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Vereinfachte Bestimmung der Eigenstromnutzung von PV-Anlagen in einer Monatsbilanz für Wohngebäude.

Authors:

Abstract

Entwicklung eines einfachen Bilanzmodells zur Anrechnung von PV-Strom im Energiepass Luxemburg.
Vereinfachte Bestimmung der Eigenstromnutzung
von PV-Anlagen in einer Monatsbilanz für Wohngebäude
Quelle: Dr. Markus Lichtmeß Seite 1 von 39
Vereinfachte Bestimmung der Eigenstromnutzung von PV-Anlagen
in einer Monatsbilanz für Wohngebäude.
Dr.-Ing. Markus Lichtmeß, Goblet Lavandier & Assocíes
24. März 2015
Studie mit Unterstützung des Wirtschaftsministeriums Luxemburg im Rahmen eines Auftrages zur
Fortschreibung der energetischen Anforderungen für Wohngebäude. Entwicklung eines einfachen
Bilanzmodells zur Anrechnung von PV-Strom im Energiepass Luxemburg.
Vereinfachte Bestimmung der Eigenstromnutzung
von PV-Anlagen in einer Monatsbilanz für Wohngebäude
Quelle: Dr. Markus Lichtmeß Seite 2 von 39
Einführung
Der Energiepass bzw. die Bewertungsgrundlage der Gesamt-Energieeffizienz von Gebäuden basiert in
Luxemburg auf einer monatlichen Energiebilanz
1
. Darin enthalten sind die Energieanwendungen für Heizen,
Trinkwarmwassererwärmung, Lüften und die jeweilige Hilfsenergie. Bei Nichtwohngebäuden werden zudem
die Energieanwendungen für Beleuchtung und Kühlen einbezogen. Allgemein- und Haushaltsstrom werden
gemäß den Bilanzbedingungen der Gebäuderichtlinie 2010/31/EU
2
im Energiepass nicht berücksichtigt. Im
Rahmen der durch die Gebäuderichtlinie eingeführten nZEB (nearly zero-energy buildings) wird der
weitreichende Einsatz von erneuerbaren Energien eingefordert
2
. Darunter fällt auch die Berücksichtigung
von Vor-Ort erzeugtem Strom; z. B. durch PV-Anlagen.
Nebenstehende Tabelle zeigt eine vorläufige Übersicht
über die zum Teil angedachte Berücksichtigung von
PV-Anlagen in nZEB einzelner EU-Länder gemäß der
Erhebung aus dem EPISCOPE TABULA-Projekt
3
. Die
meisten Mitgliedsländer berücksichtigen PV-Anlagen
in ihrer nZEB-Definition. Hinsichtlich des
Bilanzzeitraums ist die monatliche Bilanz
dominierend. Die Einbeziehung von Vor-Ort
erzeugtem Strom erfolgt im Europäischen Kontext im
Abgleich mit dem Strombedarf der durch technische
Energieanwendungen entsteht. Dabei hängt die
Anrechenbarkeit neben den Energiemengen auch vom
jeweilig gewählten Bilanzverfahren bzw. vom
Bilanzzeitschritt ab.
In Luxemburg wird, wie in vielen anderen EU-
Mitgliedsstaaten auch, das Monatsbilanzverfahren für
die energetische Bewertung von Wohn- und
Nichtwohngebäuden genutzt. Die vorgesehene
Grundlage zur Anrechnung von erzeugtem Strom
erfolgt für Luxemburg ebenfalls auf der Basis des
Monats-Bilanzmodells
4
. In der Systematik wird nur der Anteil des erzeugten Stroms berücksichtigt, der zur
Deckung des Strombedarfs der technischen Systeme beiträgt. Dies erfolgt in der Regel durch eine einfache
stromseitige Saldierung von monatlichen Strombedarfen und Stromgewinnen.
1
Le gouvernement du grand-duché de Luxembourg. Règlement grand-ducal du 30 novembre 2007 concernant la
performance énergétique des bâtiments d’habitation (14.12.2007). Luxemburg: Service central de legislation,
2007.
2
European Commission. Directive 2010/31/EU of 19 May 2010 on energy performance of buildings. EU: European
Commission, 2010.
3
Loga, Tobias, Stein, Britta und Diefenbach, Nikolaus. Inclusion of New Buildings in Residential Buildings Typologies,
Steps Towards NZEBs, Exemplified for Differenz European Countries. Darmstadt: IWU Institut Wohnen und
Umwelt, Darmstadt, 2014.
4
Wirtschaftsministerium-LU, Lichtmeß, Markus und Knissel, Jens. Nationaler Plan Luxemburgs zur Erhöhung der
Zahl der Niedrigstenergiegebäude. Luxemburg: Wirtschaftsministerium Luxemburg, 2013.
Tab. 1
Übersicht der voraussichtlichen
Anrechnung von PV-Anlagen in nZEB für
unterschiedliche EU-Mitgliedsstaaten, aus3.
Land
PV in nZEB
berücksichtigt
Bilanzzeit-
raum
Österreich
Ja
monatlich
Belgien
Ja
monatlich
Zypern
---
---
Tschechien
Ja
monatlich
Deutschland
Ja
monatlich
Dänemark
Ja
monatlich
Spanien
---
---
Frankreich
Ja
---
England
Ja
jährlich
Griechenland
Ja
monatlich
Ungarn
Ja
jährlich
Irland
Ja
jährlich
Italien
Ja
monatlich
Niederlande
Ja
---
Norwegen
Ja
jährlich
Serbien
---
---
Slowenien
Ja
monatlich
Vereinfachte Bestimmung der Eigenstromnutzung
von PV-Anlagen in einer Monatsbilanz für Wohngebäude
Quelle: Dr. Markus Lichtmeß Seite 3 von 39
Aufgrund dieser monatlichen Betrachtung ergeben sich deutlich höhere Eigenstromnutzungsanteile als in der
Realität erzielbar
5
,
6
,
7
,
8
. Bezieht man den darüber bilanzierten Strom im Energiepass mit ein, führt dies zu
einer höheren Anrechnung von erneuerbarer Energie im Gebäude als es tatsächlich der Fall ist.
PV-Anlagen erzeugen Strom naturgemäß nur während der Tageszeit mit relevanter solarer Einstrahlung.
Ohne vorhandene Speicherung wird überschüssiger Strom direkt in das öffentliche Stromnetz eingespeist
und steht außerhalb der Erzeugung (z. B. nachts) nicht direkt zur Deckung des Gebäudestrombedarfs zur
Verfügung. Für die möglichst genaue Bestimmung des selbst genutzten Anteils von erzeugtem PV-Strom ist
daher auch ein möglichst kleiner Berechnungszeitintervall erforderlich, um Effekte wie Erzeugungs- und
Bedarfssimultanität praktisch hinreichend genau abzubilden
7
,
8
,
9
. Zur Abbildung in einer Monatsbilanz fehlen
derzeit angepasste Berechnungsmodelle im normativen Kontext.
Niedrigstenergiegebäude nZEB in Luxemburg
Die energetische Bewertung von Wohngebäuden umfasst die Energiegewerke Heizen, Lüften,
Trinkwarmwassererwärmung und der dafür erforderliche Hilfsenergiebedarf. Die Energiebilanzen sind an
CEN-Normen angelehnt und erfolgen im Zeitschritt eines Monats. Solarthermische Anlagen, deren
Energieproduktion direkt dem Gebäude zugeführt wird, werden bereits in den Bilanzen berücksichtigt. Der
Energiebedarf für Kühlen oder die Energieproduktion über PV bleibt unberücksichtigt. Bei KWK-Anlagen
werden die Effekte nur zum Teil berücksichtigt. In der Energieeinsparverordnung für Wohngebäude ist ein
rechtlich nicht bindender Hinweis über den Verzicht von Klimageräten in Wohngebäuden hinterlegt."; aus
4
.
Zur energetischen Bilanzierung von Niedrigstenergiegebäuden sind die Bilanzgrenzen für Wohn- und
Nichtwohngebäude um den Bereich Stromerzeugung zu erweitern. Bei einer Stromproduktion wird dabei nur
der Anteil der Energieproduktion betrachtet, der dem Gebäude (im Verrechnungszeitraum) direkt
zugutekommt. Überschüssige Energie wird in das öffentliche Netz eingespeist und wird in der Bilanz nicht
berücksichtigt.
Folgendes Schema zeigt die aktuelle (linkes Bild) und die zukünftig angedachte (rechtes Bild)
Berücksichtigung von gebäudeintegrierter Energieerzeugung am Beispiel einer Photovoltaikanlage in einem
Nur-Stromhaus (Nichtwohngebäude).“; aus
4
.
5
Lichtmeß, Markus. Anrechnung von PV-Strom in nearly zero-energy buildings im Energiepass. Luxemburg: Goblet
Lavandier & Associés, 2015.
6
Voss, Karsten, Musall, Eike und Lichtmeß, Markus. From low-energy to net zero-energy buildings, status and
perspectives. Volume 6, Number 1: Journal of Green Building, 2011.
7
Frank, Milena. Analyse der Eigenbedarfsdeckung durch PV- und KWK- Anlagen in Wohnhäusern. Darmstadt:
Institut für Massivbau der TU Darmstadt, 2015.
8
M. Hall, F. Dorusch, A. Geissler. Optimierung des Eigenverbrauchs, der Eigendeckungsrate und der Netzbelastung
von einem Mehrfamiliengebäude mit Elektromobilität. Berlin: Bauphysik 36, Heft 3, 2014.
9
Voss, Karsten, Musall, Eike und Lichtmeß, Markus. Vom Niedrigenergie- zum Nullenergiehaus:
Standortbestimmung und Entwicklungsperspektiven. Berlin: Bauphysik 32 Heft 12/2010, 2010.
Vereinfachte Bestimmung der Eigenstromnutzung
von PV-Anlagen in einer Monatsbilanz für Wohngebäude
Quelle: Dr. Markus Lichtmeß Seite 4 von 39
Abb. 1
Darstellung der energetischen Bilanzgrenze. Das linke Bild zeigt die Vorgehensweise bei der aktuellen
Bilanzierung für Wohn- und Nichtwohngebäude. Gebäude integrierter produzierter Strom wird vollständig in das Netz
eingespeist und es erfolgt keine Eigenstromnutzung. Das rechte Bild zeigt das zukünftige Modell der Bilanzgrenze.
Erzeugter Strom wird vorrangig selbst genutzt. Überschüsse werden eingespeist oder ggf. zwischengespeichert.
LA=Lüftungsanlage, WP=Wärmepumpe, KM=Kältemaschine. Darstellung aus4.
Aktuelle Diskussion
In
5
werden zwei unterschiedliche Bilanz-Modelle zur Anrechnung von PV-Strom in Wohngebäuden diskutiert,
die auf der bisherigen saldierten Anrechenbarkeit im Monatsbilanzverfahren basieren.
1)
Modell Endenergie: In diesem Modell wird der anrechenbare Anteil des PV-Stroms im System
Energiepass auf den monatlichen Gebäudestrombedarf begrenzt. Hierbei handelt es sich um ein
"quasiphysikalisches" Modell, welches die Interaktion von PV-Anlagen in Gebäuden abbilden soll. Dieser
Bilanzansatz ist auch im Europäischen Normwerk hinterlegt.
2)
Modell Primärenergie: Hier wird der anrechenbare Anteil des PV-Stroms im System Energiepass nicht
auf den monatlichen Strombedarf sondern auf den monatlichen Gesamt-Primärenergiebedarf begrenzt.
Die Modelle haben ihre Vor- und Nachteile. Beiden gemein ist jedoch, dass der bilanzierte und dann im
Energiepass angerechnete Anteil des erzeugten Stroms aufgrund der Unschärfen einer Monatsbilanz mit
praktisch erzielbaren Deckungsanteilen nicht übereinstimmt und zu einer deutlichen Überschätzung des
Einflusses der PV-Anlage im Luxemburger Energiepass führt sofern die Systemgrenze der technische
Anlagenstrom ist. Das Modell Primärenergie dient insofern lediglich dazu, dass Strom basierte
Wärmeerzeuger, bei Anwendung der einfachen Monatsbilanz, nicht übervorteilt im Energiepass dargestellt
werden. Die Höhe der Anrechnung ist bei beiden Verfahren gleich ungenau.
