Eigenverbrauchs-Optimierung mit einem ZEV (Zusammenschluss zum Eigenverbrauch).

Der Bedarf an dekarbonisierter Energie als Antwort auf die Klimakrise hat internationale Anstrengungen zur Steigerung der installierten Kapazität erneuerbarer Energiequellen ausgelöst, die sich in verschiedenen Formen staatlicher Unterstützung und beispiellosen Senkungen der Produktionskosten niederschlagen. Vielerorts wird erwartet, dass dezentrale Energieressourcen die mit dem steigenden Stromverbrauch und dem Ausbau der Stromnetze verbundenen Kosten und Störungen eindämmen werden. Diese beiden Trends erklären das rasche Wachstum der weltweit installierten Kapazitäten, insbesondere bei der Solarenergie, welche die billigste und am einfachsten zu installierende, dezentrale erneuerbare Energiequelle ist. Die zunehmende Stromerzeugung aus erneuerbaren Energiequellen führt zu einer höheren Variabilität in der Versorgung. Daher werden Produktions- und Verbrauchs-Flexibilität für die Übertragungs- und Verteilungsnetzbetreiber als Ersatz für umfangreiche Netzinvestitionen immer wertvoller.

Verbrauchsflexibilität ist die Fähigkeit, den Stromverbrauch elektrischer Geräte zeitlich zu verschieben oder zu verändern. Der Eigenverbrauch ist ein regulatorischer Rahmen, der diese Verbrauchsflexibilität unterstützen soll, indem er den lokalen Verbrauch gegenüber dem Export fördert. Der Eigenverbrauch trägt zur Stabilität des Verteilernetzes bei, indem er einen Spannungsanstieg während der Erzeugungsspitzen der Photovoltaik (PV) vermeidet und dazu beiträgt, einen höheren Anteil der installierten PV am Strommix zu erreichen. Da vereinfachte Verwaltungsverfahren und neue Tarife den Eigenverbrauch des erzeugten Stroms zu einer rentablen Option gemacht haben, werden diese Anlagen zunehmend gefördert und erfreuen sich wachsender Beliebtheit. Sie fördern ein intelligentes Management von Elektrogeräten auf lokaler Ebene – das heisst in den eigenen vier Wänden, da die volle Nutzung der finanziellen Anreize für den Eigenverbrauch ein optimales Management des Haushaltsverbrauchs erfordert. Darüber hinaus wird der Wert dieser Energiemanagementsysteme, die zur Überwachung, Steuerung und Optimierung des Haushaltsverbrauchs eingesetzt werden, durch die steigenden Stromrechnungen der Endverbraucher erhöht. Dieser Trend ist auf die Elektrifizierung des Energieverbrauchs zurückzuführen, der traditionell durch fossile Brennstoffe gedeckt wird.

ZEV - Zusammenschluss zum Eigenverbrauch

Um ein Höchstmaß an Flexibilität zu erreichen, werden manchmal kombinierte PV-Batterie-Anlagen in Betracht gezogen, die jedoch in privaten Haushalten sowohl für individuelle als auch für gemeinsam genutzte Batteriesysteme sehr hohe oder gar unerschwingliche Zusatzkosten verursachen. Sowohl bei Wohngebäuden als auch bei Bürogebäuden sind neue Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen sehr gefragt. Die Steuerung von solchen Systemen in Wohngebäuden kann innerhalb eines ZEVs (Zusammenschluss zum Eigenverbrauch) und mit Verwendung eines geeigneten Energiemanagement Systems zur Optimierung des Eigenverbrauchs gut geregelt werden. Dies betrifft aber in erster Linie Neubauprojekte. Ohne ein ZEV ist es heute schwierig, einzelne Geräte so zu steuern, dass der Eigenverbrauch aus selbst produzierter Solarenergie zunimmt.

Elektrische Warmwasserbereiter.

Wie kann man den Eigenverbrauchs von Strom aus eigener Solaranlage erhöhen?
Tipp 6 - Warmwasseraufbereitungs-Analage.

Vorhersage Energieverbrauch (Studie).

