Bewertung der Energieeffizienz von netzgekoppelten Photovoltaik-Batteriesystemen in Wohngebäuden

Der Einsatz von PV-Anlagen in Kombination mit Batteriesystemen zur Energieversorgung von Wohngebäuden gewinnt immer mehr an Bedeutung. Mit der zunehmenden Anzahl der PV-Batteriesysteme am Markt rücken Fragen bezüglich der unterschiedlichen Systemeffizienz verstärkt in den Vordergrund. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung eines modellbasierten Simulationstests zur Effizienzbewertung und Verlustanalyse von PV- Batteriesystemen. Aus dieser Arbeit ist der System Performance Index (SPI) hervorgegangen.

Modellierung der Effizienzverluste

Der erste Schwerpunkt beschreibt ein Modell zur Simulation des Betriebsverhaltens von AC-gekoppelten PV-Batteriesystemen in einsekündiger Auflösung. Zur Parametrierung des Modells sind Messdaten erforderlich, die aus Labortests gemäß dem Effizienzleitfaden für PV-Speichersysteme hervorgehen. Das entwickelte Simulationsmodell dient anschließend als Grundlage für ein neues Verfahren zur Analyse der folgenden Systemverluste:

• Dimensionierungsverluste
• Umwandlungsverluste
• Regelungsverluste
• Energiemanagementverluste
• Bereitschaftsverluste

Entwicklung des System Performance Index (SPI)

Des Weiteren untersucht der Autor die Aussagekraft von unterschiedlichen Kennzahlen zur Bewertung von PV-Batteriesystemen. Viele der bisher verwendeten Bewertungsgrößen lassen einzelne Verlustmechanismen der PV-Batteriesysteme außer Acht.

Mit dem System Performance Index (SPI) stellt die Arbeit eine neue Effizienzkennzahl für PV-Batteriesysteme vor. Mit dem SPI lässt sich die Relevanz der einzelnen Verlustmechanismen quantifizieren. Im Anschluss nimmt der Autor ausgewählte Einflussfaktoren auf den SPI genauer unter die Lupe.

Umwandlungsverluste dominieren die Gesamtsystemverluste

Der Autor dieser Arbeit bewertet die Effizienz von AC-, DC- und PV-gekoppelten PV- Batteriesystemen mit dem SPI. Er zeigt auf, dass die erzielte Kosteneinsparung eines PV- Batteriesystems maßgeblich von dessen Effizienz abhängt. Der Einfluss der Systemeffizienz auf die Kosteneinsparung der PV-Batteriesysteme ist oft größer als der Einfluss der Speicherkapazität. Die untersuchten AC-, DC- und PV-gekoppelten Systeme erzielen im Mittel einen SPI von jeweils 88 %. Es liegt somit keine ausgeprägte Abhängigkeit der Systemeffizienz von der Systemtopologie vor.

Insgesamt dominieren die Umwandlungsverluste in den leistungselektronischen Systemkomponenten die Gesamtsystemverluste. Maßnahmen zur Verbesserung der Systemeffizienz sollten daher insbesondere die Steigerung der Umwandlungswirkungsgrade der PV-Batteriesysteme zum Ziel haben.