Zur Verdeutlichung der Zusammenhänge werden die Messdaten eines Gebäudes einer monatlichen
Energiebilanz gegenübergestellt. Folgende Abbildungen zeigen den Unterschied von monatlich basierter
Anrechnung und real erzielbaren Anteilen für ein Passivhaus (200 m
2
Wohnfläche) mit Luft-Wasser-
Wärmepumpe und thermischer Solaranlage (6 m
2
) als Wärmeerzeuger und einer Photovoltaikanlage mit
5,28 kW
p
. Der real erzielte Anteil des selbst genutzten Stroms aus der PV-Anlage beträgt für das Messjahr
solare'
Strom erzeugung
thermische'
Solarnutzung
Kühlen
Lüften,'Be- und'
Entfeuchten Heizen
Beleuchten
Öffentliches'S trom netz
100'%' fe ed-in 100' %' Be z ug
Strombezug'
(Gebäudestrombedarf)
Strom ereinspeisung
(Stromproduktion)
WP
KM
LA
solare'
Strom erzeugung
thermische'
Solarnutzung
Kühlen
Lüften,'Be- und'
Entfeuchten Heizen
Beleuchten
Öffentliches'S trom netz
Bezug'und'feed-in' sind'va riabel
Strom bezug'='Gebäudestrom' – S tromproduktion
Stromüberschüsse'können' ggf.'z wischengespeichert' und'
spät er'a bgeru fen' werde n
WP
KM
LA
Vereinfachte Bestimmung der Eigenstromnutzung
von PV-Anlagen in einer Monatsbilanz für Wohngebäude
Quelle: Dr. Markus Lichtmeß Seite 5 von 39
2013 etwa 20,4 %. Einbezogen ist hier neben dem Technikstromverbrauch (Lüftung, Wärmepumpe,
Pumpen) auch der Allgemeinstrom bzw. der Haushaltsstrom des Gebäudes.
Abb. 2
Messdaten einer Energiebilanz und Interaktion der PV-Anlage eines Passivhauses.
Über die einfache monatliche Berechnung ergibt sich ein deutlich höherer Anteil an selbst genutztem Strom,
der in der Praxis nicht erzielt wird (vgl. Abb. 3). Für die Monate in denen der erzeugte PV-Strom niedriger
ist, als der Gebäudestrombedarf, wird eine 100 %ige Anrechnung des PV-Stroms als Eigenverbrauch
unterstellt. Für Monate, in denen die erzeugte Strommenge den Verbrauch überschreitet, wird die
Anrechnung mit dem verbrauchten (oder berechneten) Strom begrenzt. Der selbst genutzte Anteil des
erzeugten PV-Stroms wird im Beispiel mit 44,2 % bewertet. Dieser Anteil würde nun im Energieausweis als
Effizienzbonus dargestellt.
Abb. 3
Rechnernische Energiebilanz und Interaktion der PV-Anlage bei Anwendung der Monatsbilanz.
Bezogen auf den Jahres-Gesamtstromverbrauch beträgt der gemessene Netzbezug anteilig 76,5 % und der
selbst erzeugte Anteil über die PV-Anlage 23,5 %. Mit der einfachen monatlichen Bilanz ergibt sich ein
anteiliger Netzbezug von 49,2 % und der selbst erzeugte Anteil am Gesamtstromverbrauch liegt bei 50,8 %.
Die sich dadurch ergebende Deckungsanteile führen zu einer deutlichen Überbewertung von PV-Strom im
Luxemburger Energiepass insbesondere bei Ein- und Zweifamilienhäusern. Kommt dazu ein auf Strom
basierender Wärmeerzeuer zum Einsatz, verstärkt sich die Überschätzung und dementsprechend die
Darstellung der PV-Anlage im Energiepass im Vergleich zu einem nicht Strom basierten Wärmeerzeuger.
Mit der primärenergetischen Anrechnung (Methode Primärenergie) erfolgt die Saldierung auf der Ebene der
Primärenergie. Der dadurch angerechnete Ertrag einer PV-Anlage zur Eigenstromnutzung bleibt dabei gleich
unscharf, er wird bei der primärenergetischen Anrechnung lediglich für alle Wärmeerzeuger uniform
berücksichtigt.
0
200
400
600
800
1000
FEB
MAR
APR
MAY
JUN
JUL
AUG
OCT
NOV
DEC
kWh
ENERGIEBILANZ -INTERAKTION PV-ANLAGE (MESSWERTE)
EIGENBEDARFSDECKUNG 20,4%
PV-EINSPEISUNG 79,6%
GEBÄUDESTROM (WP+TECHNIK+HAUS)
0
200
400
600
800
1000
JAN
FEB
MAR
APR
MAY
JUN
JUL
AUG
SEP
OCT
NOV
DEC
kWh
ENERGIEBILANZ -INTERAKTION PV-ANLAGE (MONATSBILANZ)
EIGENBEDARFSDECKUNG 44,2%
PV-EINSPEISUNG 55,8%
GEBÄUDESTROM (WP+TECHNIK+HAUS)
Vereinfachte Bestimmung der Eigenstromnutzung
von PV-Anlagen in einer Monatsbilanz für Wohngebäude
Quelle: Dr. Markus Lichtmeß Seite 6 von 39
Hinsichtlich einer konsistenten Bewertung von selbst genutztem PV-Strom in Gebäuden innerhalb der
vorgegebenen Bilanzgrenzen aus dem Luxemburger Energiepass (Strombedarf für technische Anlagen zum
Heizen, Lüften und zur Trinkwarmwassererwärmung in Wohngebäuden und zusätzlich Belichten und Kühlen
in Nichtwohngebäuden) ist eine Anpassung des Monatsbilanzverfahrens erforderlich, um möglichst reale
Deckungsanteile zu bestimmen. Dazu wird im Folgenden ein vereinfachtes Modell vorgestellt, mit dem das
Monatsbilanzverfahren erweitert werden kann, um eine bessere Übereinstimmung zu erzielen.
Energiemodell simplified monthly
Die Stromerzeugung einer Photovoltaikanlage korreliert naturgemäß mit der solaren Einstrahlungsintensität
und -dauer. Abb. 4 zeigt mittlere Globalstrahlungsdaten für Luxemburg, aufgeteilt in direkte und diffuse
Strahlungskomponenten. Solarzellen nutzen beide Strahlungsarten aus, was für mitteleuropäische
Klimabedingungen wichtig ist, denn der diffuse Anteil übersteigt den direkten Anteil.
Abb. 4
Globalstrahlungsdaten für Luxemburg, unterteilt in direkte und diffuse Einstrahlung (Quelle: Meteonorm).
Für einen typischen Tag im Monat teilt sich die solare Einstrahlung auf den Tagesgang auf. Folgendes
Diagramm zeigt die Verläufe der Sonnenhöhenwinkel am jeweils 15. Tag eines Monats.
Abb. 5
Täglicher Sonnenhöhenwinkel für den jeweils 15. eines Monats über ein Jahr (eigene Berechnung).
Die Energiebilanz einer PV-Anlage im Energiepass (z. B. nach DIN V 18599-9:2011-12) liefert einen
monatlichen Energieertrag. Der bilanzierte Strombedarf des Gebäudes muss für die Bewertung der
Übereinstimmung mit dem solaren Stromangebot modifiziert werden. Dafür ist eine Aufteilung in einen
0
200
400
600
800
1.000
1
252
503
754
1005
1256
1507
1758
2009
2260
2511
2762
3013
3264
3515
3766
4017
4268
4519
4770
5021
5272
5523
5774
6025
6276
6527
6778
7029
7280
7531
7782
8033
8284
8535
W/
CLIMATE DATA LUXEMBOURG -GLOBAL RADIATION
HORIZON TAL DIFFUS
HORIZONTAL DIRECT
15. JAN
15. MAR
15. MAY
15. JUL
15. SEP
15. NOV
0
20
40
60
80
46810 12 14 16 18 20
ANGLE °
TIME
SOLAR ALTITUDE
15. JAN
15. FEB
15. MAR
15. APR
15. MAY
15. JUN
15. JUL
15. AUG
15. SEP
15. OCT
15. NOV
15. DEC
Vereinfachte Bestimmung der Eigenstromnutzung
von PV-Anlagen in einer Monatsbilanz für Wohngebäude
Quelle: Dr. Markus Lichtmeß Seite 7 von 39
Strombedarf innerhalb des Zeitraums mit solarer Einstrahlung und in einen außerhalb des Zeitraums mit
solarer Einstrahlung erforderlich. Zur Berücksichtigung der solaren Einstrahlung wird für jeden Monat ein
typischer Tag bewertet. Die relevante Tageslänge wird auf der Basis monatlicher Klimadaten bestimmt.
Dabei werden alle Stunden in einem Monat gezählt, an denen eine Grenz-Einstrahlungsintensität
überschritten wird. Diese Grenz-Einstrahlungsintensität wird mit 75 W/m
2
bestimmt und entspricht, bei
mittleren Anlagendaten (Wirkungsgrad 15 %, Flächenbedarf 8 m
2
/kWp)
10
, einer Anlagenmindestleistung
von etwa 9%
11
. Dadurch wird die mittlere relevante Tageslänge mit solarer Einstrahlung im Rechenmodell
besser mit der täglichen Stromerzeugung einer PV-Anlage abgestimmt. Die Grenz-Einstrahlungsintensität ist
keine feste Größe. Sie hängt zum Beispiel von der jeweiligen Modul- bzw. Anlagenkonfiguration und anderen
nutzungsspezifischen Parametern ab.
!
"#$
%&
'()
*
+,
-.
+,
%/0
0#12-3%42
mit
I
G,p
W/m
2
Grenz-Einstrahlungsintensität zur Bestimmung des Zeitfensters mit relevanter
Einstrahlung
p
min
W/kW
P
Mindestanlagenleistung zur Festlegung des Zeitfensters mit relevanter Einstrahlung
(Standard 9 % der maximalen Anlagenleistung, das entspricht 90 W bezogen auf 1 kWp)
h
PV
%
Mittlerer Wirkungsgrad der PV-Anlage (Standard 15 %)
a
PV
m
2
/kW
Mittlerer Bruttoflächenbedarf der PV-Anlage (Standard 8 m
2
, Bruttofläche)
Tab. 2 zeigt die aus dem Klimadatensatz Luxemburg berechneten Stundenhäufigkeiten mit
Einstrahlungsintensitäten über
IG,p!
für jeden Monat und für unterschiedliche Orientierungen.
Tab. 2
Häufigkeit von Stunden im Monat mit einer Globalstrahlung >
tIG,day!
für unterschiedliche Orientierungen.
Orientation
Global
South 90°
East 90°
Nord 90°
West 90°
Ø
Global/South
Month
h/M
h/M
h/M
h/M
h/M
h/M
Jan
109
98
67
49
80
104
Feb
181
171
140
112
143
176
Mar
261
220
198
170
203
241
Apr
316
264
264
239
262
290
May
380
300
334
354
338
340
Jun
397
294
335
360
335
346
Jul
403
314
352
379
353
359
Aug
345
267
288
286
285
306
Sep
282
245
224
190
231
264
Oct
214
170
132
95
132
192
Nov
125
97
56
22
57
111
Dec
86
80
42
14
46
83
Auf der Basis der monatlichen Summenwerte kann ein mittleres tägliches Zeitfenster mit relevanter solarer
Einstrahlung
tIG,day!
bestimmt werden. Die berechneten Werte für
tIG,day!
sind in Tab. 3 und Abb. 6
dargestellt. Für alle weiteren Bilanzen wird der Durchschnittswert für die Globalstrahlung herangezogen. Es
kann weiterhin überlegt werden, ob eine Unterteilung der Anpassungsfaktoren in differenzierte
Winkelbereiche eine Verbesserung der Verfahrensgenauigkeit herbeiführt.
10
In Anlehnung an DIN V 18599-9:2011-12, Tabelle B.2 für polykristallines Silizium.
11
Der Mindestleistungsanteil wurde mit Messergebnissen abgeglichen.
Vereinfachte Bestimmung der Eigenstromnutzung
von PV-Anlagen in einer Monatsbilanz für Wohngebäude
Quelle: Dr. Markus Lichtmeß Seite 8 von 39
Tab. 3
Anpassungsfaktoren als mittleres tägliches Zeitfenster mit relevanter solarer Einstrahlung,
tIG,day
.
Orientatio
n
Global
South 90°
East 90°
Nord 90°
West 90°
Ø Global/South
Month
h/d
h/d
h/d
h/d
h/d
h/d
Jan
3,5
3,2
2,2
1,6
2,6
3,3
Feb
6,5
6,1
5,0
4,0
5,1
6,3
Mar
8,4
7,1
6,4
5,5
6,5
7,8
Apr
10,5
8,8
8,8
8,0
8,7
9,7
May
12,3
9,7
10,8
11,4
10,9
11,0
Jun
13,2
9,8
11,2
12,0
11,2
11,5
Jul
13,0
10,1
11,4
12,2
11,4
11,6
Aug
11,1
8,6
9,3
9,2
9,2
9,9
Sep
9,4
8,2
7,5
6,3
7,7
8,8
Oct
6,9
5,5
4,3
3,1
4,3
6,2
Nov
4,2
3,2
1,9
0,7
1,9
3,7
Dec
2,8
2,6
1,4
0,5
1,5
2,7
Abb. 6
Anpassungsfaktoren als mittleres gliches Zeitfenster mit relevanter solarer Einstrahlung,
tIG,day
. Die nach
Himmelsrichtung orientierten Angaben beziehen sich auf einen Neigungswinkel von 90°.
