Speicherplanung mit Loggerdaten

  • Hallo,
    ich habe 2013 eine PV-Anlage mit 9,55 kWp installiert (auch dank der Hilfe dieses Forums) und trage mich seitdem immer wieder mit dem Gedanken, Speicher nachzurüsten. Ende 13 habe ich auch einen Logger gebaut und nachdem das erste Jahr voll ist mal die Daten analysiert, wie groß sinnvollerweise so ein Speicher sein könnte. Mein Idealkonzept sah vor, fett Speicher einzubauen (meinetwegen auch mit erheblicher Eigenleistung aus Selbstbaukomponenten), um auch mal über eine verregnete Woche zu kommen, also in einer Größenordnung von 50-100 kWh, was auch die durchschnittliche Entladetiefe unter "Normalbetrieb" klein hält und damit die Lebensdauer verbessert. Ich glaube mich auch ein Diagramm (aus der Elektor? vor einigen Jahren) zu erinnern, dass beispielsweise Lithiumakkus enorm große Zyklenzahlen (> 10000 Vollzyklenäquivalente) erreichen können, wenn der Hub relativ klein ist, so zwischen 60% und 40%. Dann könnte man das mit einer cleveren Ladungssteuerung verbinden, die - vielleicht in Verknüpfung mit einer Wetterprognose - gezielt die Batterie etwas höher lädt, damit sie kommende Woche hält, auch wenn wenig nachkommt, oder eben nur gerade am Optimum bleibt, weil morgen wieder geliefert wird, was das Zeug hält. Für jemanden, der technisch interessiert ist, eine hochspannende Aufgabe :-).


    Ich habe die vorhandenen 1-Minuten-Daten auf Stunden vergröbert (damit es leichter handhabbar wird und eh jede Menge Statistik drin ist), Überschüsse in den Speicher gefüllt, bis er voll war, beziehungsweise bei Unterdeckung herausgezogen, bis er leer ist. Eckdaten sind in 2014 eine Erzeugung von 10800 kWh, davon 8850 kWh Einspeisung, 4100 kWh Bezug und damit 1950 kWh Eigenverbrauch und 6050 kWh Gesamtverbrauch. Der Verbrauch ist für ein Einfamilienhaus mit 4 Personen relativ hoch, da wir mit Wärmepumpe heizen (die EV-optimiert ist, also WW nur tagsüber erzeugt und die Heizung nachts absenkt, was angesichts sehr guter Wärmedämmung noch ohne Komfortverlust möglich ist). Also ca. 18% Eigenverbrauch und 32% Eigendeckung.


    Angefangen habe ich mit einem Speicher, der reicht, um autark über das Jahr zu kommen. Dafür hätte ich knapp 1800 kWh gebraucht mit einer Startladung von 800 kWh zu Neujahr, der Ladungsverlauf übers Jahr ist angehängt. Man erkennt daran, dass wir energetisch vom 20.2.-9.11. autark wären, aber die Zeit dazwischen haut natürlich ordentlich rein. Insgesamt natürlich eine sehr unerfreuliche Investition ;-).


    Für realistischer Szenarien habe ich dann folgende Überlegung angestellt: Im Winterhalbjahr (dreieinhalb Monate) kann ich idealerweise jede erzeugte kWh auch selbst verbrauchen, im Sommerhalbjahr jede verbrauchte kWh selbst erzeugen. Den zeitlichen Versatz muss der Speicher ausgleichen - bei begrenzter Kapazität natürlich zu etwas weniger als 100%. Dazu natürlich die gesamte Eigendeckung und -verbrauch. Um das Ganze mal in Relation zu setzen, habe ich aus den mir bekannten öffentlich zugänglichen Daten (selfsolar.de, nein, ich bekomme keine Provision) Investitionskosten in der Größenordnung von 4000 €+150€/kWh (nutzbar) interpoliert. Da kann man sicher drüber diskutieren, und mit Eigenbau geht da auch noch einiges, aber das ist mal eine erste Hausnummer. Als Preisdifferenz zwischen Bezug und Einspeisung habe ich 10 ct/kWh angesetzt (im Moment ist das bei mir noch deutlich weniger, aber die Bezugspreise steigen ja zuverlässig ;-) Speicherwirkungsgrade habe ich nicht berücksichtigt, das könnte man einfach über die Preisdifferenz berücksichtigen (4 kWh Einspeisen oder Speichern und als 3 kWh verbrauchen, beispielsweise).


