Die Stromerzeugung mittels Photovoltaik (PV) stellt in Verbindung mit der Windenergienutzung einen zentralen Baustein für die Zukunft der Energieversorgung dar, nicht nur in Deutschland, sondern weltweit. Die direkte Umwandlung von Sonnenenergie in elektrischen Strom ist effizient, in der Anwendung denkbar einfach und skalierbar sowie emissionsfrei und langlebig.

PV-Freiflächenanlagen bestechen durch mittlerweile sehr niedrige Stromerzeugungskosten, die konkurrenzfähig sind zu fossilen Kraftwerken, wenn man die CO2-Vermeidungskosten berücksichtigt. PV-Anlagen auf Haus- und Industriedächern ermöglichen den niedrigsten Flächenverbrauch und eine lokale Nutzung des Solarstroms, haben dafür aber etwas höhere Stromgestehungskosten. Sie haben bisher zu zwei Dritteln zum PV-Ausbau in Deutschland beigetragen, sind zum überwiegenden Anteil im Besitz der Bürgerinnen und Bürger und geben ihnen Gelegenheit, die Energiewende mitzugestalten.

Nachholbedarf besteht in der Nutzung von Fassaden für PV-Anlagen, denn diese sind insbesondere in den Stadtzentren mit weit größerer Fläche verfügbar als Dachflächen.

Verknüpft man die Solarenergie in geeigneter Weise mit elektrischen Speichern und Wärmepumpen und koppelt die Sektoren Strom, Mobilität und Wärme, wo erhöht sich die lokale Nutzung von Solarstrom. Dies entlastet die Verteilnetze und trägt dezentral zum Ausgleich von Erzeugung und Verbrauch bei.

Das ZSW unterstützt seine Kunden bei der Analyse entsprechender Potenziale und entwickelt Algorithmen für den optimierten Betrieb von Erzeugern, Speichern und Lasten, einschließlich geeignetem Lademanagement für die Elektromobilität. Die ZSW-Experten beraten außerdem bei der Entwicklung und dem Test entsprechender Algorithmen und Geräte.

Ansprechpartner

Dr. Jann Binder
+49 711 78 70-209
Fassadenintegrierte Photovoltaik

// Fassadenintegrierte Photovoltaik

Am ZSW werden im Rahmen des Forschungsprojekts „Fassadenintegrierte Photovoltaik-Systeme“ unter anderem die Eigenschaften von bauwerkintegrierter Photovoltaik (BIPV) im Vergleich zu PV-Dachanlagen untersucht. Dies betrifft speziell CIGS-Fassadensysteme (mit Dünnschichtsolarmodulen auf Basis von Kupfer, Indium, Gallium und Selen, kurz CIGS).

Ein begrenzender Faktor für den Einsatz von PV-Dachanlagen bei Industrie- und Verwaltungsgebäuden ist der Wettbewerb mit gebäudetechnischen Einrichtungen wie Wärmetauschern, lufttechnischen Anlagen oder auch solarthermischen Kollektoren, welche als schattenwerfende Elemente die Dachfläche fragmentieren.

Darüber hinaus kann aber auch eine konkurrierende Nutzung als begehbarer Dachgarten oder für eine lokal vorgeschriebene extensive Dachbegrünung vorliegen. Oft ist insbesondere auf Hallen die Realisierung einer PV-Dachanlage wegen Überschreitung der zulässigen Flächenlast nicht möglich. Zudem sinkt mit zunehmender Stockwerkszahl der Anteil der PV-Dachanlage an der Stromerzeugung, da sich die erzeugte Energie auf immer mehr Stockwerke verteilt.

Deshalb bietet die Photovoltaik in der Fassade eine Reihe von Vorteilen: Aufgrund der Orientierung der PV-Anlagen kommt es zu einer Verstetigung der Energieproduktion. Die PV-Dach-typische Mittagsspitze entfällt und der Eigenverbrauchsanteil steigt, auch in den Morgen- und Abendstunden sowie im Winterhalbjahr. Eine Fassadenanlage ist also zugleich netzdienlich und vorteilhaft für den Anlagennutzer. Außerdem wächst die PV-Fassadenanlage mit steigender Stockwerkshöhe mit.

