Der maximale Eigenverbrauch des selbst erzeugten Sonnenstroms sorgt für eine hohe Wirtschaftlichkeit, weshalb man auch die kommende Elektromobilität mit in die Überlegungen bei der Systemkonfiguration einfließen lassen sollte.

PV-Anlage ohne Stromspeicher

Eine PV-Anlage ohne Stromspeicher ist durch den geringen Eigenverbrauchsanteil von ca. 30% kaum noch gefragt, obwohl sie wirtschaftlich mit ca. 5% Rendite immer noch eine lukrative Anlage solange es noch die Förderung durch das EEG gibt, ist.

PV-Anlage mit  Ladestation (ohne Stromspeicher)

PV-Anlage mit  Solarstromspeicher für die Nachversorgung des Haushalts

PV-Anlage mit  Solarstromspeicher und Ladestation

Zuerst zur Veranschaulichung ein Lastprofil das den mittleren Stromverbrauch je nach Aktivität aufzeigen.

Ein erweitertes Lastprofil mit dem Betrieb einer Wärmepumpe und Klimaanlage zum Vergleich.

Um die Grenzen der solaren Selbstversorgung aufzuzeigen, werden zunächst die Energieflüsse im tageszeitlichen und saisonalen Verlauf näher analysiert. Hierzu wurden Simulationsrechnungen für ein typisches PV-Speichersystem in einem Haushalt durchgeführt. Die folgenden Bilder  vergleichen den zeitlichen Verlauf der Energieflüsse eines PV-Speichersystems an zwei exemplarischen Tagen.

Zum einen ist die zeitliche Variation der elektrischen Last zu sehen, die durch die Nutzung einzelner Haushaltsgeräte zu unterschiedlichen Tageszeiten hervorgerufen wird. Zum anderen lassen sich Schwankungen in der Leistungsabgabe des PV-Systems beobachten, die insbesondere bei wechselnder Bewölkung entstehen. Aus der Darstellung lässt sich ablesen, wie imTagesverlauf die Last versorgt und die erzeugte PV-Leistung genutzt wird.

Tagesverlauf der Energieflüsse in einem Haushalt mit PV-Speichersystem zur Eigenversorgung an einem wolkenlosen Tag.

Tagesverlauf der Energieflüsse in einem Haushalt mit PV-Speichersystem zur Eigenversorgung an einem bewölkten Tag. An dem weitgehend unbewölkten Tag (erstes Bild) ist der Speicher zu Tagesbeginn vollständig entladen, weshalb der Verbrauch zunächst durch Strombezug aus dem Netz gedeckt wird. Nach Sonnenaufgang kann zeitweise die PV-Leistung durch die Last vollständig direkt verbraucht werden. Nachdem die PV-Erzeugung die Last übersteigt, wird der Batteriespeicher mit den Überschüssen geladen.

Dadurch steigt im Laufe des Vormittages der Batterieladezustand bis zum Maximalwert an. Die überschüssige PV-Leistung wird anschließend in das öffentliche Stromnetz eingespeist. Der Strombedarf am Mittag und Nachmittag kann vollständig durch die PV-Erzeugung versorgt werden. Nachdem die PV-Leistung am Abend die Haushaltslast unterschreitet, wird der Batteriespeicher entladen.

An dem wechselnd bewölkten Tag (zweites Bild) wird deutlich, dass der Batteriespeicher auch tagsüber zeitweise entladen werden kann, sofern die Last die Leistungsabgabe des PV-Systems überschreitet. Dies verdeutlicht, dass der tageszeitliche Verlauf der PV-Erzeugung und des Stromverbrauchs die Be- und Entladung des Batteriespeichers maßgeblich bestimmt. Im Vergleich zu dieser rein eigenversorgungsoptimierten Ladung des Batteriespeichers lässt sich durch Verschiebung der Batterieladung in die Mittagszeit zusätzlich auch die eingespeiste Leistung reduzieren.