Für das Modell simplified monthly muss der Strombedarf des Gebäudes in die beiden Teilbereiche mit und
ohne relevante solare Einstrahlung aufgeteilt werden. Dazu werden folgende Annahmen unterstellt.
Der monatliche Strombedarf des Gebäudes wird zum 24-h Mittelwert umgeformt. Im Rechenmodell
wird davon ausgegangen, dass sich der Strombedarf gleichmäßig über 24 h verteilt. Zur weiteren
Präzisierung des Modells können typische Verbrauchsprofile einbezogen werden. Dies kann dann zu
besseren Ergebnissen führen, wenn der Hausstromverbrauch mit einbezogen wird, der zum Teil von
den Nutzungsgewohnheiten abhängt (Single-Haushalt, (teil)berufstätige Familie, etc.).
Da der Fokus auf der Bilanzierung des anlagentechnischen Strombedarfs liegt, ist die Berücksichtigung
eines nutzerabhängigen Verbrauchsprofils nicht zwingend erforderlich, da die technischen Systeme nur
bedingt von Tages- und Nachtzeiten abhängen. Lüftungsanlagen, Heizungspumpen und Hilfsenergie für
Wärmeerzeuger stellen in der Regel eine Bandlast dar. Wärmepumpen arbeiten in der Regel taktend je
nach Ladestand des Speichers
12
. Die Häufigkeit sowie die Einschaltdauer hängen wesentlich von der
auftretenden Heizlast des Gebäudes ab. Die erforderliche Nachladung des Trinkwarmwasserspeichers ist
nur bedingt vorhersehbar
13
und kann zu Tag- und Nachtzeiten erfolgen. Für die anlagentechnischen
Stromaufwendungen wird deshalb davon ausgegangen, dass sich diese Effekte im Monatsmittel
ausgleichen.
12
Bei Wärmepumpen die direkt an eine Fußbodenheizung angeschlossen sind, dient die Estrichmasse als Speicher.
13
Der höchste Trinkwarmwasserbedarf tritt oft morgens oder abends auf. Je nach Ladezustand des Pufferspeichers
und in Abhängigkeit der Betriebsweise der Wärmeerzeugung, muss die Nachladung nicht immer im gleichen
Zeitraum erfolgen (z. B. Nachtabsenkung WW-Bereitung, etc.).
0
2
4
6
8
10
12
14
JAN
FEB
MAR
APR
MAY
JUN
JUL
AUG
SEP
OCT
NOV
DEC
h/d
DAILY TIME FRAME WITH RELEVANT RADIATION
GLOBAL h/d
SOUTH h/d
EAST h/d
NORTH h/d
WEST h/d
ØGLOBAL/S OUTH h/d
Vereinfachte Bestimmung der Eigenstromnutzung
von PV-Anlagen in einer Monatsbilanz für Wohngebäude
Quelle: Dr. Markus Lichtmeß Seite 9 von 39
Die Aufteilung des Gebäudestrombedarfs in die beiden Teilstrombedarfe erfolgt nach folgender Gleichung.
5
67#'#89:
%5
67#'
-;
<"#89:
=>
?
5
67#'
%5
67#'#@
A5
67#'#@#@(7B
A5
67#'#CDD
A5
67#'#CDD#@(7B
A5
67#'#E
A5
67#'#F
A5
67#'#F#@(7B
A5
67#'#G
A5
67#'#@H
?
mit
Qel,m
kWh/M
Monatlicher Strombedarf des Gebäudes
Qel,m,H
kWh/M
Monatlicher Strombedarf für Heizen
Qel,m,H,Hilf
kWh/M
Monatlicher Hilfsenergiebedarf für die Wärmeversorgung
Qel,m,TWW
kWh/M
Monatlicher Strombedarf für Trinkwarmwassererwärmung
Qel,m,TWW,Hilf
kWh/M
Monatlicher Hilfsenergiebedarf für die Trinkwarmwassererwärmung
Qel,m,L
kWh/M
Monatlicher Strombedarf für Lüftung
Qel,m,K
kWh/M
Monatlicher Strombedarf für Kühlen in Nichtwohngebäuden
Qel,m,B
kWh/M
Monatlicher Strombedarf für Beleuchten in Nichtwohngebäuden
Qel,m,HS
kWh/M
Monatlicher Haushaltsstrombedarf (sofern dieser in der Bilanz erfasst wird)
Der durch eine PV-Anlage erzeugte Strom
QPV,m!
wird als Monatswert berechnet und kann dem täglichen
Strombedarf innerhalb des Zeitraums mit relevanter solarer Einstrahlung
Qel,m,day!
gegenübergestellt
werden. Der monatliche Anteil des erzeugten PV-Stroms
QPV,self,m!
der im Gebäude selbst genutzt werden
kann, berechnet sich dann wie folgt.
5
+,#I67B#'
%JK*
L
5
+,#'
5
67#'#89:
M
?
Durch den Einsatz von Batteriesystemen kann der durch eine PV-Anlage erzeugte Strom Q
PV,m
über einen
längeren Zeitraum genutzt werden. Der folgende Bilanzansatz gilt für üblich dimensionierte Speicher mit der
Speicherkapazität Q
Bat
und dem Speicherwirkungsgrad
h
Bat
. Dabei wird maximal der überschüssig erzeugte
PV-Strom (sonst in das Stromnetz eingespeist) mit dem mittleren Strombedarf des Gebäudes außerhalb des
Zeitraums mit relevanter solarer Einstrahlung (sonst Netzbezug) abgeglichen (vgl. Abschnitt Monatsbilanz
Stromspeicher). Der zusätzlich durch ein Batteriesystem anrechenbare PV-Strom Q
PV,Bat,m
kann wie folgt
bestimmt werden
14
.
5
+,#G9N#'
%JK*
O
5
+,#'
P5
+,#I67B#'
5
67#'
P5
+,#I67B#'
5
G9N
-Q
R
S
-T
G9N
%JK*
O
5
+,#B668U()#'
5
VW(8#'
5
G9N
-Q
R
S
-T
G9N
?
mit
QPV,m
kWh/M
Monatlich erzeugter Strom einer PV-Anlage.
QPV,self,m
kWh/M
Monatlicher Teil des erzeugten PV-Stroms der im Gebäude selbst genutzt wird.
QPV,feed-in,m
kWh/M
Monatlicher Teil des erzeugten PV-Stroms der in das öffentliche Netz eingespeist wird.
Qgrid,m
kWh/M
Monatlicher Teil des Gesamtstrombedarfs der über das Stromnetz bezogen wird.
QPV,Bat,m
kWh/M
Monatlich zusätzlich anrechenbarer PV-Stromanteil durch ein Batteriesystem.
dM
d/M
Tage im Monat
QBat
kWh
Speicherkapazität des Stromspeichers
hBat
-
Speicherwirkungsgrad
14
Bei der Bilanz von zusätzlich durch ein Batteriesystem anrechenbarem PV-Strom Q
PV,Bat,m
müssen der sich
ergebende Netzbezug Q
grid
und der eingespeiste PV-Strom Q
PV,feed-in
für die Gesamtbilanz der PV-Anlage nach
Einbeziehung von Q
PV,Bat,m
neu bestimmt werden sofern diese ausgewiesen werden sollen.
Vereinfachte Bestimmung der Eigenstromnutzung
von PV-Anlagen in einer Monatsbilanz für Wohngebäude
Quelle: Dr. Markus Lichtmeß Seite 10 von 39
Über alle Monate i aggregiert kann der jährliche Anteil des selbst genutzten Stroms einer PV-Anlage
QPV,self,a
unter Berücksichtigung der Stromspeicherung über ein Batteriesystem wie folgt bestimmt werden.
5
+,#I67B#9
%
X
5
+,#I67B#'#(
(
A
X
5
+,#G9N#'#(
(
?
Für die weitere Bewertung werden folgende Begrifflichkeiten definiert:
Tab. 4
Begrifflichkeiten
Bezeichnung
Symbol
Beschreibung
Gebäudestrombedarf
consumed
Qel
Gesamtstrombedarf des Gebäudes für die betrachteten
Energieanwendungen.
PV-Strom
solar
QPV
Über eine PV-Anlage erzeugte Strommenge.
Eigenstromnutzung
self use
QPV,self
Erzeugte Strommenge einer PV-Anlage die im Gebäude
direkt verbraucht wird.
Feed-In
feed-in
QPV,feed-in
Erzeugte Strommenge einer PV-Anlage, die in das
öffentliche Netz eingespeist wird.
Eigenstromnutzungsanteil
self usage
fPV,self
Anteil des erzeugten PV-Stroms der im Gebäude direkt
verbraucht wird.
Einspeisungsanteil
feed-in
fPV,feed-in
Anteil des erzeugten PV-Stroms, der in das öffentliche Netz
eingespeist wird.
Eigenbedarfsdeckungsanteil
cover own needs
febd
Anteiliger Gesamtstrombedarf der durch die PV-Anlage
direkt gedeckt wird.
Netzbezug
power grid
Qgrid
Teil des Gesamtstrombedarfs der über das öffentliche
Stromnetz bezogen wird.
Anteiliger Netzbezug
fgrid
Anteil des Gesamtstrombedarfs der über das öffentliche
Stromnetz bezogen wird.
Anwendung auf reale Gebäude und Anlagen
Die Methode simplified monthly wird im Vergleich zur einfachen Monatsbilanz und zu realen
Messergebnissen von Gebäuden mit PV-Anlagen gegenübergestellt und teilt sich in drei Bereiche auf.
1. Tagesvergleich, mehrtägige Messreihe (Passivhaus 200 m²)
2. Jahresauswertung 1, Messreihe über 1 Jahr (KfW 55, 220 m²)
3. Jahresauswertung 2, Messreihe über 3 Jahre (Passivhaus 200 m²)
Im ersten Tagesvergleich werden die Messdaten einer Woche ausgewertet und mit dem jeweiligen
Verfahren bewertet. Dadurch kann der Einfluss kurzer Zeiträume überprüft werden und ein detaillierter
Vergleich auf Tagesebene erfolgen.
Bei der ersten Jahresauswertung wird die Anwendung auf den reinen Haushaltsstromverbrauch eines
Einfamilienhauses ausgewertet. In diesem Gebäude ist zwar eine Wärmepumpe installiert, die
Zählerkonfiguration der PV-Anlage mit Eigenbedarfsvorrang erfolgte jedoch nicht für die Wärmepumpe
15
,
sondern nur für den Hauptzähler.
15
Gebäudestandort Deutschland; wird ein vergünstigter Wärmepumpentarif in Anspruch genommen, erfolgt der
Anschluss der Wärmepumpe i. d. R. direkt an das öffentliche Netz. In dem Fall ist die Nutzung von selbst
erzeugtem PV-Strom messtechnisch nicht erfasst.
Vereinfachte Bestimmung der Eigenstromnutzung
von PV-Anlagen in einer Monatsbilanz für Wohngebäude
Quelle: Dr. Markus Lichtmeß Seite 11 von 39
Bei der zweiten Jahresauswertung wird die Anwendung auf den Haushalts- und Technikstrom angewandt. In
dem ausgewerteten Passivhaus wird eine Luft-Wasser-Wärmepumpe ohne Nutzung des Sondertarifs
betrieben, weshalb deren Energieverbrauch im Gesamtstrom erfasst ist. Der selbst genutzte Anteil des
erzeugten PV-Stroms kann hier auch für die Wärmepumpe genutzt werden. Die Auswertung erfolgt über 3
Jahre, weil im Betrachtungszeitraum eine hohe Stromeinsparung durch Erkenntnisse aus dem Monitoring-
Projekt erzielt wurde und dieser einen Einfluss auf die erzielbare Eigenbedarfsdeckung hat.
1. Tagesvergleich, mehrtägige Messreihe
Zur Überprüfung des Modells wird neben dem Verfahren simplified monthly auch ein Verfahren simplified
daily betrachtet und ausgewertet. Das Verfahren simplified daily entspricht vom Grundsatz her dem
Verfahren simplified monthly, die Bilanz wird jedoch für jeden einzelnen Tag durchgeführt, um den Einfluss
der Mittelung über mehrere Tage zu bewerten. Beim betrachteten Gebäude handelt es sich um ein
Passivhaus mit folgenden Eckdaten.
Tab. 5
Eckdaten des Passivhauses als nearly zero-energy building
16
.
