Im Rahmen dieser Arbeit werden zwei Möglichkeiten der Energiespeicherung für Privathaushalte untersucht. Zum einen der einfache Batteriespeicher und zum anderen der gekoppelte Batterie- und Wasserstoffspeicher. Im Folgenden werden die Daten und Grundlagen für die energetische und wirtschaftliche Berechnung erläutert. Anschließend wird die notwendige Dimensionierung der unterschiedlichen Speicher für verschiedene Autarkiegrade, bis hin zu 100%, berechnet. In Kapitel 4 wird die Wirtschaftlichkeit dieser beiden Speichersysteme analysiert. Dabei werden die Kosten und Einsparmöglichkeiten der beiden Speichervarianten untersucht und zu den jeweiligen Autarkiegraden die vorteilhafte Speichermethode ermittelt. Anschließend wird der aktuelle Markt untersucht, die in der Praxis bereits vorhandenen Energiespeicher von unterschiedlichen Herstellern betrachtet und einige Besonderheiten der Markführer analysiert.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung und Zielsetzung
2 Daten und Grundlagen für die Berechnungen
2.1 PV-Anlage
2.2 Ertragskurve
2.3 Standardlastprofil
3 Energetische Betrachtung
3.1 PV-Anlage ohne Speicher
3.2 PV-Anlage mit Batteriespeicher
3.3 PV-Anlage mit gekoppeltem Batterie- und Wasserstoffspeicher
4 Wirtschaftliche Berechnung
4.1 Stromkosten
4.2 Einspeisevergütung
4.3 Grundkosten
4.4 Kosten PV-Anlage
4.5 Kosten Batteriespeicher
4.6 Kosten gekoppelter Batterie- und Wasserstoffspeicher
4.7 Wirtschaftlichkeitsanalyse
5 Energiespeicher in der Praxis
5.1 Batteriespeicher
5.1.1 Europäischer Markt
5.1.2 Marktführer
5.2 Wasserstoffspeicher
5.2.1 HPS Home Power Solutions
5.2.2 LAVO Hydrogen Storage Technology
6 Zusammenfassung und Fazit
Zielsetzung & Themen
Die Arbeit untersucht und vergleicht verschiedene Energiespeichersysteme für PV-Anlagen in Privathaushalten hinsichtlich ihrer energetischen Effizienz und wirtschaftlichen Rentabilität. Das primäre Ziel ist es, die Eignung einfacher Batteriespeicher sowie gekoppelter Batterie-Wasserstoff-Systeme zur Steigerung des Autarkiegrades bis hin zur vollständigen Unabhängigkeit (100 %) zu bewerten.
- Energetische Analyse und Dimensionierung von Speichersystemen.
- Wirtschaftlichkeitsberechnung unter Berücksichtigung von Strompreisentwicklungen und Förderungen.
- Vergleich der Amortisationsdauer für verschiedene Autarkiegrade.
- Marktanalyse führender Batteriespeicher- und Wasserstofftechnologien.
- Untersuchung von Systemvorteilen wie Eigenverbrauchsoptimierung und Sektorenkopplung.
Auszug aus dem Buch
3.3 PV-Anlage mit gekoppeltem Batterie- und Wasserstoffspeicher
Um die energetische Berechnung und anschließend die Autarkiegrade abhängig von der Kapazität eines Wasserstoffspeichers bestimmen zu können, wurde das System des deutschen Marktführers HPS Home Power Solutions GmbH verwendet. Dieser Hersteller baut serienfertige Wasserstoffspeicher für Einfamilienhäuser. Dabei wird die überschüssige Solarenergie, welche nicht für den Eigenverbrauch verwendet werden kann, in eine Batterie eingespeist. Diese wird als Kurzzeitspeicher für das Wasserstoffsystem verwendet. Ist der Batteriespeicher vollständig geladen, so wird die elektrische Energie verwendet, um über einen Elektrolyseur Wasserstoff zu erzeugen. Ist die Batterie entladen und im Wasserstoffspeicher ist noch Gas vorhanden, wird der Wasserstoff über eine Brennstoffzelle in elektrische Energie umgewandelt und die Batterie damit geladen.
