Programm Photovoltaik Ausgabe 2008 ... - Bundesamt für Energie BFE
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5/8 Durchgeführte Arbeiten und erreichte Ergebnisse Sputnik Engineering AG hat die technische Machbarkeit nachgewiesen. Eine Kombination ist technisch einfach machbar und es gibt verschiedene Lösungsoptionen. Enecolo AG untersuchte die Anwendungsmöglichkeiten, das Potenzial und soweit wie möglich die wirtschaftlichen Rahmenbedingungen. Technische Machbarkeit von SIMIBU Ausgehend vom bestehenden einphasigen Solarwechselrichter untersuchte Sputnik Engineering drei Varianten. Zur Illustration ist in Bild 4 das Schaltungskonzept von Variante 1 gezeigt. Hierbei wird der Akku direkt über einen Spannungswandler an den Zwischenkreis im Wechselrichter angeschlossen. Variante II schliesst den Akku über einen Hochfrequenztransformator an den Zwischenkreis an. Bei der dritten Variante ist die Kopplung auf der AC-Seite vorgesehen. Die Vor- und Nachteile der drei Lösungsansätze werden beschrieben. Technisch sind alle drei Lösungsansätze realisierbar. Für die definitive Wahl der Variante zur Ausführung sind noch weitere Abklärungen notwendig. Bild 4: Schaltungskonfiguration der Variante 1 Akku Strom netz Untersuchungen und Ergebnisse zum Netzsupport-Betrieb Zum Zeitpunkt der Projektdefinition gab es kein USV-Gerät oder Solarwechselrichter auf dem Markt, welche zu Spitzenlastzeiten garantiert Strom ins Netz einspeisen konnten, um das Netz zu entlasten. Diese Funktion von SIMIBU ist somit eine Neuentwicklung. Während dem laufenden Projekt ist diese Anwendung auch in den USA bei einem Gerät als Betriebsoption gefunden worden. Strompreise zu Peakzeiten sorgten vor allem in Kalifornien für Schlagzeilen. Deshalb wurde als Modelfall der Strommarkt in Kalifornien als Beispiel gewählt. In Kalifornien hat der Strom in der Zeit von 12.00 Uhr mittags bis etwa 21.00 abends rund den doppelten Wert, da das Netz stark belastet ist. Während dieser Zeit könnte die im Akku gespeicherte Energie ins Netz eingespeist werden, um das Netz zu entlasten, falls von der Sonne nicht genügend Energie zur Verfügung steht. Dadurch erhöht sich der Leistungsbeitrag (Capacity Value) der PV-Anlage und das EVU ist bereit, einen höheren Tarif zu vergüten. Die Wirtschaftlichkeit dieser Betriebsart hängt stark von den Akkueigenschaften ab. Der USV-Betrieb kommt in der Regel selten vor, entsprechend ist die Akkuabnutzung klein. Der Netzsupportbetrieb kann dagegen häufiger auftreten. In Kalifornien beispielsweise würde der Netzsupportbetrieb an etwa 60 Tagen im Jahr verlangt. Die Steuerung dieser Funktion wäre über den LAN-Anschluss des Haushalts machbar. Konkret kann das so ablaufen, dass bei hoher Netzlast die Solarwechselrichter vom EVU auf maximale Netzleistung umgeschaltet werden. SIMIBU, P. Toggweiler, Enecolo Seite 201 von 288
An einem Workshop mit EWs in Kalifornien (Lit.1) zeigt sich eine interessante Kalkulationsvariante, womit auch bei relativ hohen Akkukosten ein wirtschaftlich interessanter Betrieb möglich ist. Solarstrom fliesst vorwiegend zu Spitzenlastzeiten. Trotzdem wird er nicht zu Spitzentarifen vergütet, weil sich die EWs nicht darauf verlassen können. An bewölkten Tagen wird nur wenig geliefert. Wenn durch die Kopplung mit der USV-Batterie die Lieferung einer bestimmten Leistung garantiert werden kann, so hat automatisch die gesamte Solarstrommenge einen höheren Wert. Das heisst mit wenig Zusatzenergie im richtigen Moment kann für die gesamte gelieferte Menge ein höherer Marktpreis erzielt werden. Analyse der möglichen Anwendungsgebiete von SIMIBU, Marktrecherche Das Kundensegment der verschiedenen bestehenden Wechselrichter gibt Aufschluss über das Marktpotenzial für Solarwechselrichter mit USV-Funktion. In Gesprächen mit Elektrizitätswerken wurden zudem die Bedürfnisse zur Netzsupportfunktion abgeklärt. Die globale Marktsituation von konventionellen USV-Anlagen wurde mit Internet-Recherchen eruiert. Der Solarstrommarkt wird hier nicht detailliert dargestellt, da die entsprechenden Fakten in anderen Projekten bearbeitet und publiziert werden. Die entscheidende Frage ist, wo es überlappende Märkte gibt. Dazu wird