Bereich
Bemerkung
Beheizte Wohnfläche
200 m²
Thermische Solaranlage
6 m² Vakuum-Röhrenkollektor, 215° Süd, 20° Neigung
Größe der PV-Anlage
5,28 kWp, 215° Süd, 20° Neigung
Berechneter Heizwärmebedarf, nachweis
13,5 kWh/(m²a) gemäß PHPP; bei Standardbedingungen
Berechneter Heizwärmebedarf, real
16,8 kWh/(m²a) gemäß PHPP; bei 21°C und 1,6 W/m²
interne Wärmequellen
Installierte Leistung der L-WP
2,3 kW bei -15°C, monovalenter Betrieb
System zur Trinkwarmwassererwärmung
Durchlaufprinzip im Pufferspeicher
Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung
SFP = 0,39 Wh/(m³/h) bei VAuslegung
Defroster
Sole-Erdreich-Wärmetauscher als Bohrung ausgeführt, 40 m
Energiemodell Messwerte
Es werden Detailmessungen der EVU-Zähler im Zeitraum vom 04. März bis zum 11. März 2015
ausgewertet. Tab. 6 zeigt die gemessenen Verbräuche und die sich ergebenen Anteile der
Eigenstromnutzung und der Einspeisung.
Tab. 6
Messreihe eines Passivhauses über mehrere Tage.
MEASURED
CONSUMED
kWh
SOLAR (PV)
kWh
SELF USE
kWh
FEED-IN
kWh
POWER GRID
kWh
SELF
USAGE %
FEED-IN
%
04.03.2015
8,6
14,1
2,0
12,1
6,7
14,0%
86,0%
05.03.2015
7,7
18,2
1,8
16,4
5,9
9,8%
90,2%
06.03.2015
8,4
20,9
2,9
18,0
5,5
13,9%
86,1%
07.03.2015
7,1
13,4
3,6
9,8
3,6
26,7%
73,3%
08.03.2015
8,2
17,5
4,6
12,9
3,6
26,5%
73,5%
09.03.2015
5,8
22,2
2,0
20,2
3,8
8,9%
91,1%
10.03.2015
8,3
4,4
2,7
1,7
5,6
60,9%
39,1%
11.03.2015
5,3
24,5
2,2
22,2
3,1
9,1%
90,9%
S
59,5
135,0
21,7
113,3
37,8
16,1%
83,9%
16
Lichtmeß, Markus. Evaluierung eines Nullenergie-Passivhauses, Weiterbildung für Architekten und beratende
Ingenieure, Modul 16. Luxemburg: Goblet Lavandier & Associés, 2013.
Vereinfachte Bestimmung der Eigenstromnutzung
von PV-Anlagen in einer Monatsbilanz für Wohngebäude
Quelle: Dr. Markus Lichtmeß Seite 12 von 39
Der Gesamtstromverbrauch des Gebäudes beinhaltet einen Bandlastanteil (in der Abbildung als always on
gekennzeichnet). Im vorliegenden Fall beträgt die Bandlast 109 W, die sich aus folgenden Komponenten
zusammensetzt: Lüftungsanlage (40 W), Regelung (14 W), Heizkreispumpe (13 W), Standby für andere
technische Systeme und Sonnenschutzsteuerung (22 W), Smart-Meter (4 W), sowie Standby für Systeme
der allgemeinen Nutzung (Telefonanlage, Router, etc. mit 16 W) zusammensetzt. Die regelmäßig
auftretenden Verbrauchsspitzen werden durch die Wärmepumpe verursacht, die am 05. März abgeschaltet
wurde. Die kleinen wiederkehrenden Verbrauchsspitzen werden durch Schaltvorgänge des Kühlschranks
verursacht. Der Rest entspricht dem nutzungsbedingten Verbrauch.
Abb. 7
Oben: Energieplot der gemessenen Verbrauchsdaten; unten: Energieplot der gemessenen
Eigenstromnutzung und Einspeisung, sowie der Netzbezug.
Zum direkten Vergleich mit den Ergebnissen der vereinfachten Bilanzmodelle werden die
Energieverbrauchsdaten zu Tageswerten zusammengefasst. Folgendes Bild zeigt die Ergebnisse einer
Tagesbilanz hinsichtlich des Netzbezugs, der Eigenstromnutzung und der Einspeisung.
Abb. 8
Grafische Darstellung der Messdaten als Tageswerte.
0
1000
2000
3000
4000
00:00:00
05:30:00
11:00:00
16:30:00
22:00:00
03:30:00
09:00:00
14:30:00
20:00:00
01:30:00
07:00:00
12:30:00
18:00:00
23:30:00
05:00:00
10:30:00
16:00:00
21:30:00
03:00:00
08:30:00
14:00:00
19:30:00
01:00:00
06:30:00
12:00:00
17:30:00
23:00:00
04:30:00
10:00:00
15:30:00
21:00:00
02:30:00
08:00:00
13:30:00
19:00:00
W
ENERGY MODEL - MEASURED, ENERGY BALANCE
CONSUMED ALWAYS ON SOLAR (PV)
0
1000
2000
3000
4000
00:00:00
05:30:00
11:00:00
16:30:00
22:00:00
03:30:00
09:00:00
14:30:00
20:00:00
01:30:00
07:00:00
12:30:00
18:00:00
23:30:00
05:00:00
10:30:00
16:00:00
21:30:00
03:00:00
08:30:00
14:00:00
19:30:00
01:00:00
06:30:00
12:00:00
17:30:00
23:00:00
04:30:00
10:00:00
15:30:00
21:00:00
02:30:00
08:00:00
13:30:00
19:00:00
W
ENERGY MODEL - MEASURED, INTERACTION PV
POWER GRID 63,5% SELF USE 16,1% FEED-IN 83,9%
0
5
10
15
20
25
30
04.03.2015 05.03.2015 06.03.2015 07.03.2015 08.03.2015 09.03.2015 10.03.2015 11.03.2015
kWh
ENERGY MODEL - MEASURED
POWER GRID SELF USE FEED-IN CONSUMED
Vereinfachte Bestimmung der Eigenstromnutzung
von PV-Anlagen in einer Monatsbilanz für Wohngebäude
Quelle: Dr. Markus Lichtmeß Seite 13 von 39
Energiemodell simplified daily
Die Übertragung des Verfahrens simplified monthly in die tägliche Betrachtung simplified daily erfolgt auch
über Tagesgewichtungsfaktoren gemäß Tab. 7. Im Gegensatz zum Verfahren simply monthly wird die
gemessene Tagesumme des erzeugten PV-Stroms für einen typischen Tagesverlauf bestimmt. Dafür werden
die monatlichen Anpassungsfaktoren aus Tab. 3 in einen Typischtag überführt. Es wurden jeweils die über
alle Orientierung gemittelten Zeitanteile gelegt. Dieser Ansatz kann beim Verfahren simplified monthly für
eine Monatsbilanz nicht angewendet werden, da die einzelnen Tageswerte der Stromerzeugung in der
Monatsbilanz nicht bekannt sind. Der tägliche Gesamtstromverbrauch wird als 24 h-Mittelwert abgebildet.
Die Summe der Faktoren an einem Tag entspricht dem Zeitanteil mit relevanter Einstrahlung. In Abb. 9
werden die Faktoren zudem grafisch dargestellt.
Tab. 7
Tagesgewichtungsfaktoren zur Aufteilung des PV-Stroms für einen typischen Tag im Monat.
Hour
Jan
Feb
Mar
Apr
May
Jun
Jul
Aug
Sep
Oct
Nov
Dec
0
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
1
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
2
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
3
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
4
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
5
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,12
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
6
0,00
0,00
0,00
0,00
0,63
1,00
1,00
0,06
0,00
0,00
0,00
0,00
7
0,00
0,00
0,00
0,77
1,00
1,00
1,00
1,00
0,20
0,00
0,00
0,00
8
0,00
0,00
0,71
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
0,00
0,00
0,00
9
0,00
0,73
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
0,95
0,00
0,00
10
0,26
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
0,58
0,00
11
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
0,89
12
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
13
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
0,89
14
0,26
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
0,58
0,00
15
0,00
0,73
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
0,95
0,00
0,00
16
0,00
0,00
0,71
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
0,00
0,00
0,00
17
0,00
0,00
0,00
0,77
1,00
1,00
1,00
1,00
0,20
0,00
0,00
0,00
18
0,00
0,00
0,00
0,00
0,63
1,00
1,00
0,06
0,00
0,00
0,00
0,00
19
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,12
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
20
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
21
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
22
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
23
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
24
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
Day
3,5
6,5
8,4
10,5
12,3
13,2
13,0
11,1
9,4
6,9
4,2
2,8
Abb. 9
Tagesgewichtungsfaktoren zur Aufteilung des PV-Stroms für einen typischen Tag im Monat.
Der Summenwert des täglich gemessenen PV-Stroms wird mit den Tagesgewichtungsfaktoren aufgeteilt und
anteilig jeweiligen Stunden zugeordnet. Abb. 10 zeigt die Faktoren.
Jan
Mar
May
Jul
Sep
Nov
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
MONTHLY DAY-WEIGHTED-FACTORS PV
0,00-0,20 0,20-0,40 0,40-0,60
HOUR
Vereinfachte Bestimmung der Eigenstromnutzung
von PV-Anlagen in einer Monatsbilanz für Wohngebäude
Quelle: Dr. Markus Lichtmeß Seite 14 von 39
Abb. 10
Tagesgewichtungsfaktoren zur Aufteilung des erzeugten PV-Stroms.
Bewertet mit der täglich erzeugten Strommenge der PV-Anlage ergibt sich in Abb. 11 folgender Verlauf, der
die Stromerzeugung als typischer Tagesgang wiedergeben soll.
Abb. 11
Über Tagesgewichtungsfaktoren erzeugte mittlere Erzeugungsstruktur von PV-Strom.
Der gemessene tägliche Gesamtstromverbrauch wird als 24 h-Mittelwert gebildet. Die dafür zu
verwendenden Tagesgewichtungsfaktoren sind in Abb. 12 dargestellt.
Abb. 12
Tagesgewichtungsfaktoren für den Gesamtstrombedarf.
Im Verfahren simplified daily muss der mittlere tägliche Gesamtstromverbrauch nicht in einen Teil mit und
ohne relevante solaren Einstrahlung aufgeteilt werden, da der Tagesgang des erzeugten Solarstroms bereits
abgebildet wurde und die Verrechnung direkt erfolgen kann.
Abb. 13
24 h-Mittelwert für den täglichen Gesamtstrombedarf.
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
00:00:00
05:30:00
11:00:00
16:30:00
22:00:00
03:30:00
09:00:00
14:30:00
20:00:00
01:30:00
07:00:00
12:30:00
18:00:00
23:30:00
05:00:00
10:30:00
16:00:00
21:30:00
03:00:00
08:30:00
14:00:00
19:30:00
01:00:00
06:30:00
12:00:00
17:30:00
23:00:00
04:30:00
10:00:00
15:30:00
21:00:00
02:30:00
08:00:00
13:30:00
19:00:00
FACTOR
0
1000
2000
3000
4000
00:00:00
05:30:00
11:00:00
16:30:00
22:00:00
03:30:00
09:00:00
14:30:00
20:00:00
01:30:00
07:00:00
12:30:00
18:00:00
23:30:00
05:00:00
10:30:00
16:00:00
21:30:00
03:00:00
08:30:00
14:00:00
19:30:00
01:00:00
06:30:00
12:00:00
17:30:00
23:00:00
04:30:00
10:00:00
15:30:00
21:00:00
02:30:00
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13:30:00
19:00:00
W
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
00:00:00
05:30:00
11:00:00
16:30:00
22:00:00
03:30:00
09:00:00
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20:00:00
01:30:00
07:00:00
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01:00:00
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10:00:00
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08:00:00
13:30:00
19:00:00
FACTOR
0
100
200
300
400
00:00:00
05:20:00
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16:00:00
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00:00:00
05:20:00
10:40:00
16:00:00
21:20:00
02:40:00
08:00:00
13:20:00
18:40:00
00:00:00
05:20:00
10:40:00
16:00:00
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00:00:00
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21:20:00
02:40:00
08:00:00
13:20:00
18:40:00
W
Vereinfachte Bestimmung der Eigenstromnutzung
von PV-Anlagen in einer Monatsbilanz für Wohngebäude
Quelle: Dr. Markus Lichtmeß Seite 15 von 39
Übertragen auf das Energie-Bilanzmodell ergibt sich folgende Energiestruktur (vgl. Abb. 14). Der
Eigenstromnutzungsanteil
fPV,self!!
beträgt 16,5 % verglichen mit der realen Messung 16,1 %. Der
Eigenbedarfsdeckungsanteil
febd!
liegt bei 37,4 %, der Messwert liegt bei 36,5 %.