    Unter diesen Prämissen habe ich ein paar Runden laufen lassen:



    Sommerdeckung und Winterverbrauch über 100% kommen zustande, weil der Ladungszustand zum Umschaltzeitpunkt nicht identisch ist (und bei der 1798 kWh-Batterie herausgerechnet).


    Nach der Auswertung bin ich jetzt doch sehr ernüchtert. Man erkennt aber auch einige interessante Dinge, die ich so nicht erwartet hatte. Es gibt ein Amortisierungsoptimum in der Gegend um 10 kWh (auch dafür hängt ein Ladungsverlauf an), das natürlich von den genauen Eckdaten abhängt, aber auch relativ flach ist. Ein wenig kleiner oder größer macht das Kraut nicht fett, falls es beim Hersteller der Wahl die genau "passende" Größe nicht geben sollte. Insbesondere wird aber mit zunehmender Speichergröße der Autarkiegewinn immer kleiner. Von 25 auf 50 kWh kann ich gerade mal 40 kWh mehr übers Jahr speichern - das ist ein mittelmäßger Frühlingstag an Erzeugungsleistung. Dafür darf ich 3500 € auf den Tisch legen, das rechnet sich niemals.


    Die Optimierung der Zyklenzahl, die ich im Sinne hatte, ist auch gänzlich sinnfrei. Nimmt man mal an, dass die 3000 Vollzyklen, die für Staplerakkus gerne mal angegeben werden (bei 50% DoD), halbwegs realistisch sind, habe ich die mit der 10 kWh-Lösung in 15 Jahren abgearbeitet. Ich schätze mal, dass die Batterie auch nicht viel länger hält, wenn ich sie gar nicht benutze (allenfalls zur Pflege in größeren Abständen mit der optimalen Lade-/Entladerate), so dass deutlich größere Kapazitäten wahrscheinlich auch nicht verlängern. Amortisationszeiten >100 Jahre interessieren nicht mal meine Urenkel ;-).


    Fette Kapazitäten könnten allenfalls interessant werden, wenn ich mehr als einen Vollzyklus am Tag fahren könnte, beispielsweise indem ich dem Netzbetreiber Regelleistung für das ganze Neubaugebiet zur Verfügung stellen würde (warum auch immer der das wollte und wie auch immer das abgerechnet werden könnte). Das wäre dann aber wieder weitestgehend unabhängig von der PV-Anlage.


    In der Summe bleibt für mich die Erkenntnis, dass der Spaß im Moment (noch) unwirtschaftlich ist. Selbstverständlich kann man da noch etwas tunen, und für Inselanlagen ohne Netzanschluss sieht die Rechnung ohnehin ganz anders aus, aber wenn ich mal etwas in die Zukunft projiziere, könnte ich mir mittelfristig folgendes Szenario vorstellen:


    - Der PV-Wechselrichter ist speichertauglich, d.h. hat einen 48V-Anschluss. Technisch notwendige Kosten dafür vielleicht in der Größenordnung eines zusätzlichen MPP-Trackers, bei dem von mir verwendete Solarmax 13MT2 (zum 13MT3) etwa 500 €.
    - (Pb-)Batterien kann man in passender Größe kaufen und einfach anschließen (lassen), ist ja Kleinspannung. Kosten dafür dank Großserienfertigung etwa 50€/kWh brutto, 100 €/kWh nutzbar.


    Für die genannten 10 kWh Zusatzkosten von 1500 €, 7 Jahre Amortisation, damit ist die Sache geritzt und niemand muss mehr darüber nachdenken (oder gar KfW-Regeln berücksichtigen). Wer sich etwas mehr gönnen möchte, nimmt 20 kWh zu 2500 € in 11 Jahren und hofft, dass die Akkus vielleicht doch noch etwas länger halten, wobei 30 Jahre dann schon schwer vorstellbar sind. Außer es gibt Akkus zu, sagen wir, 70 €/kWh nutzbar, die eben nur 1500 Vollzyklen halten. Dann kann man wieder anfangen zu rechnen.


    Ladungssteuerung ist sehr einfach, rein was geht, raus was geht. Außer bei den ganz kleinen Kapazitäten (und die sind durch die Fixkosten relativ uninteressant) wird die Alterung durch Zeit die durch Umladung wahrscheinlich deutlich übersteigen, zumindest wenn man die Akkus fachgerecht behandelt, zumindest soweit ich die Technologie momentan überblicke.


