Emerging Performance Issues of Photovoltaic Battery Systems

Die Ergebnisse dieses Beitrages werfen neues Licht auf die reale, verlustbehaftete energetische Performance von netzgekoppelten PV-Batteriesystemen zur Eigenversorgung in Wohngebäuden. Für die Performancebewertung dieser privaten Systeme wurde mit dem Storage Performance Index (SPI) eine neue Kenngröße sowie ein neuartiger Simulationstest vorgeschlagen. Generell tragen mehrere Verlustmechanismen zur Gesamtenergieeffizienz und -leistung netzgekoppelter PV-Batteriesysteme bei. Die verschiedenen Verluste lassen sich in vier Kategorien unterteilen: Umwandlungs-, Stand-by-, Regelungs- und Energiemanagementverluste.

Neue Effizienzkennzahl für PV-Batteriesysteme

In einem ersten Schritt wird das energetische Verhalten eines PV-Batteriesystems inklusive der Umwandlungs-, Stand-by- und Regelungsverluste simuliert und die spezifische jährliche Energiemenge ermittelt, die mit dem Netz ausgetauscht wird. In einem zweiten Schritt werden die Simulationsergebnisse mit den Ergebnissen der Simulation eines idealen, verlustfreien PV-Batteriesystems gleicher nutzbarer Batteriekapazität verglichen. Dieser Vergleich erlaubt die Bestimmung der energetischen Performance des realen PV-Batteriesystems. Aufgrund der Systemverluste kommt es zu einer Erhöhung des Netzbezugs und zu einer Verringerung der Netzeinspeisung. In einem weiteren Schritt werden die energetischen Testergebnisse ökonomisch bewertet. Dabei wird der Netzbezug mit dessen Kosten sowie die Netzeinspeisung mit den Erlösen gewichtet und die Netzstromkosteneinsparungen des PV-Batteriesystems gegenüber einer Referenz-PV-Anlage bestimmt.

Simulationsbasierte Systembewertung erlaubt detaillierte Verlustanalyse

Der Storage Performance Index wurde für ein AC- und ein DC-gekoppeltes PV-Batteriesystem ermittelt und beträgt 51 % bzw. 53 %. Das bedeutet, dass die untersuchten PV-Batteriesysteme etwa die Hälfte des jeweiligen Einsparpotenzials der Stromkosten entsprechender verlustfreier PV-Batteriesysteme realisieren können. Darüber hinaus zeigt eine detaillierte Verlustanalyse, dass der Großteil der Systemverluste auf die Wandlungsverluste der Leistungselektronik zurückzuführen ist. Abgesehen davon sind insbesondere die Verluste durch den Stand-by-Verbrauch der Batterie, der PV- bzw. Batteriewechselrichter und der Peripheriegeräte entscheidend.

Der entwickelte und in diesem Beitrag beschriebene Simulationstest ermöglicht die Bewertung der energetischen und ökonomischen Performance von PV-Batteriesystemen unterschiedlicher Größe und Systemtopologie. Auf diese Weise kann die Vergleichbarkeit und Transparenz hinsichtlich der Performance verschiedener auf dem Markt erhältlicher Produkte deutlich verbessert werden.