14.08.2017
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Neuer Index für Solarstromspeicher

Verschiedene Batteriesysteme miteinander vergleichen

Der System Performance Index, der von Berliner Forschern entwickelt wurde, lässt die Vergleichbarkeit verschiedener Speichersysteme untereinander zu. Es geht dabei um die Wirtschaftlichkeit. Deshalb fließen alle Verluste, die durch den realen Speicherbetrieb entstehen, in die Bewertung mit ein.

 - In der Computersimulation erkennen die Berliner Forscher genau, durch was die einzelnen Verluste entstehen.Daraus ergibtsch dann ein realer Nutzen des Speichers.
In der Computersimulation erkennen die Berliner Forscher genau, durch was die einzelnen Verluste entstehen.Daraus ergibtsch dann ein realer Nutzen des Speichers.
solarstromforschung.de/HTW

Die Nachfrage nach Solarstromspeichern steigt weiter. Nicht nur in deutschen Einfamilienhäusern werden die Systeme installiert. Auch der Markt für Gewerbespeicher nimmt langsam Fahrt auf. Inzwischen werden Photovoltaikanlagen zunehmen nur noch mit Speicher verkauft. Die Frage, die die Kunden hingegen umtreibt ist, wie sie den richtigen Solarstromspeicher finden und vor allem, was der Speicher tatsächlich leistet.

Die Herstellerangaben können da schon weiterhelfen. Doch aus ihnen wird in der Regel nicht ersichtlich, wie viel der Speicher im Standby-Modus verbraucht, wie viele Verluste bei der Umwandlung von Wechsel- und Gleichstrom beim Einspeichen und zurück beim Ausspeichern der Energie anfallen. Auch gibt kaum ein Hersteller an, wie viele Verluste durch das Management des Speichers und dessen Regelung entstehen. Bei letzterem geht es darum, dass der Speicher eine gewissen Reaktionszeit beansprucht, um sich auf die Lastveränderungen einzustellen. So kann es passieren, das der Betreiber des Speichersystems über eine gewisse Zeit Strom aus dem Netz bezieht, während der Speicher noch dabei ist, sich auf eine Erhöhung der Stromnachfrage im Gebäude einzustellen. Aber der Speicherbetreiber speist wertvollen Strom ins Netz ein, weil der Speicher eine gewisse Zeit brauch, um sich auf eine Verringerung der Last einzupegeln. Dies geht zulasten der Wirtschaftlichkeit des Speichersystems. Schließlich soll es den Eigenverbrauchsanteil des Solarstroms erhöhen und da ist jede Kilowattstunde wertvoll.

Eine neue Vergleichsgröße

Aus diesem Grund haben die Forscher der Hochschule für Technik und Wirtschaft (HTW) Berlin jetzt ein neues Label entwickelt, in das all diese Verluste und die tatsächlich nutzbare Speicherkapazität über einen bestimmten Zeitraum einfließen. Sie nennen die neue Effizienzkennzahl den System Performance Index (SPI). Mit ihm ist es möglich, verschiedene Batteriesysteme vergleichbar zu machen.

Der SPI basiert auf einer Simulation einer Speichernutzung und bewertet den ökonomischen Systemnutzen. Er bezieht auch ein, ob die Batterie auf der Gleichstromseite oder auf der Wechselstromseite in die Photovoltaikanlage eingebunden ist und berücksichtigt die unterschiedlichen Batteriegrößen der einzelnen Speichersysteme, die am Markt sind. „Der neu entwickelte System Performance Index ist die ideale Vergleichsgröße, weil er neben den Regelungs-, Dimensionierungs- und Umwandlungsverlusten auch die Einflüsse des Energiemanagements und des Bereitschaftsbetriebs berücksichtigt“, erklärt Tjarko Tjaden, wissenschaftlicher Mitarbeiter der Forschungsgruppe Solarspeichersysteme an der HTW Berlin.