Abb. 14
oberes Bild: Energieplot der umgeformten Verbrauchsdaten; unteres Bild: Energieplot der umgeformten
Eigenstromnutzung und Einspeisung, sowie der Netzbezug.
Aggregiert man die Berechnungswerte zum jeweiligen Tageswert ergibt sich eine ähnliche Ausprägung der
Bilanzstruktur wie auch bei der Messung (vgl. Abb. 8).
Abb. 15
Bilanzstruktur des Energiemodells simplified daily.
0
1000
2000
3000
4000
00:00:00
05:30:00
11:00:00
16:30:00
22:00:00
03:30:00
09:00:00
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20:00:00
01:30:00
07:00:00
12:30:00
18:00:00
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16:00:00
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14:00:00
19:30:00
01:00:00
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23:00:00
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10:00:00
15:30:00
21:00:00
02:30:00
08:00:00
13:30:00
19:00:00
W
ENERGY MODEL -SIMPLIFIED DAILY, ENERGY BALANCE
CONS U MED
ALWAYS ON
SOLAR (PV)
0
1000
2000
3000
4000
00:00:00
05:30:00
11:00:00
16:30:00
22:00:00
03:30:00
09:00:00
14:30:00
20:00:00
01:30:00
07:00:00
12:30:00
18:00:00
23:30:00
05:00:00
10:30:00
16:00:00
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14:00:00
19:30:00
01:00:00
06:30:00
12:00:00
17:30:00
23:00:00
04:30:00
10:00:00
15:30:00
21:00:00
02:30:00
08:00:00
13:30:00
19:00:00
W
ENERGY MODEL -SIMPLIFIED DAILY, INTERACTION PV
POWER GRID 62,5%
SELF USE 16,5%
FEED-IN 83,5%
0
5
10
15
20
25
30
04.03.2015 05.03.2015 06.03.2015 07.03.2015 08.03.2015 09.03.2015 10.03.2015 11.03.2015
kWh
ENERGY MODEL - SIMPLIFIED DAILY
POWER GRID SELF USE FEED-IN CONSUMED
Vereinfachte Bestimmung der Eigenstromnutzung
von PV-Anlagen in einer Monatsbilanz für Wohngebäude
Quelle: Dr. Markus Lichtmeß Seite 16 von 39
Energiemodell simplified monthly
Für das Modell simplified monthly werden die Messdaten für den Gesamtstromverbrauch und den gesamt
erzeugten Solarstrom als Summenwerte über den gesamten Betrachtungszeitraum als Eingangsparameter
genutzt. Gemäß dem in Abschnitt Energiemodell simplified monthly vorgestellten Modell wird zuerst der
Gesamtstrombedarf des Gebäudes in einen Anteil innerhalb und außerhalb des Zeitfensters mit relevanter
Einstrahlung aufgeteilt. Die Bilanz und die Gewichtungsfaktoren werden in den folgenden Diagrammen
täglich dargestellt, um einen direkten Vergleich mit den realen Messungen zu ermöglichen. Dazu wird auch
der Gesamtstrombedarf der PV-Anlage auf einen typischen Tag bezogen. Abb. 16 zeigt die
Tagesgewichtungsfaktoren zur Bestimmung des Gesamtstrombedarfs und des PV-Stroms im Zeitfenster mit
relevanter solarer Einstrahlung.
Abb. 16
Tagesgewichtungsfaktoren zur Aufteilung des erzeugten PV-Stroms und des Gesamtstrombedarfsr einen
typischen Tag im Monat.
Der im Zeitraum eines Monats erzeugte PV-Strom wird auf einen typischen Tag des betreffenden Monats
bewertet und hat an jedem Tag dieses Monats die gleiche Ausprägung.
Abb. 17
Aufteilung des erzeugten PV-Stroms für einen typischen Tag im Monat.
Der Gesamtstrombedarf wird als 24 h-Mittelwert abgebildet und anschließend in einen Teil mit und ohne
relevante solare Einstrahlung aufgeteilt. Abb. 18 zeigt die berechneten mittleren Ausprägungen des
Gesamtstrombedarfs für einen Typischtag im Monat.
Abb. 18
Aufteilung des Gesamtstrombedarfs in einen Bereich mit und ohne relevanter solarer Einstrahlung für einen
typischen Tag im Monat.
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
00:00:00
05:30:00
11:00:00
16:30:00
22:00:00
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09:00:00
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20:00:00
01:30:00
07:00:00
12:30:00
18:00:00
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10:30:00
16:00:00
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03:00:00
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14:00:00
19:30:00
01:00:00
06:30:00
12:00:00
17:30:00
23:00:00
04:30:00
10:00:00
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21:00:00
02:30:00
08:00:00
13:30:00
19:00:00
FACTOR
0
1000
2000
3000
4000
00:00:00
05:30:00
11:00:00
16:30:00
22:00:00
03:30:00
09:00:00
14:30:00
20:00:00
01:30:00
07:00:00
12:30:00
18:00:00
23:30:00
05:00:00
10:30:00
16:00:00
21:30:00
03:00:00
08:30:00
14:00:00
19:30:00
01:00:00
06:30:00
12:00:00
17:30:00
23:00:00
04:30:00
10:00:00
15:30:00
21:00:00
02:30:00
08:00:00
13:30:00
19:00:00
W
0
100
200
300
400
00:00:00
05:20:00
10:40:00
16:00:00
21:20:00
02:40:00
08:00:00
13:20:00
18:40:00
00:00:00
05:20:00
10:40:00
16:00:00
21:20:00
02:40:00
08:00:00
13:20:00
18:40:00
00:00:00
05:20:00
10:40:00
16:00:00
21:20:00
02:40:00
08:00:00
13:20:00
18:40:00
00:00:00
05:20:00
10:40:00
16:00:00
21:20:00
02:40:00
08:00:00
13:20:00
18:40:00
W
WITHOU T RELEVANT RADIATION
WITHIN RELEVANT RADIATION
Vereinfachte Bestimmung der Eigenstromnutzung
von PV-Anlagen in einer Monatsbilanz für Wohngebäude
Quelle: Dr. Markus Lichtmeß Seite 17 von 39
Übertragen auf das Energie-Bilanzmodell (vgl. Abb. 19) ergibt sich folgende Energie-Bilanzstruktur. Der
Eigenstromnutzungsanteil
fPV,self!!
beträgt 15,5 % verglichen mit der realen Messung 16,1 %. Der
Eigenbedarfsdeckungsanteil
febd!
liegt bei 35,1 %, der Messwert liegt bei 36,5 %.
Wie in folgenden Abbildungen ersichtlich wird im Verfahren simplified monthly ein typischer Tag je Monat
generiert und die Bilanz auf der Basis dieses Tages durchgeführt. Im direkten Vergleich zu den Messwerten
und zum Verfahren simplified daily nimmt die Energie-Bilanzstruktur dadurch für jeden Tag eines Monats die
gleiche Ausprägung an.
Abb. 19
Bilanzstruktur des Energiemodells simplified monthly.
0
1000
2000
3000
4000
00:00:00
05:30:00
11:00:00
16:30:00
22:00:00
03:30:00
09:00:00
14:30:00
20:00:00
01:30:00
07:00:00
12:30:00
18:00:00
23:30:00
05:00:00
10:30:00
16:00:00
21:30:00
03:00:00
08:30:00
14:00:00
19:30:00
01:00:00
06:30:00
12:00:00
17:30:00
23:00:00
04:30:00
10:00:00
15:30:00
21:00:00
02:30:00
08:00:00
13:30:00
19:00:00
W
ENERGY MODEL -SIMPLIFIED MONTHLY, ENERGY BALANCE
CONSUMED
ALWAYS ON
SOLAR (PV)
0
1000
2000
3000
4000
00:00:00
05:30:00
11:00:00
16:30:00
22:00:00
03:30:00
09:00:00
14:30:00
20:00:00
01:30:00
07:00:00
12:30:00
18:00:00
23:30:00
05:00:00
10:30:00
16:00:00
21:30:00
03:00:00
08:30:00
14:00:00
19:30:00
01:00:00
06:30:00
12:00:00
17:30:00
23:00:00
04:30:00
10:00:00
15:30:00
21:00:00
02:30:00
08:00:00
13:30:00
19:00:00
W
ENERGY MODEL -SIMPLIFIED MONTHLY, INTERACTION PV
POWER GRID 64,9%
SELF USE 15,5%
FEED- IN 84,5%
0
5
10
15
20
25
30
04.03.2015 05.03.2015 06.03.2015 07.03.2015 08.03.2015 09.03.2015 10.03.2015
kWh
ENERGY MODEL - SIMPLIFIED MONTHLY
POWER GRID SELF USE FEED-IN CONSUMED
Vereinfachte Bestimmung der Eigenstromnutzung
von PV-Anlagen in einer Monatsbilanz für Wohngebäude
Quelle: Dr. Markus Lichtmeß Seite 18 von 39
Energiemodelle Vergleich
Vergleichend zu den beiden im Detail dargestellten Verfahren wird hier auch die einfache Monatsbilanz
(monthly) gemäß Abschnitt Aktuelle Diskussion dargestellt. Das Verfahren monthly entspricht dem Ansatz
einer einfachen saldierten Monatsbilanz und liefert die geringste Übereinstimmung. Da der Stromverbrauch
über alle Tage im Beispiel unter dem liegt, der durch die PV-Anlage erzeugt wird, ergibt sich in der
einfachen Saldierung ein Eigenbedarfsdeckungsanteil
fedb!
von 100 %. Die Messung ergab einen Anteil von
lediglich 36,5 %. Das führt in der Monatsbilanz dazu, dass der anteilige Netzbezug f
grid
!
zu Null wird.
Überträgt man diesen Zusammenhang auf die energetische Bewertung im Energiepass, so wird ein zu
großer Anteil des erzeugten PV-Stroms zur Deckung des Gebäudestrombedarfs bewertet. Bezogen auf die
Darstellung im Energiepass führt das dazu, dass beim Einsatz einer Wärmepumpe als Wärmeerzeuger die
erneuerbare Stromgutschrift durch die PV-Anlage deutlich größer ist als in der Realität, was zu einer
bevorteilten Darstellung der Gesamt-Energieeffizienz durch diese Systemkombination führt. Dem würde
zwar der primärenergetische Ansatz entgegenwirken, die angerechnete Strommenge wäre aber auch bei der
primärenergetischen Verrechnung zu hoch.
Die Ergebnisse der Verfahren simplified daily und simplified monthly stimmen gut mit den Messwerten
überein und die Eigenstromnutzung kann realistischer abgebildet werden. Aufgrund des kleinen
Betrachtungszeitraums von mehreren Tagen kann hier noch keine Aussage über die Genauigkeit im
Jahresverlauf getroffen werden. Man kann jedoch davon ausgehen, dass sich einzelne Tagesnutzungseffekte
über ein Jahr besser ausgleichen.
Abb. 20
Vergleich der Bilanzansätze mit gemessenen Werten für den Zeitraum von mehreren Tagen.
21,7 22,3 20,9
59,5
113,3 112,7 114,2
75,5
37,8 37,2 38,6
0,0
0
50
100
150
200
MEASURED SIMPLIFIED DAILY SIMPLIFIED MONTHLY MONTHLY
kWh
COMPARE ENERGY MODELS
SELF USE FEED-IN POWER GRID
16,1%
83,9%
36,5%
63,5%
16,5%
83,5%
37,5%
62,5%
15,5%
84,5%
35,1%
64,9%
44,1%
55,9%
100,0%
0,0%
0%
20%
40%
60%
80%
100%
SELF USE FEED-IN COVER OWN NEEDS POWER GRID
COMPARE ENERGY MODELS
MEASURED SIMPLIFIED DAILY SIMPLIFIED MONTHLY MONTHLY
Vereinfachte Bestimmung der Eigenstromnutzung
von PV-Anlagen in einer Monatsbilanz für Wohngebäude
Quelle: Dr. Markus Lichtmeß Seite 19 von 39
2. Jahresauswertung, Messreihe über 1 Jahr
Zur Überprüfung mit Messwerten über längere Bilanzzeiträume wird das Verfahren simplified monthly auf
ein Niedrigenergiegebäude mit den folgenden Eckdaten angewandt. Die Auswertung erfolgt für den Haus-
und Allgemeinstromverbrauch, wodurch der Einfluss der individuellen Gebäudenutzung auf den selbst
genutzten Strom der PV-Anlage betrachtet werden kann. Bei dieser nutzungsabhängigen Auswertung sind
die größten Abweichungen zwischen den Messwerten und den Ergebnissen des Verfahrens simplified
monthly zu erwarten.
Tab. 8
Eckdaten des Niedrigenergiehauses.