    So weit meine Überlegungen. Kommentare (oder Hinweise auf Denkfehler) sind gerne willkommen, ich kann auf Anfrage auch die Tabelle nochmal mit anderen Eckdaten durchlaufen lassen. Bei anderen PV- und Verbrauchsparametern (auch ohne Wärmepumpe) sehen die Details sicher noch anders aus, aber der Trend ist wahrscheinlich relativ universell.


    Sorry für den langen Post, aber ich wollte euch meine gesammelten Erkenntnisse gerne ungebremst aufdrängen ;-).


    Ciao,


    Manuel

  • Hallo Manuel


    danke für die ausführliche Darstellung. Ich bin Ende 2013 zu einer analogen Einschätzung gelangt,siehe hier


    Mein Vorgehen war ähnlich, ich habe aber nur die Tagesdaten für Überschusseinspeisung und den Strombezug kalkuliert und noch berüchsichtigt ggf. nicht verbrauchten Speicherstrom des Vortags auch am Folgetag noch nutzen zu können. Und dann habe ich mit dem nutzbaren Speicher gespielt und geschaut, was ich an Strombezug sparen könnte.


    Mein Fazit in 2013:
    - Speicher als EEG-Einspeiser mit 17,5 Cent Vergütung absolut unwirtschaftlich - bei eher geringem Stromverbrauch von 3500 kWh und damals 1200 kWh Direktverbrauch ohne Speicher, bei 8000 kWh Erzeugung mit steilem Westdach
    - sinnvolle Speichergrösse wäre 4-7 kWh, danach stark fallender Grenznutzen je zusätzliche kWh Speicher,
    - quasi Autarkie möglich von März bis Oktober, aber mehr als 1500 kWh Ersparnis durch Speicher nicht möglich, bei 8 kWh Speicher.,
    - 700 kWh muss ich von November bis Januar immer zukaufen, bei schlechtem Wetter auch im Februar


    Inzwischen haben wir auch das Ostdach belegt und erzeugten 10.800 kWh in 2014, das Wetter war besser und meine Frau wäscht nicht mehr soviel Abends...
    In der Folge haben wir nun 1500 kWh Direktverbrauch ohne Speicher erreicht, was einer Autarkiequote von 43% entspricht. Also fast die Hälfte des verbrauchten Stroms wird selbst erzeugt, sehr schön :D


    Damit lohnt sich jetzt ein Speicher aber noch weniger, denn mehr als 1300 kwh sind nicht substituierbar (8 KWh Speicher). Das wären bei mir bei aktuellen Strompreisen max. 120 Euro im Jahr an Stromkostenersparnis unter Berücksichtigung von entgangener Einspeisevergütung. Schade eigentlich, aber interessant wird es sicher in 18 Jahren, dann ohne EEG-Vergütung mit weiter gestiegenen Strompreisen... oder vorher schon mit Elektroauto.


    Sonnige Grüße, Christian 8)

  • :danke: für die ausführliche Darstellung der Untersuchungsergebnisse. Nach ähnlich Fundiertem suchte ich schon lange.


    Die Lücke in der Selbstversorgung zwischen November und Februar war zu vermuten.
    Man kommt also bei der vorgegebenen WP-Heizung, auch wenn man viele PV-Anlagen in Mitteleuropa zusammen-schalten würde, ohne andere Energiequellen bzw. weiträumigen Stromtransport z.B. aus Südeuropa nicht aus. (Das wird die Griechen freuen.)
    Daraus folgt, dass Wärme, besonders in der Zeit der PV-Selbstversorgungslücke, ökonomischer anders erzeugt werden sollte. Ich denke hier an Windkraft, deren Potential in diesen Monaten vermutlich etwas höher sein dürfte ( wieviel? ) als im übrigen Jahr. Vor allem aber an nachwachsende Rohstoffe wie Holz oder Biogassubstrat, die sich günstiger speichern lassen als Strom. Damit können wir die Lücke füllen. Warum also nicht von Oktober/November bis Januar/Februar abends einen Ofen betreiben? Ist doch ganz gemütlich, so ein Feuerchen. Oder eine Holzvergasung mit Gasmotor und Generator zum Akkuzuladen in düsteren Zeiten, wenn es ohne Strom nicht geht. (Nicht so gemütlich.)
    Ich schlage vor, die Geschichte unter diesen Prämissen nochmal durchzurechnen und hinsichtlich der Wärmeerzeugung zu optimieren. Ich würde das auch gern selbst machen, wenn das Programm verfügbar würde.