der USV-Markt ein Stück weit analisiert. Globale Marktsituation von USV-Anlagen, auch UPS genannt. Weltweit sind ca. 200 GW Speicherkapazität für Strom in stationären Anwendungen installiert. Allein in den USA sind rund 1 Million Notstromversorgungssysteme in Haushalten im Einsatz. Gut 200’000 davon sind stationär, bei den restlichen handelt es sich um mobile Geräte. Stationäre Notstromversorgungssysteme für Haushalte haben typischerweise eine Leistung von 5 bis 12 kW und kosten US$ 7’000 bis US$ 12’000 inkl. Installation. Untersuchungen haben gezeigt, dass die meisten Haushalte in den USA mit einer Leistung von 1 bis 2 kW auskommen, wenn sie keine Klimaanlage betreiben, siehe Bild 5. In der Regel sind Notstromanlagen also überdimensioniert und arbeiten deshalb unter dem optimalen Auslastungsbereich. Am häufigsten eingesetzt werden Dieselgeneratoren und UPS mit Batterien. Bild 5: Verteilung der bezogenen Netzleistung in % der Jahresstunden [6]. Der UPS-Markt ist weltweit stark am wachsen. In der ersten Hälfte 2006 betrug die Wachstumsrate 11.5%. Der grösste Teil der UPS-Geräte wird in der IT-Branche eingesetzt. Dazu gehören einerseits die grösseren UPS-Geräte zur Versorgung ganzer Server-Parks, aber insbesondere auch die kleinen Geräte für den Heimgebrauch. Diese weisen oft eine Leistung von weniger als 1 kW auf und werden nur genutzt, um den PC bei Stromausfall sicher herunterfahren zu können. Die Notstromversorgung für Privathaushalte dagegen ist bei den UPS-Geräten ein Nischenmarkt. Seite 202 von 288 SIMIBU, P. Toggweiler, Enecolo 6/8
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Ausgehend vom bestehenden einphasigen Solarwechselrichter untersuchte Sputnik Engineering drei<br />
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Akku direkt über einen Spannungswandler an den Zwischenkreis im Wechselrichter angeschlossen.<br />
Variante II schliesst den Akku über einen Hochfrequenztransformator an den Zwischenkreis an.<br />
Bei der dritten Variante ist die Kopplung auf der AC-Seite vorgesehen. Die Vor- und Nachteile der drei<br />
Lösungsansätze werden beschrieben.<br />
Technisch sind alle drei Lösungsansätze realisierbar. Für die definitive Wahl der Variante zur Ausführung<br />
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Bild 4: Schaltungskonfiguration der Variante 1<br />
Akku<br />
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Untersuchungen und Ergebnisse zum Netzsupport-Betrieb<br />
Zum Zeitpunkt der Projektdefinition gab es kein USV-Gerät oder Solarwechselrichter auf dem Markt,<br />
welche zu Spitzenlastzeiten garantiert Strom ins Netz einspeisen konnten, um das Netz zu entlasten.<br />
Diese Funktion von SIMIBU ist somit eine Neuentwicklung. Während dem laufenden Projekt ist diese<br />
Anwendung auch in den USA bei einem Gerät als Betriebsoption gefunden worden.<br />
Strompreise zu Peakzeiten sorgten vor allem in Kalifornien <strong>für</strong> Schlagzeilen. Deshalb wurde als Modelfall<br />
der Strommarkt in Kalifornien als Beispiel gewählt.<br />
In Kalifornien hat der Strom in der Zeit von 12.00 Uhr mittags bis etwa 21.00 abends rund den doppelten<br />
Wert, da das Netz stark belastet ist. Während dieser Zeit könnte die im Akku gespeicherte <strong>Energie</strong><br />
ins Netz eingespeist werden, um das Netz zu entlasten, falls von der Sonne nicht genügend <strong>Energie</strong><br />
zur Verfügung steht. Dadurch erhöht sich der Leistungsbeitrag (Capacity Value) der PV-Anlage und<br />
das EVU ist bereit, einen höheren Tarif zu vergüten. Die Wirtschaftlichkeit dieser Betriebsart hängt<br />
stark von den Akkueigenschaften ab. Der USV-Betrieb kommt in der Regel selten vor, entsprechend<br />
ist die Akkuabnutzung klein. Der Netzsupportbetrieb kann dagegen häufiger auftreten. In Kalifornien<br />
beispielsweise würde der Netzsupportbetrieb an etwa 60 Tagen im Jahr verlangt. Die Steuerung dieser<br />
Funktion wäre über den LAN-Anschluss des Haushalts machbar. Konkret kann das so ablaufen,<br />
dass bei hoher Netzlast die Solarwechselrichter vom EVU auf maximale Netzleistung umgeschaltet<br />
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