Bereich
Bemerkung
Beheizte Wohnfläche
220 m²
Thermische Solaranlage
4 m² Flachkollektor, 215° Süd, 40° Neigung
Größe der PV-Anlage
7,3 kWp, 215° Süd, 35° Neigung
Installierte Leistung der L-WP
14,4 kW monoenergetischer Betrieb
System zur Trinkwarmwassererwärmung
Tank-im-Tank-System
Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung
SFP = 0,4 Wh/(m³/h)
Es werden auch hier die Verrechnungszähler des EVU für das Jahr 2014 ausgewertet. Die Messdaten werden
über einen Smart-Meter erfasst und zentral in einer Datenbank gespeichert. Hierbei ist zu beachten, dass
der Wärmepumpenstromverbrauch, der Stromverbrauch für
Hilfsenergie zur Wärmeerzeugung und der Stromverbrauch der
Lüftungsanlage nicht in der Bilanz enthalten sind und nur der
Haushalts- und Allgemeinstromverbrauch einfließen. Das ist dem
Umstand geschuldet, dass für die Wärmepumpe ein Sondertarif
gewährt wird und deshalb ein separater Anschluss mit Zählung
an das öffentliche Netz erfolgt (siehe nebenstehendes Bild). Dort
sind die Wärmepumpe, die Heizungspumpen und die
Lüftungsanlage angeschlossen. Der Zähler der PV-Anlage ist zur
vorrangingen Eigennutzung vor dem bivalenten Hauszähler
angeordnet. Dieser Vergleich bezieht sich demnach auf
nutzungsabhängige Verbrauchsstruktur.
Das Messintervall erfolgt in Echtzeit gemäß der Impulsauflösung der Zähler. Folgendes Bild zeigt die
Verbrauchsdaten beispielhaft für eine Woche, dargestellt im Frontend des Smart-Meters.
Abb. 21
Beispielhafte Darstellung der Messdaten für eine Sommerwoche über das Frontend des Smart-Meters.
Haus-
strom*
Wärme-
pumpe,*
Lüftung,*
Pumpen*
PV-
Anlage*
öffentliches*Netz*
Zähler*
Zähler*
Zähler*
Vereinfachte Bestimmung der Eigenstromnutzung
von PV-Anlagen in einer Monatsbilanz für Wohngebäude
Quelle: Dr. Markus Lichtmeß Seite 20 von 39
Übertragen auf die monatliche Betrachtung stellen sich die Verbrauchsdaten in Abb. 22 wie folgt dar. Der
Gesamtstromverbrauch (consumed) im Jahr 2014 beträgt 3.398 kWh. Der höhere Verbrauch im Dezember
wird durch die Installation und den Betrieb einer Sauna verursacht. Der geringe Verbrauch im August durch
eine längere urlaubsbedingte Abwesenheit.
Abb. 22
Gemessene Strombilanz des betrachteten Gebäudes für den Zeitraum 2014.
Betrachtet man die Auswertung zum Allgemeinstromverbrauch in einer Jahresauswertung zeigt sich, dass
der eigen genutzte Anteil des PV-Stroms im Verfahren simplified monthly mit 17,1 % im Vergleich zur
Messung 17,7 % etwas unterschätzt wird. Der über die Saldierung im Rahmen der monatlichen
Energiebilanz bestimmte Anteil führt mit 39,3 % hingegen zu einer deutlichen Überschätzung.
Abb. 23
Vergleich der Ergebnisse zum Eigenverbrauch über ein Jahr; dargestellt werden die Messwerte, die Ergebnisse
der Verfahren simplified monthly und die einfache Monatsbilanz.
Abb. 24
Vergleich der Ergebnisse zur Einspeisung über ein Jahr; dargestellt werden die Messwerte, die Ergebnisse der
Verfahren simplified monthly und die einfache Monatsbilanz.
0
100
200
300
400
500
JAN
FEB
MAR
APR
MAY
JUN
JUL
AUG
SEP
OCT
NOV
DEC
kWh
ENERGY MODEL -MEASURED
POWER GRID 65,8%
COVER OWN NEEDS 34,2%
CONSUMED
0
50
100
150
200
250
300
350
JAN
FEB
MAR
APR
MAY
JUN
JUL
AUG
SEP
OCT
NOV
DEC
kWh
ENERGY MODEL -INTERACTION PV
SELF USE (MEASU RED) 17,7%
SELF USE (SIMPLE) 17,1%
SELF USE (MONTH LY) 39,3%
0
200
400
600
800
1000
JAN
FEB
MAR
APR
MAY
JUN
JUL
AUG
SEP
OCT
NOV
DEC
kWh
ENERGY MODEL - INTERACTION PV
FEED-IN (MEASURED) 82,3%
FEED-IN (SIMPLIFIED MONTHLY) 82,9%
FEED-IN (MONTHLY) 60,7%
Urlaub
Installation einer Sauna
Vereinfachte Bestimmung der Eigenstromnutzung
von PV-Anlagen in einer Monatsbilanz für Wohngebäude
Quelle: Dr. Markus Lichtmeß Seite 21 von 39
Die Aufteilung des Gesamtstromverbrauchs in einen monatlichen Netzbezug (power grid) und die
Eigenstromnutzung (self use) zeigt die Unterschiede der Bilanzansätze für jeden Monat. Der gemessene
Anteil des jährlichen Netzbezugs liegt bei 65,8 %. Mit dem Verfahren simplified monthly wird der Netzbezug
mit 67 % um etwa 1,2 % überschätzt. Hierbei gilt zu beachten, dass nur der nutzungsabhängige Hausstrom
einbezogen wird und die 24 h-Mittelung des Stromverbrauchs für das Verfahren simplified monthly die
Verbrauchsstruktur (hier: berufstätig und vorwiegender Abendverbrauch) nur bedingt abgebildet wird. Setzt
man die monatliche Energiebilanz an, wird der jährliche Anteil des Netzbezugs mit 24 % hingegen deutlich
unterschätzt.
Abb. 25
Monatlicher Anteil des Netzbezugs und der Eigenstromnutzung für die Varianten Messung, simplified monthly
und die einfache Monatsbilanzierung.
0%
20%
40%
60%
80%
100%
JAN FEB MAR APR MAY JUN JUL AUG SEP OCT NOV DEC
BREAKDOWN CURRENT DELIVERY - MEASURED
SELF USE 34,2% POWER GRID 65,8%
0%
20%
40%
60%
80%
100%
JAN FEB MAR APR MAY JUN JUL AUG SEP OCT NOV DEC
BREAKDOWN CURRENT DELIVERY - SIMPLIFIED MONTHLY
SELF USE 33% POWER GRID 67%
0%
20%
40%
60%
80%
100%
JAN FEB MAR APR MAY JUN JUL AUG SEP OCT NOV DEC
BREAKDOWN CURRENT DELIVERY - MONTHLY
SELF USE 76% POWER GRID 24%
Vereinfachte Bestimmung der Eigenstromnutzung
von PV-Anlagen in einer Monatsbilanz für Wohngebäude
Quelle: Dr. Markus Lichtmeß Seite 22 von 39
3. Jahresauswertung, Messreihe über 3 Jahre
Als weiterer Vergleich wird die gemessene Strombilanz unter
Berücksichtigung von allen technischen Systemen über einen
längeren Zeitraum mit den Berechnungsergebnissen des
vereinfachten Bilanzverfahrens simplified monthly durchgeführt.
Für das in Tab. 5 bereits vorgestellte Passivhaus erfolgt die
vergleichende Auswertung über einen Zeitraum von 3 Jahren.
Auch hier sind die Basis der Auswertung die Zählerstände der
EVU-Zähler. Diese werden automatisiert erfasst und in eine
Datenbank überführt. Besonders an diesem Gebäude ist die
Tatsache, dass sich durch Erkenntnisse aus dem
Langzeitmonitoring große Energieeinsparungen im
Stromverbrauch erzielen ließen. So reduzierte sich der
Allgemeinstromverbrauch zum Beispiel von 3.761 kWh/a im Jahr
2012 auf 2.415 kWh/a im Jahr 2014 um etwa 36 %. Folgende Abbildung zeigt die Verbrauchsaufteilung der
betrachteten drei Jahre.
Abb. 26
Jahresenergieverbrauch für Gebäude (Allgemeinstrom und Technik), Wärmepumpe (Kompressor und
Ladepumpe) und Jahresenergieerzeugung der PV-Anlage.
In folgendem Diagramm sind die monatlichen Energiebilanzen der Verfahren simplified monthly und der
einfachen Monatsbilanz sowie der jeweils gemessene Wert der Eigenstromnutzung aufgetragen. Über den
Betrachtungszeitraum von 3 Jahren beträgt der selbst genutzte Anteil des PV-Stroms
(Eigenstromnutzungsanteil) 21,8 %. Der mit dem Verfahren simplified monthly ausgewiesene Anteil liegt
mit 23,5 % etwas über den Messwerten. Legt man die einfache Monatssaldierung als Bilanzansatz zugrunde
liegt der Deckungsanteil mit 46,4 % deutlich über dem gemessenen Wert. Betrachtet man die einzelnen
Monate, so liegt bei Anwendung des Verfahrens simplidied monthly über alle drei Jahre eine Überschätzung
der Eigenstromnutzung vor. Dies kann unter dem Hintergrund erklärt werden, dass dies jeweils der letzte
Monat der Heizperiode ist und sich an Tagen mit hoher solarer Einstrahlung der Betrieb der Wärmepumpe in
den Nachtzeitraum verlagert. Aufgrund der 24 h-Mittelwertbildung des Strombedarfs wird ein höherer Anteil
des Wärmepumpenstroms in den Zeitraum mit solarer Einstrahlung verschoben, wodurch sich eine höhere
Eigenstromnutzung ergibt.
3.761
2.560
2.416
1.423
1.853
1.151
5.455
5.076
5.276
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
2012
2013
2014
kWh
YEARLY ENERGY CONSUMPTION 2012 - 2014
BUILDING AND BUILDING SERVICES
HEAT PUMP
PHOTOVOLTAIC
Haus-
strom,+
Lüftung,+
Pumpen+
PV-
Anlage+
öffentliches+Netz+
Zähler+
Zähler+
Zähler+
Wärme-
pumpe+
+
Vereinfachte Bestimmung der Eigenstromnutzung
von PV-Anlagen in einer Monatsbilanz für Wohngebäude
Quelle: Dr. Markus Lichtmeß Seite 23 von 39
Abb. 27
Monatsdifferenzierter Vergleich der Ergebnisse zur Eigenstromnutzung von 2012 bis 2014; dargestellt werden
die Messwerte, die Ergebnisse der Verfahren simplified monthly und die einfache Monatsbilanz.
Betrachtet man die jährlichen Bilanzen separat, so zeigt sich dass der Eigenstromnutzungsanteil mit dem
Verfahren simplified montly zwischen 0,8 % und 2,7 % überschätzt wird. Der Unterschied zwischen der
Messung und dem Verfahren simplified monthly fällt verglichen zum einfachen Monatsbilanzverfahren
moderat aus und liegt im akzeptablen Bereich.
Abb. 28
Jahresdifferenzierter Vergleich zum Netzbezug und der Eigenstromnutzung für 2012, 2013 und 2014;
dargestellt werden die Messwerte, die Ergebnisse der Verfahren simplified monthly und die einfache Monatsbilanz.
Folgende Abbildungen zeigen die monatliche Aufteilung des Netzbezugs und des Eigenstromnutzungsanteils.
Die Messung ergibt über den Betrachtungszeitraum von drei Jahren einen Netzbezug von 73,8 %. Mit dem
Verfahren simplified monthly ergibt sich ein um etwa 2 % niedrigerer Netzbezug von 71,8 %. Die
Applizierung der einfachen Monatsbilanz führt auch hier zu einer deutlichen Unterschätzung von 44,3 %.
0
100
200
300
400
500
JAN
MAR
MAY
JUL
SEP
NOV
JAN
MAR
MAY
JUL
SEP
NOV
JAN
MAR
MAY
JUL
SEP
NOV
kWh
ENERGY MODEL -INTERACTION PV
SELF USE (MEASU RED) 21,8%
SELF USE (SIMPLIFIED MONTHLY) 23,5%
SELF USE (MONTHLY) 46,4%
27,5%
30,2%
58,8%
23,5%
25,8%
50,8%
27,6%
28,4%
57,4%
72,5%
69,8%
41,2%
76,5%
74,2%
49,2%
72,4%
71,6%
42,6%
0%
20%
40%
60%
80%
100%
MEAS UR ED
SIMPLIFIED
MONTHLY
MONTHLY
MEAS UR ED
SIMPLIFIED
MONTHLY
MONTHLY
MEAS UR ED
SIMPLIFIED
MONTHLY
MONTHLY
BREAKDOWN CURRENT DELIVERY
SELF USE
POWER G RID
2012
2014
2013
Vereinfachte Bestimmung der Eigenstromnutzung
von PV-Anlagen in einer Monatsbilanz für Wohngebäude
Quelle: Dr. Markus Lichtmeß Seite 24 von 39
Abb. 29
Monatlicher Anteil des Netzbezugs und der Eigenstromnutzung für die Varianten Messung, simplified monthly
und die einfache Monatsbilanzierung.