Ist das Szenario für den Warmwasserabfluss genau bekannt, kann das Energiemanagementsystem genau vorhersagen, wann und wie viel Energie aus dem elektrischen Warmwasserbereiter verbraucht wird. Die Mengen schwanken saisonal nur geringfügig, wobei das gleiche Muster im Sommer in geringerem Umfang auftritt.

Bei der Studie geht es um die Steuerung eines elektrischen Warmwasserbereiters, um den selbst produzierten PV-Solarstrom zu verbrauchen. Mit einem Anteil von 12 % des gesamten europäischen Haushaltsstromverbrauchs für die Warmwasserbereitung im Jahr 2018 stellen elektrische Warmwassergeräte (mit und ohne Speicher) einen nicht zu vernachlässigenden Anteil der Stromrechnungen von Haushalten dar. Ein Gerätetyp, der von besonderem Interesse ist, sind elektrische Warmwasserbereiter, die Speicherkapazität in thermischer Form bieten. Aufgrund ihrer geringen Investitionskosten haben diese Speicher den Vorteil, dass sie in verschiedenen Ländern bereits weit verbreitet sind. 2014 waren 57 Millionen Geräte installiert, was 23 % des gesamten europäischen Bestands an Warmwasserbereitern entspricht. Daher sind sie ein sehr geeignetes Gerät für die Steuerung im Rahmen der PV-Eigenverbrauchsoptimierung. Dieser Beitrag konzentriert sich ausschließlich auf die Steuerung von elektrischen Warmwasserbereitern.

Die Studie über einen Algorithmus für ein Energiemanagementsystem zeigt, dass die Optimierung des Eigenverbrauchs alleine mit einem elektrischen Warmwasserbereiter in einem Wohnhaus durchaus realisierbar ist. Ein Energiemanagementsystem optimiert den Eigenverbrauch einer Photovoltaikanlage in einem Wohnhaus, und die Leistungsverluste aufgrund von Produktionsunsicherheiten werden bewertet. Es geht zum Beispiel um ein Einfamilienhaus, das mit Photovoltaik-Paneelen ausgestattet ist und in dem nur ein elektrischer Warmwasserbereiter betrieben wird, während die übrigen Geräte eine feste Last darstellen.

Die Optimierung des Eigenverbrauchs kann mit intelligenter Software realisiert werden. Es braucht ein rechnerisch effizienter Optimierungsalgorithmus und die numerische Bewertung der Leistung mit verschiedenen Szenarien der Photovoltaik-Stromerzeugung. Ein regelbasierter Regler als Referenzbasis berechnet eine höchstwahrscheinliche Prognose der PV-Produktion. Die Studie zeigt über einen Zeitraum von 10 Monaten durchgeführte Simulationen und dass bei einem Zeitschritt von 30 Minuten die Auswirkungen einer "perfekten" PV-Erzeugungsprognose im Vergleich zu den Auswirkungen der Wahl des Steuerungsalgorithmus vernachlässigbar sind. Eine sehr wahrscheinliche Vorhersage ist trotz Unsicherheiten bei der Produktionsprognose gut genug für den vorgeschlagenen Algorithmus, um hohe Eigenverbrauchswerte zu erreichen.

Ein effizienter Algorithmus der Software kann in einem Wohnhaus durch Steuerung eines elektrischen Warmwasserbereiters die Optimierung des Eigenverbrauchs der durch die PV-Anlage gelieferten Stroms leisten. Eine einzige Methode zur Erstellung von PV-Produktionsszenarien reicht, um die Unsicherheit der PV-Produktionsprognosen zu berücksichtigt. Ein optimaler Steuerungsalgorithmus kann den Photovoltaik-Eigenverbrauch eines Standard-Wohnhauses um 11 % verbessern. Fiktive "optimierte" Produktionsprognosen mit einem Zeitschritt von 30 Minuten können die Leistung weiter verbessern.


Referenzwerte der Fallstudie.
- PV-Leistung 3kW
- Elektrischer Warmwasserbereiter Nennleistung 3kW
- Elektrischer Warmwasserbereiter Volumen 200L
- Wöchentlicher Warmwasserverbrauch 956 l

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