Sizing and Grid Integration of Residential PV Battery Systems

Ziel dieses Beitrages ist es, Erkenntnisse über die Dimensionierung und Netzintegration von privaten PV-Batteriesystemen zu gewinnen. Dazu wurde ein Simulationsmodell entwickelt und zahlreiche Systemsimulationen mit einer Zeitschrittweite von 1 min durchgeführt. Um geeignete Systemkonfigurationen zu identifizieren, wurde darüber hinaus eine Sensitivitätsanalyse vorgenommen, bei der die Größe des PV-Systems und der Batterie variiert wurde. Basierend auf den Simulationsergebnissen wurde eine wirtschaftliche Bewertung von PV-Batteriesystemen durchgeführt und die kostenoptimalen Konfigurationen unter Berücksichtigung unterschiedlicher ermittelt. Ein weiterer Schwerpunkt des Beitrages ist die Integration von PV-Batteriesystemen in das Stromnetz. Die Auswirkungen unterschiedlicher Betriebsstrategien auf die Spitzen und Rampen der Einspeiseleistung werden analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass prognosebasierte Betriebsstrategien die Netzintegration von PV-Batteriesystemen verbessern können.

Systemauslegung hat einen großen Einfluss auf die erzielbare Eigenversorgung

Die Analyse zeigt, dass der Eigenverbrauchsanteil und der Autarkiegrad stark von der Dimensionierung der PV-Anlage und der Batterie abhängen. Gleichzeitig konnte nur ein geringer Einfluss der Orientierung des PV-Generators auf den Selbstversorgungsgrad eines privaten PV-Batteriesystems ermittelt werden. Daraus lässt sich schließen, dass die Orientierung des PV-Generators künftig weniger relevant sein wird als bisher, wo der absolute Ertrag die entscheidende Kenngröße darstellte.

Die durchgeführte wirtschaftliche Bewertung von PV-Batteriesystemen zeigt, dass die kostenoptimalen Systemkonfigurationen stark von den verschiedenen Kostensituationen beeinflusst werden. Dabei wurde festgestellt, dass die optimale PV-Anlagengröße zukünftig auf Kleinanlagen mit höheren Eigenverbrauchsraten zurückgehen wird, da die Einnahmen aus den Einspeisevergütungen langfristig eine untergeordnete Rolle spielen werden. Im betrachteten Langzeitszenario wird die Verbindung von PV-Anlagen mit Batterien nicht nur rentabel, sondern auch die wirtschaftlichste Lösung sein.

Netzentlastung durch PV-Speicher

Ein weiterer Schwerpunkt des Beitrages war die Netzintegration von PV-Batteriesystemen. Wird bei PV-Batteriesystemen die klassische Betriebsstrategie der reinen Maximierung des Eigenverbrauchs umgesetzt, so werden weder die maximale Einspeiseleistung noch die maximalen Leistungsgradienten der Netzeinspeisung verringert. Durch die Begrenzung der Netzeinspeisung wird die Netzbelastung in Form von Spitzen und Rampen der Einspeiseleistung reduziert.

Die Ergebnisse zeigen, dass ein Kompromiss zwischen der Einspeisegrenze, der installierten Batteriegröße und den Abregelungsverlusten erforderlich ist. Es kann sinnvoll sein geringe Abregelungsverluste zuzulassen, um das Ziel einer möglichst niedrigen maximalen Einspeiseleistung zu erreichen. Die größte Reduzierung der Einspeiseleistung wird durch die Betriebsweise der Batteriespeicher unter Berücksichtigung von PV-Erzeugungs- und Lastprognosen erreicht. Dies unterstreicht die Relevanz der prognosebasierten Betriebsstrategien für die Netzintegration der PV-Batteriesysteme. Daher ist die Kopplung von PV-Anlagen mit Batterien von entscheidender Bedeutung, nicht nur um die Anschlusskapazität des Stromnetzes für PV-Anlagen zu erhöhen, sondern auch um das gesamte PV-Potenzial zu erschließen.