0%
20%
40%
60%
80%
100%
JAN
FEB
MAR
APR
MAY
JUN
JUL
AUG
SEP
OCT
NOV
DEC
JAN
FEB
MAR
APR
MAY
JUN
JUL
AUG
SEP
OCT
NOV
DEC
JAN
FEB
MAR
APR
MAY
JUN
JUL
AUG
SEP
OCT
NOV
DEC
BREAKDOWN CURRENT DELIVERY -MEASURED
SELF USE 26,2%
POWER GRID 73,8%
0%
20%
40%
60%
80%
100%
JAN
FEB
MAR
APR
MAY
JUN
JUL
AUG
SEP
OCT
NOV
DEC
JAN
FEB
MAR
APR
MAY
JUN
JUL
AUG
SEP
OCT
NOV
DEC
JAN
FEB
MAR
APR
MAY
JUN
JUL
AUG
SEP
OCT
NOV
DEC
BREAKDOWN CURRENT DELIVERY - SIMPLIFIED MONTHLY
SELF USE 28,2%
POWER GRID 71,8%
0%
20%
40%
60%
80%
100%
JAN
FEB
MAR
APR
MAY
JUN
JUL
AUG
SEP
OCT
NOV
DEC
JAN
FEB
MAR
APR
MAY
JUN
JUL
AUG
SEP
OCT
NOV
DEC
JAN
FEB
MAR
APR
MAY
JUN
JUL
AUG
SEP
OCT
NOV
DEC
BREAKDOWN CURRENT DELIVERY - MONTHLY
SELF USE 55,7% POWER GRID 44,3%
Vereinfachte Bestimmung der Eigenstromnutzung
von PV-Anlagen in einer Monatsbilanz für Wohngebäude
Quelle: Dr. Markus Lichtmeß Seite 25 von 39
Allgenmeine Anwendung des Rechenmodells
Bei der Berücksichtigung von Vor-Ort erzeugtem PV-Strom kann sich eine große Systemvielfalt ergeben.
Folgende Einflussfaktoren (keine erschöpfende Auflistung) können hinsichtlich der Höhe erzielbarer
Deckungsanteile durch eine PV-Anlage determiniert werden.
Allgemeine Einflussfaktoren
- Größe, Orientierung und Ausrichtung der PV-
Anlage
- Effizienz der technischen Anlagen (Pumpen)
- Vorhandensein einer Lüftungsanlage, deren
Stromeffizienz und Betriebsweise
- Speichermöglichkeit des PV-Stroms z.B. in
einem Batteriesystem
- Nutzerverhalten (Ganztagsnutzung, teilweise
berufstätig, komplett berufstätig, etc.)
- Effizienzniveau der Haushaltgeräte,
Beleuchtung, etc.
Bei Strom basierter Wärmeerzeugung
- Effizienz des Wärmeschutzes des Gebäudes
- Gewähltes System der Wärmeübergabe
(Fußbodenheizung, Heizkörper, Luftheizung)
- Die Effizienz der Wärmepumpe und hydraulische
Einbindung der Anlage
- Die Art der Energiequelle für Wärmepumpe
(Luft, Wasser, Erdreich, Eisspeicher)
- Personenzahl und dadurch bedingter
Trinkwarmwasserbedarf
- Vorhandensein einer thermischen Solaranlage
Für ein vereinfachtes Modell auf der Basis einer Monatsbilanzierung können daher nur typische Aussagen
abgeleitet werden. Individuelle und nutzungsspezifische Besonderheiten können im Detail nicht abgebildet
werden. Zur Einbeziehung einiger dieser Effekte wurde das Rechenwerkzeug P-CalC entwickelt, was im
folgenden Abschnitt vorgestellt wird.
Rechenwerkzeug P-CalC
Für die direkte Anwendung des Verfahrens simplified monthly wurde das Rechenwerkzeug P-CalC
entwickelt. Dort sind neben diesem Verfahren auch ein stündliches Bilanzverfahren und die Berücksichtigung
von Stromspeichern hinterlegt.
Im Rechenwerkzeug sind zur Einbeziehung des Haushaltsstrombedarfs monatliche und für die
Stundensimulation tägliche Lastprofile nach
17
einbezogen
18
. Die dort gefundenen Lastprofile wurden für die
praktische Nutzung in relative Angaben überführt. Verglichen mit dem Standardlastprofil H0 nach BDEW
19
zeigen sich ähnlich ausgeprägte relative Verlaufsformen
20
,
21
.
Beispielhaft werden aus dem Lastprofil eine typische Winter- und eine Sommerwoche in Abb. 30 dargestellt.
In der Abbildung ist zu beachten, dass auf der Ordinate der stündlich normierte Anteil des jährlichen
Hausstromverbrauchs angegeben ist. Für die Berechnung auf der Basis von Stundenwerten werden diese
detaillierten Lastprofile und ein stündlich aufgelöster Klimadatensatz für Luxemburg genutzt.
17
Quaschning, Volker. Systemtechnik einer Klimaverträglichen Elektrizitätserzeugung in Deutschland für das 21.
Jahrhundert. Düsseldorf: Fortschritt-Berichte VDI, Reihe 6, Nr. 437, 2000.
18
Lastprofile von www.volker-quaschning.de/downloads/index.php, Abrufdatum 13. März 2015. Es wurden Lastgänge
(Stundenwerte) des Referenzjahrs (1996) verwendet. Für die in P-CalC durchgeführte Analyse ist die Ausprägung
des Lastverlaufs entscheidend.
19
BDEW Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft e.V.
20
Sonntag: Morgenspitze höher, Samstag: Morgen- und Abendspitze ähnlich, Werktag: Abendspitze höher.
21
Dustin, Baranek, Alexander, Probst und Stefan, Tenbohlen. Optimierung der Lastprognose mittels Smart Meter
Daten. Stuttgart: Institut für Energieübertragung und Hochspannungstechnik (IEH) der Universität Stuttgart, 2013.
Vereinfachte Bestimmung der Eigenstromnutzung
von PV-Anlagen in einer Monatsbilanz für Wohngebäude
Quelle: Dr. Markus Lichtmeß Seite 26 von 39
Abb. 30
Lastprofil des Haushaltsstroms für eine Winter- und Sommerwoche nach17.
Abb. 31
Lastprofil des Haushaltsstroms im Jahresverlauf nach17.
Da im Rechenwerkzeug P-CalC neben der Stundenanalyse auch das Verfahren simplified monthly
implementiert ist, ist auch der monatliche Lastgang von Bedeutung. In Abb. 32 wird der Jahresgang des
Lastprofils dargestellt, wie er im Verfahren simplified monthly Anwendung findet. Der Stromverbrauch der
Lüftungsanlage und der sonstige Hilfsenergieverbrauch werden gleichmäßig in Abhängigkeit der
Monatsstunden aufgeteilt.
Abb. 32
Lastprofil des Haushaltsstroms im Jahresverlauf nach17, hier Monatsmittelwerte.
0,00%
0,01%
0,02%
0,03%
0,04%
0
12
0
12
0
12
0
12
0
12
0
12
0
12
Anteil am Jahresverbrauch
WOCHENVERLAUFSPROFIL HAUSHALTSSTROM
WINTERWOCHE
SOMMERWOCHE
0,00%
0,01%
0,02%
0,03%
0,04%
0730 1.460 2.190 2.920 3.650 4.380 5.110 5.840 6.570 7.300 8.030 8.760
Anteil am Jahresverbrauch
JAHRESVERLAUFSPROFIL HAUSHALTSSTROM
JAHRESVERLA UF
0%
2%
4%
6%
8%
10%
12%
JAN
FEB
MAR
APR
MAY
JUN
JUL
AUG
SEP
OCT
NOV
DEC
Anteil am Jahresverbrauch
JAHRESVERLAUFSPROFIL HAUSHALTSSTROM
JAHRESZEITVERLAUF
Vereinfachte Bestimmung der Eigenstromnutzung
von PV-Anlagen in einer Monatsbilanz für Wohngebäude
Quelle: Dr. Markus Lichtmeß Seite 27 von 39
Monatsbilanz Stromspeicher
Durch die Nutzung von Stromspeichern kann die Eigenbedarfsdeckung signifikant erhöht werden
22
, da der
täglich erzeugte Strom über einen längeren Zeitraum genutzt werden kann. Die Auslegung des
Stromspeichers erfolgt im Rechenmodell automatisiert. Die Grundlage für die Auslegung stellt die
Strombilanz für einen Typischtag dar, gemäß dem vereinfachten Bilanzverfahren simplified monthly.
Nach Aufstellung der Strombilanz wird der durchschnittlich tägliche Anteil des PV-Stroms der ins Netz
eingespeist wird
QPV,feed-in,day,i!!
mit dem noch erforderlichem Netzbezug
Qgrid,day,i!!
abgeglichen. Der selbst
genutzte PV-Strom
QPV,self!!
ist darin bereits berücksichtigt. Der noch erforderliche Netzbezug entspricht dem
täglichen Strombedarf, außerhalb relevanter solarer Einstrahlung. Für jeden Monat i wird der kleinste Wert
der beiden durchschnittlichen täglichen Stromanwendungen
QPV,feed-in,day,i!!
und
Qgrid,day,i!!
bestimmt. Über
alle einbezogenen Monate i betrachtet wird der größte vorkommende Wert als Auslegungsgrundlage für die
Speicherung herangezogen. Dabei wird unterstellt, dass höchstens die Strommenge zwischengespeichert
wird, die an einem typisch durchschnittlichen Tag über das Netz bezogen werden müsste. Für die Auslegung
werden nur die Monate April bis September mit hoher solarer Einstrahlung ausgewertet, um einer
Überdimensionierung des Stromspeichers, insbesondere bei großen Anlagen und dem Vorhandensein eines
Strom basierten Wärmeerzeugers, entgegenzuwirken.
Die darüber bestimmte Speichergröße wird mit einem Auslegungsfaktor von 0,9 bewertet, der die
Gleichzeitigkeit von Erzeugung und Verbrauch berücksichtigen soll. Für die weitere Energiebilanz wird der
Stromspeicher wird mit einer Effizienz von 85 %
23
berücksichtigt. Für die praktische Auslegung von
Stromspeichern ist zu beachten, dass die Speichergröße so gewählt werden sollte, dass die
Speicherkapazität den Strombedarf außerhalb des Zeitfensters mit solarer Einstrahlung nicht
überschreitet
24
.
5
G9N
%J.Y
(Z[U\
]
0#/-JK*
L
5
+,#B668U()#89:#(
5
VW(8#89:#(
M^
mit
QBat
kWh
Auslegungsgröße des Solarspeichers
QPV,feed-in,day,i
kWh/d
Durchschnittlich täglicher Anteil des erzeugten PV-Stroms, der in das
öffentliche Netz eingespeist wird, mit i von 4 bis 9 für die Monate April bis
September.
Qgrid,day,i
kWh/d
Durchschnittlich täglicher Anteil des Gesamtstrombedarfs der durch das
öffentliche Stromnetz bezogen wird, mit i für die Monate April bis September.
Tab. 9 zeigt ein Auslegungsbeispiel für ein Passivhaus mit folgenden Eckdaten: Wohnfläche 150 m
2
,
Haushaltsstrombedarf 2.000 kWh/a, Strombedarf für Lüftungsanlage und Hilfsenergie 480 kWh/a,
Wärmepumpe zum Heizen und zur Trinkwarmwassererwärmung mit einem Strombedarf von 2.100 kWh/a.
PV-Anlage südorientiert mit einer Leistung von 5 kWp und einem Jahresstromertrag von 5.000 kWh/a. Der
Stromspeicher wird mit 5,1 kWh ausgelegt.
22
Weniger, Johannes, Tjaden, Tjarko und Quaschning, Volker. Solare Unabhängigkeitserklärung. Berlin: Photovoltaik,
10/2012.
23
Vereinfacht wird ein mittlerer Wirkungsgrad aus Blei- (80 %) und Li-Ionen-Speicher (>90 %) angesetzt, Quelle:
http://de.statista.com/statistik/daten/studie/156269/umfrage/wirkungsgrade-von-ausgewaehlten-stromspeichern,
Abrufdatum 17. März 2015.
24
Johannes Weniger, Volker Quaschning. Begrenzung der Einspeiseleistung von netzgekoppelten
Photovoltaiksystemen mit Batteriespeichern. Kloster Banz, Bad Staffelstein, 2013.