Bei der Berechnung wurde ein Wirkungsgrad der Brennstoffzelle von 60% und einem Wirkungsgrad des Elektrolyseurs von 70% angenommen. Diese Werte stammen aus dem Datenblatt des Produktes der Home Power Solution GmbH. Für die Batterie wird in diesem Beispiel eine Blei-Säure Batterie verwendet, diese besitzt einen durchschnittlichen Wirkungsgrad von 85 %. [7], [6] S. 357
Im folgenden Tabellenausschnitt ist die Berechnung dargestellt, hierbei wird nach dem vollständigen Laden der Batterie der Wasserstoffspeicher mit der überschüssigen Energie befüllt. Da dieser Tabellenausschnitt aus dem zweiten Jahr der Anlagennutzug stammt, wurde bereits der jährliche prozentuale Verlust der Batteriekapazität berücksichtigt. Der Wasserstoff wird anschließend erst wieder in elektrische Energie umgewandelt, wenn die Batterie leer ist. Bei der Umwandlung der Energie werden die Energieverluste, welche durch die oben beschriebenen Wirkungsgrade Zustandekommen, berücksichtigt.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung und Zielsetzung: Einführung in die Problematik steigender Strompreise und die Notwendigkeit von Energiespeichern zur Erhöhung der Rentabilität von PV-Anlagen.
2 Daten und Grundlagen für die Berechnungen: Definition der Berechnungsgrundlagen, einschließlich Standort, PV-Anlagendaten, Ertragskurve und des verwendeten Standardlastprofils.
3 Energetische Betrachtung: Analyse der Speicherkapazitäten von Batterie- und Wasserstoffsystemen zur Erreichung verschiedener Autarkiegrade.
4 Wirtschaftliche Berechnung: Detaillierte Untersuchung der Rentabilität, Amortisationszeiten, Stromgestehungskosten und Förderstrategien für beide Speichervarianten.
5 Energiespeicher in der Praxis: Betrachtung des Marktes für Batterie- und Wasserstofflösungen sowie Analyse spezifischer Herstellerkompetenzen.
6 Zusammenfassung und Fazit: Synthese der Ergebnisse und Schlussfolgerung zur wirtschaftlichen und energetischen Sinnhaftigkeit der verschiedenen Speicherkonzepte.
Schlüsselwörter
Photovoltaik, PV-Anlage, Energiespeicher, Batteriespeicher, Wasserstoffspeicher, Autarkiegrad, Eigenverbrauch, Stromkosten, Wirtschaftlichkeit, Amortisation, Elektrolyseur, Brennstoffzelle, Sektorenkopplung, Ertragskurve, Energiewende.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser wissenschaftlichen Arbeit primär?
Die Arbeit befasst sich mit der Untersuchung und dem Vergleich von Energiespeichersystemen für PV-Anlagen in Privathaushalten, um deren energetische Effizienz und Wirtschaftlichkeit zu evaluieren.
Welche zentralen Themenbereiche werden behandelt?
Zentrale Themen sind die energetische Dimensionierung von Speichern, die wirtschaftliche Analyse der Amortisation unter Berücksichtigung realer Strompreisentwicklungen sowie die Marktanalyse aktueller Speicherhersteller.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Das Ziel ist es, zu ermitteln, welche Speicherkombinationen (einfache Batterie oder gekoppelter Wasserstoffspeicher) für den Endverbraucher langfristig wirtschaftlich sind und wie verschiedene Autarkiegrade bis zu 100 % erreicht werden können.
Welche wissenschaftliche Methode wird zur Analyse verwendet?
Die Arbeit stützt sich auf eine quantitative Analyse, bei der auf Basis von Standardlastprofilen, realen Ertragskurven und Stromgestehungskosten ein Modell zur Berechnung der Amortisation und des Gewinns über 20 bis 30 Jahre erstellt wurde.
Welche Inhalte werden im Hauptteil fokussiert?
Der Hauptteil gliedert sich in die energetische Betrachtung der Anlagensysteme, die detaillierte wirtschaftliche Kalkulation inklusive Förderungen und abschließend die Marktbewertung führender Anbieter.
Welche Begriffe charakterisieren die Arbeit am stärksten?
Die wichtigsten Schlüsselwörter umfassen Photovoltaik, Autarkiegrad, Batteriespeicher, Wasserstoffspeicher, Wirtschaftlichkeit, Eigenverbrauch und Amortisationsanalyse.
Warum wird im Bereich der Wasserstoffspeicher die Abwärme in die Rechnung einbezogen?
Da Wasserstoffspeichersysteme physikalisch bedingt durch Umwandlungsverluste (Elektrolyse/Brennstoffzelle) Wärme erzeugen, führt die Nutzung dieser Abwärme für die Heizungsunterstützung zu einer signifikanten Verbesserung des Gesamtnutzungsgrades.
In welchem Fall ist ein Wasserstoffspeicher gegenüber einem Batteriespeicher zu bevorzugen?
Ein Wasserstoffspeicher ist dann von Vorteil, wenn das Ziel des Anlagennutzers eine vollständige Autarkie (Unabhängigkeit vom öffentlichen Stromnetz) ist, wobei hohe Investitionskosten in Kauf genommen werden.
- Arbeit zitieren
- Anonym (Autor:in), 2022, Energetische und wirtschaftliche Analyse von Photovoltaikanlagen mit Energiespeichern im privaten Haushalt, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1499569