    Freundliche Grüße
    pvx

  • Hallo zusammen,


    vielen Dank für die interessenten Auswertungen! :danke:
    Tatsächlich kommt man wohl fast immer zu den gleichen Ergebnissen. Ich habe vor einiger Zeit mal versucht, das ganze mit echten Leistungs- und Verbrauchsdaten zu visualisieren um das dann mit verschiedenen Speichergrößen durchzurechnen. Leider hat sich schnell rauskristallisiert, dass sich ein Speicher nicht rechnet, die abschließende Betrachungsweise für das ganze Jahr existiert bisher nur in meinem Taschenrechner. :)


    Rahmendaten:
    Landwirtschaftlicher Betrieb
    Jahresstromverbrauch: 35000 kWh, Dauerlast nachts ca. 2 kW, tags ca. 3-5kW, mit Spitzen 30 kW (Getreidemühle)
    Photovoltaik 61 KW Ost/West --> Speicher nicht förderfähig
    Eigenverbrauch ca. 33%
    Autarkiegrad fast 50%
    Datensammlung mit Solarlog 1000




    Ich habe das ganze mal mit mit einem 40kWh-Speicher gerechnet, dabei ergibt sich für die letzten 5 Tage folgendes Bild:




    (Alle Werte bis auf die Produktions- und Verbrauchsdaten sind ganz grob geschätzt; Im Detail kann man sich sicher drüber streiten, wie hoch der Wirkungsgrad ist, wie weit die Batterie entladen werden sollte, und wie hoch Lade- und Entladestrom sein sollen .... es soll erstmal nur dem Verständnis dienen, was da überhaupt so passieren würde)


    Für Ende April sieht das also ziemlich gut aus. Der Speicher wird jeden Tag voll und ist morgens fast immer bis auf bis auf die Minimalladung von 30% geleert. In den dargestellten 5 Tagen könnte man rund 15€ sparen, also am Tag rund 3€. Wenn es das ganze Jahr so wäre, hätte man im Jahr rund 1000€ an Stromkosten gespart. Wenn sich das in 10 Jahren amortisieren soll, dürfte es also nicht mehr als 10.000€ kosten. (ja, ich weiß, vielleicht hält es auch länger ... lieber konservativ rechnen) Wenn ich das richtig sehe sind wir (mit Industriebatterien und Eigenleistung) davon nicht mehr soooo weit weg.




    Anders sah es Ende Januar aus Im Winter würde die Batterie kaum geladen, da der meiste produzierte Strom (was nicht gerade viel war) sofort direkt verbraucht wurde. In den dargestellten 10 Tagen ließen sich gerade mal 7,50€ sparen, also 75 cent am Tag. Die Zeit, in der die Batterie nicht mehr viel bringt, geht von Mitte Oktober bis Ende Februar.


    Wenn man sich das ganze Jahr anguckt, kann man vllt. 5000 bis 6000 EUR sparen in 10 Jahren. Es wird wohl noch ein bisschen dauern, bis wir mit den Preisen für Speichersysteme dort angelangt sind.


    Grüße,
    dahmsmx

  • Zitat von dahmsmx

    Ich habe vor einiger Zeit mal versucht, das ganze mit echten Leistungs- und Verbrauchsdaten zu visualisieren um das dann mit verschiedenen Speichergrößen durchzurechnen.


    Hallo dahmsmx,


    :danke: für deine sehr interessanten Auswertungen und Simulationen.
    Mit welchen Tools hast du gearbeitet?

  • Zitat von LangiKAUZ

    Mit welchen Tools hast du gearbeitet?


    Gar keine.


    Also die Solarlog-Daten liegen (zumindest bei den alten Solarlogs) ja als CSV-Datei vor. Diese wird mit PHP ausgelesen und dann weiterverarbeitet. Für die Grafik habe ich JPGraph benutzt, aber da gibt es auch andere gute, z.B. Highchart.


    Bevor ich damit angefangen habe, habe ich im Internet nach Simulationen gesucht, aber die hatten zwei Nachteile:
    - Sie basieren auf einem durchschnittlichen Haushalt mit 4 Personen (deren Verbrauchskurve doch deutlich anders ist als auf unserem landwirtschaftlichen Betrieb)
    - Sie funktionieren nur in Größenordnungen bis 10 oder 15 kWp (oder 10 kWh Batterie) - 4 Personen-Haushalt eben.