Bei der E-Mobilität wird die Digitalisierung neue Geschäftsmodelle ermöglichen. Foto: Urbansky

Dimen­sio­nierung von PV-​Anlagen und Batte­rie­speicher für Wohngebäude

von | 23. Februar 2018

Das Münchener IGT – Institut für Gebäu­de­tech­no­logie gibt monatlich Tipps heraus, mit denen Mietern, Verwaltern und TGA-​Verantwortlichen die Steuerung der Haus­technik leicht gemacht werden soll. Im Februar nun zeigen die Wissen­schaftler, wie man mit eigenem PV-​Strom einen maximalen Autar­kiegrad erreicht.

Wie weit kann eine Photovoltaik-​Anlage (PV-​Anlage) den elek­tri­schen Energiebedarf
eines Wohn­ge­bäudes so decken, dass eine maximale Autarkie – d.h. möglichst geringe Abhän­gigkeit vom öffent­lichen Ener­gie­ver­sorger – erreicht wird? Welche Dimen­sio­nierung ist optimal? Ist es sinnvoll, einen lokalen Batte­rie­speicher zu nutzen und wenn ja, in welcher Größenordnung?

Diesen Fragen hat sich Natalie Stut im Rahmen ihrer Bache­lor­arbeit an der
Hoch­schule Rosenheim gewidmet. Ein paar wesent­liche Erkennt­nisse werden in diesem „Tipp des Monats“ zusammengefasst.

Reale Messwerte als Grundlage

Grundlage der Arbeit waren konkrete, im Minu­tentakt gemessene Strom­be­darfs­werte eines „echten“ Familien-​Wohngebäudes bestehend aus der Haus­haltslast, der elek­tri­schen Last (Lade­leistung) eines Elek­tro­fahr­zeugs und der Strom­erzeugung einer PV-​Anlage. Um die Sinn­haf­tigkeit eines lokalen Batte­rie­spei­chers beur­teilen zu können, wurde dieser später fiktiv ergänzt, also in Bezug auf den Batte­rie­speicher wurden keine echten Messwerte, aber ein hinrei­chend plau­si­bi­li­sierter simu­lierter Einfluss auf die Ener­gie­ströme verwendet.

Jedes Mal wurden die Ener­gie­bi­lanzen aufge­stellt und Bewer­tungen hinsichtlich der Autarkie und des Eigen­ver­brauchs darge­stellt. Basierend auf diesen Analysen wurden Aussagen für die unter­schied­liche Dimen­sio­nierung von Photo­vol­ta­ik­an­lagen und Batte­rie­speicher ermittelt.

Es wurde ermittelt, dass nur eine Kombi­nation aus beidem eine hohe Autarkie ermög­licht. Bei realis­ti­schen Größen­ord­nungen von PV-​Anlage und Batte­rie­speicher kann eine Autarkie von bis zu 80% erreicht werden. Bei geringer PV-​Nennleistung hat die Größe des Batte­rie­spei­chers keinen signi­fi­kanten Einfluss auf die Autarkie. Ein Batte­rie­speicher macht sich erst ab PV-​Nennleistungen von 5 bis 10 kW bemerkbar. …

In Bezug auf die Praxis ist zu bedenken, dass PV-​Anlagen günstiger als Batte­rie­speicher sind. Genauer gesagt: Die Kosten pro kW bei PV-​Anlagen sind niedriger als die Kosten pro kWh bei Batte­rie­spei­chern. Damit erscheint es sinnvoll, die Kapazität eines Batte­rie­spei­chers so auszu­legen, dass deren Kapazität bei ca. 1/​3 bis 2/​3 der Nenn­leistung der PV-​Anlage liegt.

Im Haushalt des Wohn­ge­bäudes lebten zur Zeit der Messungen immer zwischen 3 und 4 Personen. Der Mess­zeitraum betrug 10,5 Monate und umfasste alle Jahres­zeiten. Der auf einen Jahres­zeitraum hoch­ge­rechnete Ener­gie­bedarf für Strom lag bei 1.749,71 kWh. Das ist für einen 34 köpfigen Haushalt ein ausge­sprochen niedriger Wert. Im Haus wurde auch eine elek­trische Lüftungs­anlage mit inte­grierter elek­tri­scher Heizung betrieben. Der dazu nötige Jahres­bedarf lag bei weiteren 1.768,17 kWh. In Summe ergibt sich somit ein jähr­licher Ener­gie­bedarf von 3.517,88 kWh. Dies ist ein Wert, wie er für einen „normalen“ Haushalt (d.h. 34 Personen im Haushalt, durch­schnittlich ener­gie­spa­rende Lebens­ein­stellung; Heizung über Öl/​Gas/​Pellets) zu erwarten ist und somit ist diese Basis auf andere „normale“ Häuser übertragbar.

Auch der Ener­gie­bedarf für das Laden eines E‑Fahrzeugs wurde berück­sichtigt. Dabei muss beachtet werden, dass dieses meist tagsüber geladen wurde und somit direkt den PV- Ertrag (ohne Zwischen­spei­cherung) verwenden konnte. Der auf einen Jahres­zeitraum hoch­ge­rechnete Ener­gie­bedarf für das E‑Fahrzeug lag bei 879,94 kWh. Bei einem ange­nom­menen „Verbrauch“ von 15 kWh/​100km entspricht dies einer Lauf­leistung von 5.866 km. Dies erscheint grund­sätzlich realis­tisch, da ein E‑Fahrzeug nicht nur zu Hause geladen wird, sondern auch an öffent­lichen, derzeit sogar meist kosten­losen, Ladestationen.