Detaillierte Leistungsflüsse darstellen

Zur Ermittlung des SPI für die einzelnen Speicher berechnen die Forscher zunächst mittels einer Computersimulation detailliert die einzelnen Leistungsflüsse des Systems. Als Eingangsparameter dienen dabei Laborwerte, die auf der Basis des Effizienzleitfadens für Photovoltaik-Speichersysteme berechnet wurden. Dieser ist im März dieses Jahres erschienen. Er gibt genau vor, die die einzelnen Speicher hinsichtlich ihres Wirkungsgrades unter verschiedenen realen Einsatzsituationen berechnet werden müssen und welche konkreten Messungen dazu durchzuführen sind. Der Leitfaden war vom Bundesverband Solarwirtschaft (BSW Solar) zusammen mit dem Bundesverband Energiespeicher (BVES) und weiteren Partnern entwickelt.

Nachdem die Berliner Forscher die Eingangsparameter kennen, können sie in der Simulation die Betriebsergebnisse des realen Systems mit denen eines identischen, aber verlustfreien Systems über den Zeitraum von einem Jahr vergleichen. Dabei geht es darum wie wirtschaftlich das System ist. Dazu setzt der SPI die realisierte Kosteneinsparung durch die Nutzung des konkreten Speichers ins Verhältnis zum theoretischen Einsparungspotenzial eines gleichwertigen, aber verlustfreien Systems. Daraus können die Forscher dann ableiten, in welchem Maße die Energieverluste und die Speicherregelung die Kosten für den Strombezug aus dem Netz erhöhen. Sie sehen aber auch ganz genau, wie diese Verluste die Einnahmen für den ins Netz eingespeisten Strom verringern. „Auf diese Weise kann die Energieeffizienz von Photovoltaik-Speichersystemen verglichen werden, egal ob sie auf der Wechselstromseite, auf der Gleichstromseite oder direkt an die Photovoltaikanlage gekoppelt sind“, betonen die Berliner Forscher.

Index bei der Planung einbeziehen

Ein weiteres zentrales Ergebnis ist: Die Größe des Speichers spielt für dessen Wirtschaftlichkeit und Effizienz keine Rolle. Egal ob das System viele oder weniger Kilowattstunden Strom speichern kann, die Verluste und die Regelungsgeschwindigkeit entscheiden über die Wirtschaftlichkeit. „Daher kann die Kennzahl auch zum Effizienzvergleich von Photovoltaik-Batteriesystemen mit unterschiedlicher Speicherkapazität herangezogen werden, was bislang nicht möglich war“, erklärt Johannes Weniger, ebenfalls wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Forschungsgruppe Solarspeichersysteme. Er weist noch auf einen weiteren Vorteil hin. „Der SPI kann zur Systemoptimierung eingesetzt werden“, betont er. Denn die Auswirkungen der einzelnen Verlustquellen bei einem Speichersystem können die Forscher unabhängig voneinander untersuchen. Sie können genau sehen, welche Konsequenzen ein bestimmter Standby-Verlust hat und wie sich die konkrete Regelungsgeschwindigkeit auf die Wirtschaftlichkeit eines Speichers auswirkt. „Dadurch können Hersteller Rückschlüsse über die Relevanz der unterschiedlichen Verlustmechanismen ziehen und die wichtigsten Stellschrauben zur Verbesserung der Systemeffizienz identifizieren“, sagt Weniger.

Der SPI kann aber nicht nur von den Herstellern genutzt werden, um die einzelnen Verluste auszumerzen. Der Index kann auch zur Anlagen- und Systemplanung herangezogen werden. Der Projektierer eines Photovoltaiksystems mit Speicher kann mit den SPI eine genauere Wirtschaftlichkeitsprognose erstellen. „Dadurch ließe sich die Wirtschaftlichkeit der Solarstromspeicherung weiter verbessern, wodurch eine größere Nachfrage nach Speichersystemen erzielt werden könnte“, resümiert Weniger. (Sven Ullrich)

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