Vereinfachte Bestimmung der Eigenstromnutzung
von PV-Anlagen in einer Monatsbilanz für Wohngebäude
Quelle: Dr. Markus Lichtmeß Seite 28 von 39
Tab. 9
Darstellung der Speicherauslegung für Passivhaus mit 150 m
2
und einer PV-Anlage mit 5 kWp.
Monat
Stromertrag
PV-Anlage
Ø Tagesstrom-
bedarf
davon
Eigenstrom
davon
Netzbezug
Feed-In
PV-Anlage
Speichergröße
Batterie
kWh/d
kWh/d
kWh/d
kWh/d
kWh/d
kWh
Jan
4,7
20,5
2,9
17,6
1,8
1,6
Feb
8,8
16,7
4,3
12,4
4,5
4,1
Mar
13,3
13,1
4,4
8,7
8,9
7,8
Apr
18,2
9,7
4,0
5,7
14,2
5,1
Mai
20,8
8,9
4,3
4,6
16,5
4,1
Jun
21,4
8,5
4,5
4,0
16,9
3,6
Jul
21,7
8,2
4,2
4,0
17,5
3,6
Aug
19,5
8,4
3,7
4,7
15,8
4,2
Sep
16,5
8,8
3,3
5,5
13,2
5,0
Okt
10,2
10,7
2,9
7,8
7,3
6,6
Nov
5,1
16,8
2,8
14,0
2,3
2,1
Dez
4,0
20,5
2,3
18,2
1,7
1,5
Jahr
5 000
4 580
1 319
3 261
3 681
April
Vergleich mit Simulationsrechnung
Allgemeinen Tendenzen hinsichtlich der Eigenbedarfsdeckungsanteile und zur Berücksichtigung von
Stromspeichern können mit dem vereinfachten Monatsbilanzverfahren auch für unterschiedliche
Ausprägungen von Verbräuchen und Leistungen der PV-Anlagen abgebildet werden.
Verglichen mit verschiedenen Auswertungen aus
25
und
24
zeigt sich, dass bei kleinen Anlagen und hohen
Gesamtstrombedarfen die Eigenbedarfsdeckung mit dem Verfahren simplified monthly überschätzt wird. Bei
größeren PV-Anlagen und bei geringeren Strombedarfen liegen die Ergebnisse wieder vergleichbar mit
anderen Auswertungen. Ein wesentlicher Grund hierfür ist die Mittelung von Bedarf und Erzeugung im
Monatsverfahren. Bei kleinen PV-Anlagen und hohen Strombedarfen bilanziert sich eine überwiegende
Deckung. In der Realität ergeben sich hier Unterschiede, da die Erzeugungs- und Bedarfssimultanität davon
abweicht. Die Unterschiede zu den Ergebnissen aus
25
können nicht vollständig
26
erklärt werden, da die
Berechnungsrandbedingungen nicht bekannt sind.
Mit der Software PV*SOL Premium lassen sich im PV-Anlagen in einer Auflösung von bis zu 15 Minuten
simulieren, der Eigenverbrauchsanteil bestimmen sowie die Auswirkungen von Stromspeichern bewerten.
Zum Vergleich wurden unterschiedliche Anlagenkombinationen mit PV*SOL Premium simuliert und den
Ergebnissen der Verfahren simplified monthly und der Stundenbilanz basierend aus dem Rechenwerkzeug P-
CalC gegenübergestellt. Analog zu den Lastprofilen im Stundenverfahren von P-CalC werden die in PV*SOL
Premium verwendeten Lastprofile dargestellt. Vergleicht man die Profile mit den aus
17
gefundenen, ergibt
sich eine tendenzielle Übereinstimmung der Verläufe, jedoch mit höheren Verbrauchsspitzen im Winter (vgl.
Abb. 30 und Abb. 32).
25
Quaschning, Volker. Speicherkonzepte für photovoltaische Eigenverbrauchanlagen. Berlin : 13. Forum Solarpraxis
Energy Storage Workshop, 22. November 2012.
26
Neben der Unschärfe die sich aus der einfachen Monatsbilanz ergibt, wird vermutet, dass sich Unterschiede zum
Teil auch aufgrund unterschiedlicher Lastprofile ergeben.
Vereinfachte Bestimmung der Eigenstromnutzung
von PV-Anlagen in einer Monatsbilanz für Wohngebäude
Quelle: Dr. Markus Lichtmeß Seite 29 von 39
Abb. 33
Lastprofil des Haushaltsstroms für eine Winter- und Sommerwoche aus PV*SOL Premium (Wohnkomplex).
Abb. 34
Lastprofil des Haushaltsstroms im Jahresverlauf aus PV*SOL Premium (Wohnkomplex).
Für die in Tab. 10 dargestellten Varianten wird eine Berechnung mit den Verfahren simplified monthly, dem
Stundenverfahren aus P-CalC und mit dem dynamischen Simulationsprogramm PV*SOL Premium
durchgeführt und jeweils der Eigenstromnutzungsanteil also der Anteil des erzeugten PV-Stroms der im
Gebäude direkt verbraucht wird bestimmt.
Tab. 10
Variantenmatrix für den Vergleich mit dynamischer Simulation.
Hausstrombedarf
Leistung der Photovoltaikanlage
1 kWp
2 kWp
3 kWp
4 kWp
5 kWp
6 kWp
7 kWp
8 kWp
9 kWp
10 kWp
1.730 kWh
3.458 kWh
5.185 kWh
6.913 kWh
8.760 kWh
Bei Betrachtung der Simulationsergebnisse mit PV*SOL Premium und den Ergebnissen des Verfahrens
simplified monthly zeigt sich die Diskrepanz, die bei kleinen PV-Anlagen und großen
Haushaltsstrombedarfen auftritt. Vergleicht man die Eigenstromnutzungsanteile des Verfahrens simplified
monthly mit denen des Stundenverfahrens ergeben sich ähnlich ausgeprägte Unterschiede; auch hier
werden bei kleinen PV-Anlagen und hohem Hausstrombedarfen durch das Verfahren simplified monthly
höhere Eigenstromnutzungsanteile ausgewiesen. Die in P-CalC hinterlegte Stundebilanz und die Ergebnisse
aus der dynamischen Simulation mit PV*SOL Premium liefern über alle Variante eine gute Übereinstimmung
(vgl. Abb. 37).
0,00%
0,01%
0,02%
0,03%
0,04%
0
12
0
12
0
12
0
12
0
12
0
12
0
12
Anteil am Jahresverbrauch
WOCHENVERLAUFSPROFIL HAUSHALTSSTROM - PV*SOL
WINTERWOCHE
SOMMERWOCHE
0%
2%
4%
6%
8%
10%
12%
JAN
FEB
MAR
APR
MAY
JUN
JUL
AUG
SEP
OCT
NOV
DEC
Anteil am Jahresverbrauch
JAHRESVERLAUFSPROFIL HAUSHALTSSTROM - PV*SOL
JAHRESZEITVERLA UF
Vereinfachte Bestimmung der Eigenstromnutzung
von PV-Anlagen in einer Monatsbilanz für Wohngebäude
Quelle: Dr. Markus Lichtmeß Seite 30 von 39
Abb. 35
Eigenstromnutzungsanteile im Vergleich. Es werden Ergebnisse der dynamischen Simulation basierend auf
PV*SOL Premium 7.5 mit den Ergebnissen der simplified monthly Methode gegenübergestellt.
Abb. 36
Eigenstromnutzungsanteile im Vergleich. Es werden Ergebnisse der Stundenbilanz mit den Ergebnissen der
simplified monthly Methode gegenübergestellt.
Abb. 37
Eigenstromnutzungsanteile im Vergleich. Es werden Ergebnisse der Stundenbilanz mit den Ergebnissen der
dynamischen Simulation basierend auf PV*SOL Premium 7.5 gegenübergestellt.
0%
20%
40%
60%
80%
100%
0% 20% 40% 60% 80% 100%
EIGENS TROMNUTZUNG
PV-SOL 7.5
EIGENS TROMNUTZUNG - SIMPLIFIED MON THLY
DIFFERENZ: SIMPLIFIED MONTHLY - PV*SOL 7.5
Household: 1730 kWh/a
Heatpump: 0 kWh/a
Build ing Services: 0 kWh/a
Househol d: 3458 kWh/a
Heatpump: 0 kWh/a
Build ing Services: 0 kWh/a
Househol d: 5185 kWh/a
Heatpump: 0 kWh/a
Build ing Services: 0 kWh/a
Househol d: 6913 kWh/a
Heatpump: 0 kWh/a
Build ing Services: 0 kWh/a
Household: 8640 kWh/a
Heatpump: 0 kWh/a
Build ing Services: 0 kWh/a
0%
20%
40%
60%
80%
100%
0% 20% 40% 60% 80% 100%
EIGENS TROMNUTZUNG
STUNDENVERFAHREN
EIGENSTROMSNUTZUNG - SIMPLIFIED MONTH LY
DIFFERENZ: SIMPLIFIED MONTHLY - STUNDENBILANZ
Househol d: 1730 kWh/a
Heatpump: 0 kWh/a
Buil ding Services: 0 kW h/a
Househo ld: 3458 kWh/a
Heatpum p: 0 kWh/a
Buil ding Services: 0 kW h/a
Househo ld: 5185 kWh/a
Heatpump: 0 kWh/a
Building Services: 0 kWh/a
Househol d: 6913 kWh/a
Heatpum p: 0 kWh/a
Buil ding Services: 0 kW h/a
Househo ld: 8640 kWh/a
Heatpump: 0 kWh/a
Building Services: 0 kWh/a
0%
20%
40%
60%
80%
100%
0% 20% 40% 60% 80% 100%
EIGENS TROMNUTZUNG
PV-SOL 7.5
EIGENSTROMNUTZUNG -STUNDENVERFAHREN
DIFFERENZ: STUNDENVERFAHREN - PV*SOL 7.5
Househol d: 1730 kWh/a
Heatpump : 0 kWh /a
Build ing Services: 0 kWh/a
Househol d: 3458 kWh/a
Heatpump: 0 kWh/a
Build ing Services: 0 kWh/a
Household: 5185 kWh/a
Heatpump: 0 kWh/a
Build ing Services: 0 kWh/a
Household: 6913 kWh/a
Heatpump : 0 kWh /a
Build ing Services: 0 kWh/a
Househol d: 8640 kWh/a
Heatpump : 0 kWh /a
Build ing Services: 0 kWh/a
Vereinfachte Bestimmung der Eigenstromnutzung
von PV-Anlagen in einer Monatsbilanz für Wohngebäude
Quelle: Dr. Markus Lichtmeß Seite 31 von 39
Variantenberechnung
Auf der Basis des vereinfachten Modells simplified monthly wurde das Rechenwerkzeug P-CalC entwickelt,
mit dem einige dieser Parameter bewertet werden und mögliche Eigenstromnutzungsanteile einer PV-Anlage
bestimmt werden können. Dabei kann unterschieden werden ob Haushalts- und Allgemeinstrom einbezogen
werden soll oder ob sich die Bilanz nur auf den anlagentechnischen Strombedarf bezieht. Die beschriebenen
Systeme werden für ein Beispielgebäude der Klasse A-A-A mit den folgenden Eckdaten
27
bestimmt:
-
Energiebezugsfläche 150 m²
-
Heizwärmebedarf 24,5 kWh/m
2
)
28
-
Wärmebedarf für Warmwasserbereitung 17,6 kWh/m
2
a
28
-
Lüftungsanlage 2,4 kWh/m²a
29
-
Hilfsenergie 0,8 1,7 kWh/m²a
30
Für die Auswertung wird folgende Variantenmatrix aufgestellt. In der ersten Variante wird eine Luft-Wasser-
Wärmepumpe als Wärmeerzeuger zum Heizen und zur Trinkwarmwassererwärmung angesetzt. Die zweite
Variante geht von einer nicht Strom basierten Wärmeerzeugung aus.
Die letzten beiden Varianten beziehen den Einfluss von Stromspeichern auf die Ausnutzbarkeit des PV-
Stroms mit ein. Die Eigenstromnutzungsanteile werden jeweils für unterschiedliche Haushaltsstrombedarfe
von 0 – 5.000 kWh/a bestimmt. Die Auswertung bei einem Haushalsstrombedarf von 0 entspricht der
Anrechnungssystematik im Luxemburger Energiepass, wenn für nZEB PV-Anlagen als erneuerbare
Energieerzeugung angesetzt werden.
Tab. 11
Variantenmatrix
Variante
PV-Anlage
Wärmepumpe
Hausstrom
Lüftungsanlage
Hilfsenergie
Speicher
P-W-H-L
ja
ja
ja
ja
nein
P-H-L
ja
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