Diese Rand­be­din­gungen sind für die Über­tragung auf andere Gebäude zu beachten; bei einem elek­tri­schen Gesamt­ener­gie­bedarf (aufgrund anderer Haus­halts­größe, anderen Lebens­ein­stel­lungen der Bewohner oder einen anderen Strom­bedarf für das E‑Fahrzeug) sind die darge­stellten Aussagen entspre­chend anzupassen.

Der Tipp des Monats des IGT kann hier abon­niert werden.


Mit dem Smart Home, ohne dass sich eine moderne TGA-​Anlage kaum sinn­voll steu­ern lässt, befasst sich auch Energieblogger-​Kollege Björn Katz hier auf sei­nem Blog Strom­aus­kunft.

Frank Urbansky

Freier Jour­na­list und Fach­au­tor, unter anderem für die Fach­ma­ga­zine und Portale Brenn­stoff­spie­gel, Uniti; DW Die Woh­nungs­wirt­schaft und Immo­bi­li­en­wirt­schaft; Haufe-Lexware; Energie&Management; IVV, Huss Medien; Motor­tech­ni­sche Zeit­schrift und Sprin­ger­Pro­fes­sio­nal; Sprin­ger Fachverlag; SHK Profi und tab, Bau­ver­lag; stadt+werk, k21

5 Kommentare

  1. Frank Urbansky

    Danke für das Lob. Eure Anmer­kungen geb ich gern weiter. ist auch sehr inter­essant für mich.

  2. Sonnenplaner

    Hallo Frank Urbansky, ich könnte mir vorstellen, dass die Bache­lor­ar­beit von Natalie Stut schon eine Weile alt ist bzw. auf alten Daten basiert. Unsere Branche ist auch extrem im Wandel. Demnächst kommt noch massiv die Elek­tro­mo­bi­lität, die wir mit in die PV-​Anlagen /​Lade­systeme einbinden müssen. Das wird noch einmal die Welt völlig verändern. Übrigens vielen Dank für die vielen guten Artikel in der Vergan­genheit auf Ihrer Seite.., musste mal gesagt werden :).

  3. Frank Urbansky

    Ich geb das mal ans IGT weiter, danke für die Hinweise.

  4. Sonnenplaner

    Zusatz: im Text sind natürlich 13001700 Euro je kWp gemeint 🙂 – Eine 5 kWp Anlage kostet daher 65008500 Euro netto.

  5. Sonnenplaner

    In Bezug auf die Praxis ist zu beden­ken, dass PV-​Anlagen güns­ti­ger als Bat­te­rie­spei­cher sind. Genauer gesagt: Die Kosten pro kW bei PV-​Anlagen sind nied­ri­ger als die Kosten pro kWh bei Bat­te­rie­spei­chern. Damit erscheint es sinn­voll, die Kapa­zi­tät eines Bat­te­rie­spei­chers so aus­zu­le­gen, dass deren Kapa­zi­tät bei ca. 1/​3 bis 2/​3 der Nenn­leis­tung der PV-​Anlage liegt.” 

    Gerade im Spei­cher­be­reich hat sich einiges getan. So ist es in der Praxis mitt­ler­weile so, dass die Realität obige Aussage völlig verkehrt hat. Einen ca. 10 kWh Li-​Ionen Speicher bieten wir mitt­ler­weile für unter 8000 Euro netto an. Wohnt der Kunde in Sachsen, muss er sogar durch die aktuelle SAB-​Förderung nur ca. 5000 Euro netto zahlen. Wir liegen somit bei ca. 800 Euro /​kWh. Eine 5 kWp Anlage bekommt man bei uns zwischen 1300 und 1700 Euro – je nach Ausstattung und Material. 

    Auch die Aussage zur Spei­cher­größe ist völlig marktfern. Grund­sätzlich werden immer größere Speicher verbaut. Z.B. liegen zwischen einer Inves­tition in einen 6,6 kWh Speicher und einen mit 9,3 kWh nicht einmal mehr 1000 Euro Differenz. Aus Halt­bar­keits­gründen sowie auch um den Eigen­ver­brauch zu erhöhen, ist daher die Anschaffung von kleineren Speichern nicht mehr sinnvoll. Entspre­chend dem Artikel müsste man für eine 5 kWp-​Anlage einen 24 kWh Speicher planen. Aus unserer täglichen Praxis können wir sagen, dass dies kein Kunde mehr möchte. Wir bauen ab 4 kWp-​Anlagen (kleine Dächer auf Reihen­häusern) immer die 10 kWh-​Speicher ein. Voraus­ge­setzt die Verbräuche sind vorhanden, ist das ein sehr gutes Verhältnis. Aus Gründen des tech­no­lo­gi­schen Fort­schritts raten wir derzeit jedoch auch bei 10 kWp-​Anlagen von deutlich größeren Speichern ab (obwohl auch das einige unserer Kunden kaufen). In spätestens ca. 5 Jahren rechnen wir damit, dass die Tendenz eher zu 2030 kWh-​Speichern geht – und diese zunehmend mit Ersatz­strom­funk­tionen ausge­stattet sein werden. Mal sehen wohin die Reise geht :). Es bleibt auf jeden Fall extrem spannend!

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