Simulationsmodell Dezentrale Stromversorgung

Zuletzt aktualisiert am 05.02.2017

Im Rahmen des Projektes „EnEff:Wärme – Dezentrale Stromversorgungskonzepte“ werden im Teilprojekt „Systemanalyse“ unterschiedliche Konfigurationen dezentraler Erzeugungsanlagen zur Deckung des Verbraucherlastgangs analysiert. Die Kombination von Photovoltaikanlage und Batteriespeicher ist bereits auf dem Markt verfügbar. Für diese Versorgungsvariante wurde ein Simulationsmodell entwickelt, das den Eigenverbrauchs- und Eigendeckungsanteil für einen Haushalt mit Photovoltaikanlage und gegebenenfalls Batterie ermittelt. Für einen betrachteten Haushalt wird der PV Leistungsgang mit den Anlagenkennlinien des FfE Simulationstools „Synthese des Photovoltaik-Lastgangs auf regionaler Ebene“ berechnet. Die Standortbedingungen (Koordinaten, Einstrahlung, Temperatur) können mit Hilfe der Software Meteonorm bis zu einer Auflösung von 1 Minute dargestellt werden. Das Vorgehen im Simulationsmodell ist in Abbildung 1 gezeigt.

Vorgehen_Simulationsmodell_570

Abbildung 1:  Vorgehen bei der Modellierung des Eigenverbrauchssystems ohne (links) und mit Batterie (rechts)

Der erzeugte PV Strom wird vorrangig selbst verbraucht. Wenn ein Überschuss verbleibt, wird dieser im Fall ohne Batterie in das Netz eingespeist. Im System mit Batterie wird der Überschuss vorrangig bis zum Erreichen des maximalen Ladezustands in der Batterie gespeichert und dann gegebenenfalls in das Netz eingespeist.

Übersteigt die Last die PV Erzeugung, wird die verbleibende Residuallast im Fall ohne Batterie durch Strombezug aus dem Netz aufgefangen. Im System mit Batterie wird die Residuallast zunächst durch Entladung der Batterie bis zum minimalen Ladezustand und erst anschließend gegebenenfalls durch Strombezug vom Netz gedeckt.

Für die beschriebene Fahrweise der Batterie wurde ein Batteriemodell entwickelt, das in Abbildung 2 dargestellt ist.

Batteriemodell_570

Abbildung 2:  Ein- und Ausgangsgrößen des Batteriemodells

Für die Simulation der Photovoltaikanlage mit Batterie kann der Wirkungsgrad des PV Wechselrichters in ηZusatz berücksichtigt werden. Die Selbstentladung der Batterie wird für diese Anlagenkonfiguration vernachlässigt.

Das Simulationsmodell berechnet aus den Eingangsgrößen

  • Lastgang,
  • Standort,
  • PV Anlage (Größe, Ausrichtung, Neigung),
  • Batterie (siehe Batteriemodell)

den Eigenverbrauchs- (EV) und Eigendeckungsanteil (ED) des Haushaltes. In Abbildung 3 sind die Ergebnisse beispielhaft für je eine Woche pro Jahreszeit für einen 4 Personen Haushalt dargestellt.

Ergebnisse_Simulation_580

Abbildung 3:  Ergebnisse des Simulationsmodells

Folgende Daten liegen dem Beispielhaushalt der Abbildung zugrunde:

  • Standort: Neufahrn bei München
  • Jahresstromverbrauch: ca. 4.300 kWh (Lastgang in 15 Minuten Auflösung)
  • PV Anlage:
    - Nennleistung: 4,5 kWp
    - Ausrichtung: Süd
    - Neigung: 30°
  • Li-Ionen-Batterie:
    - Kapazität: 5,4 kWh
    - Entladetiefe (DoD): 80 %
    - Lade-/Entladewirkungsgrad: 95 %
    - Maximale Lade-/Entladeleistung: 5 kW

Für den betrachteten Haushalt ergeben sich ohne Batterie ein möglicher Eigenverbrauchsanteil von 30 % und ein Eigendeckungsanteil von 32 %. Bei Hinzunahme der oben beschriebenen Batterie erhöhen sich der Eigenverbrauchsanteil auf 56 % und der Eigendeckungsanteil auf 54 %, jeweils gerechnet für das Gesamtjahr.

Durch das Simulationsmodell können der Eigenverbrauchs- und Eigendeckungsanteil für beliebige Lastgänge und PV-Anlagen- und Batteriedimensionierungen ermittelt werden. Dadurch lassen sich – abhängig von der Zielsetzung – Aussagen über die optimale Dimensionierung von PV-Anlage und Batterie treffen.

Im weiteren Projektverlauf werden weitere dezentrale Erzeuger (Generator, Windkraftanlagen etc.) in das Modell integriert.

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