Dimen­sio­nie­rung von PV-Anlagen und Bat­te­rie­spei­cher für Wohn­ge­bäude

E-Auto: Leasen oder kaufen - was ist besser? Foto: Urbansky
E-Auto: Leasen oder kaufen - was ist besser? Foto: Urbansky

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 3–4 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. 3–4 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.

5 Kommentare

  1. 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 :).

  2. »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 2–4 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 20–30 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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