproblem (s.o.) auf. Allerdings liefern diese Anlagen viel zu wenig Momentanleistung um irgendeinen 'normalen' Spitzenbedarf zu decken. Das heisst: sobald ein etwas grösserer Verbraucher eingeschaltet wird, wird Strom zugekauft, obwohl die meiste Zeit des Tages Stromüberschuß besteht. Diese Situation läßt sich mit einer Batterie abfedern. Hier muß klassischerweise nur im Tageszyklus (oder häufiger!) die Speicherung erfolgen.
Die hier notwendige Batterie ist typischerweise sehr klein was die Kapazität betrifft. Hier sind 1 bis 3 kWh meistens ausreichend, aber die Anschlussleistung muß trotzdem bei 3 … 5 kW liegen. Dies macht diese Konstruktionen wieder relativ teuer und von daher wahrscheinlich unwirtschaftlich. Eventuell greifen hier dann aber auch andere Konzepte als Batterien zur Energiespeicherung.


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Letzte Änderung: 23.11.2016