ZSW-Gebäude mit Photovoltaik-Fassade
ZSW-Gebäude mit Photovoltaik-Fassade

Ansprechpartner

Dieter Geyer
+49 711 78 70-271
Solarstrom-Speicher und Eigenverbrauch

// Solarstrom-Speicher und Eigenverbrauch

Im Haushalt ist die Nutzung des mit der eigenen Solaranlage erzeugten Stroms (Eigenverbrauch) ohne zusätzliche Maßnahmen der Eigenverbrauch auf 25 bis 30 Prozent begrenzt. Verlagert man den Stromverbrauch in die Sonnenstunden, so kann er auf 30 bis 40 Prozent steigen. Nutzt man Solarstrom zum Heizen oder zur Brauchwassererwärmung, was besonders effizient durch Wärmepumpen geschehen kann, sind auch 50 Prozent Eigenverbrauch möglich. Im Gewerbe lassen sich deutlich höhere Eigenverbrauchsraten erzielen, auch ohne zusätzliche Maßnahmen.

Mit Batteriespeichern kann man den Eigenverbrauch wirkungsvoll erhöhen; durch optimierte Steuerungen können die Speicher zu weiteren Zwecken wie zur Spitzenkappung beim Verbrauch oder bei der Netzeinspeisung bzw. als Notstromquelle eingesetzt werden.

Im Rahmen von Projekten und Feldversuchen sind am ZSW verschiedene Veröffentlichungen zum Thema Eigenverbrauch, Nutzung von Batteriespeichern sowie der optimierten Steuerung von Geräten und Speichern zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit der Lösungen entstanden. Mit den erarbeiteten Simulationswerkzeugen, Methoden zur optimierten Steuerung (Modellprädiktion) und Erfahrungen aus Feldtests kann das ZSW umfangreiche Beratungsleistungen anbieten.

Mit intelligent gesteuerten Geräten wie Solarstromspeicher, thermischem Speicher und Wärmepumpe lässt sich der Eigenverbrauch von PV-Strom deutlich erhöhen.
Solarstrom und Mobilität

// PV-Eigendeckung eines Haushalts mit Elektroauto – Einfluss von Ladeverhalten und Nutzung eines lokalen Speichers

Ein wesentlicher Faktor zur Verbesserung des CO2-Fußabdrucks von batterie­elektri­schen Fahrzeugen (BEV) ist das Laden der Batterie aus erneuerbaren Energiequellen.

Das Laden eines BEVs mit Hilfe einer Dach-PV-Anlage eines Wohngebäudes ist daher naheliegend. Es stellt sich jedoch die Frage, wie sehr der zusätzliche Bedarf damit gedeckt werden kann. Hierzu wurden Simulationen eines Jahres mit einer zeitlichen Auflösung von 15 min durchgeführt. Die variierten Parameter beinhalten das Haushaltsprofil, die PV-Anlagengröße, die Kapazität des stationären Speichers sowie die Ladeleistung und das Ladeverhalten bezüglich des Elektroautos. Insgesamt wurden sechs Szenarien zur Nutzung und zum Ladeverhalten untersucht. Es zeigte sich, dass eine relevante Menge an Solarstrom für die E-Mobilität nur dann „übrig“ ist, wenn die PV-Anlage hinreichend groß ist.

Durch E-Mobilität ergibt sich sonst sowohl mit als auch ohne PV-Speichersystem nur eine geringe Eigen­verbrauchserhöhung. Bilanziell sollte der jährliche PV-Ertrag die Summe aus dem Verbrauch für Haushalt und Elektromobilität decken oder übertreffen. Bei dieser Dimensionierung der PV-Anlagen kann der Bedarf für Haushalt und BEV zu etwa 40% aus Solarstrom gedeckt werden. Dieses Resultat wird knapp auch ohne stationären Speicher durch Laden am Wochenende und mit geringer Ladeleistung erreicht. Wenn jedoch täglich abends geladen werden soll, ist für ein vergleichbares Resultat ein Speicher von rund 8 kWh notwendig. Mit 14 kWh ist, unabhängig von Ladeleistung und Ladezeitpunkt, ein Solarstromanteil von über 60% am Gesamtbedarf möglich.

Batterievollzyklen und Eigenverbrauch eines Haushaltes (10 kWp PV-System, Lastschwer-punkt abends) abhängig von der Ladeleistung

Ansprechpartner

Dennis Huschenhöfer
+49 711 78 70-118