Die monatliche Energiebilanz eines Einfamilienhaushalts mit einem PV-Speichersystem und einem jährlichen Strombedarf von 4 MWh (4000 kWh) ist im folgenden Bild beispielhaft dargestellt. Während der Stromverbrauch in den Wintermonaten gegenüber dem Verbrauch in den Sommermonaten leicht ansteigt, fällt die saisonale Variabilität der Solarstromerzeugung deutlich größer aus. Dadurch kann im Winter zwar ein Großteil der erzeugten PV-Energie direkt verbraucht oder zur Batterieladung genutzt werden.

Allerdings lässt sich auch nur ein geringer Anteil des Stromverbrauchs durch das PV-Speichersystem versorgen. Dahingegen kann das PV-Speichersystem in den Sommermonaten maßgeblich zur Stromversorgung beitragen. Dies ist jedoch damit verbunden, dass die Netzeinspeisung der solaren Überschüsse vergleichsweise hoch ist.

Die Bewertung des Nutzens eines PV-Speichersystems sollte anhand einerJahresbilanz der Energieflüsse erfolgen. Das Bild veranschaulicht die jahresmittlere Energiebilanz eines exemplarischen Haushalts mit PV-Speichersystem. Daraus geht neben der Nutzung der PV-Energie auch die Deckung des Strombedarfs hervor. Beim betrachteten Beispiel können jeweils etwa 30% der erzeugten PV-Energie direkt verbraucht oder zwischengespeichert werden. Der Anteil des Direkt-verbrauchs und der Anteil der Batterieladung an der erzeugten PV-Energie ergeben zusammen den sogenanntenEigenverbrauchsanteil. Daraus resultiert in diesem Fall ein jahresmittlerer Eigenverbrauchsanteil von knapp 60%. Somit werden nur noch gut 40% des jährlichen PV-Ertrags in das Stromnetz eingespeist.

Durch die direkt verbrauchte PV-Energie können 30% des Jahresverbrauchs an elektrischer Energie zeitgleich gedeckt werden. Etwa ein Viertel des Bedarfs kann durch die Entladung des Batteriespeichers versorgt werden. Die Summe aus dem Anteil des Direktverbrauchs und dem Anteil der Batterieentladung an der Deckung des Strombedarfs wird auch als Autarkiegrad bezeichnet. In diesem Beispiel liegt das Jahresmittel des Autarkiegrads bei 56%. Mit typischen PV-Speichersystemen lässt sich somit mehr als die Hälfte des jährlichen Strombedarfs zeitgleich versorgen. Der verbleibende Strombedarf wird durch das öffentliche Stromnetz bereitgestellt.

Die zuvor dargestellten Ergebnisse sind für ein PV-Speichersystem mit einer Nennleistung von 4 kWp und einer nutzbaren Speicherkapazität von 4 kWh angegeben. Darüber hinaus beeinflusst die Größe des PV-Systems den jahresmittleren Eigenverbrauchsanteil und Autarkiegrad, wie hier zu sehen ist. Je kleiner das PV-System ist, desto höher ist der Anteil der erzeugten PV-Energie, der zeitgleich durch die Last direkt verbraucht werden kann.

Daher fallen bei vergleichsweise kleinen PV-Systemen nur geringe Überschüsse an. Bei Vergrößerung des PV-Systems nehmen die Überschüsse zu, sodass der Anteil der direkt verbrauchten PV-Energie sinkt. Auch der Anteil der zwischengespeicherten PV-Energie an der PV-Erzeugung ist von der PV-Nennleistung abhängig und sinkt tendenziell mit zunehmender PV-Systemgröße. Je größer das PV-System ist, desto kleiner fällt daher der Eigenverbrauchsanteil aus. Somit wird bei größeren PV-Systemen ein höherer Anteil der PV-Energie in das Netz eingespeist.