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dreifels Powerbank Erfahrungsbericht

In der Pilotphase haben wir sechs unterschiedliche Konfigurationen der Powerbank nun über ein komplettes Jahr getestet. Dies Erfahrungswerte zeigen sehr gut, welche Wirkung und Nutzen die Ergänzung einer Solaranlage mit einem Akkuspeicher hat.


Die Komponenten

Zusammen mit der fhnw (Fachhochschule Nordwestschweiz) haben wir die unterschiedlichen Konzepte für Akkuspeicher untersucht und ein System ausgearbeitet, welches folgende Grundanforderungen erfüllen kann:
- Leistungsfähig, sodass alle Verbraucher im Haushalt bedient werden können
- Skalierbare Kapazität, damit auch ein paar Regentage überbrückt werden können
- Hohe Lebensdauer und garantierte Wartbarkeit der Akkus
- Sicherheit und Redundanz für einen zuverlässigen Betrieb

Der in Taiwan neu entwickelte Hybrid-Wechselrichter und die im Twike seit 2008 erprobten LiFePO4 Akkuzellen erfüllten diese Voraussetzungen. Mit dem dreifels Multi-String Batteriemanagement und Remote Monitoring hatten wir das Bindeglied, um die ersten 6 Pilotanlagen ab November 2015 installieren zu können. Jede Anlage ist unterschiedlich in der Anzahl der Akkumodule und verfügbaren Photovoltaikleistung. Alle haben jedoch die gleichen Komponenten drin.

Powerbank_005



Die nachfolgenden Anlagen in der Übersicht

A) Die Konsequenten
Bei diesen Anlagen ist die Dimensionierung so ausgelegt, dass eine Autarkie von nahezu 100 % erreicht werden kann. Eine leistungsfähige Photovoltaikanlage und ein sparsamer Haushalt passen zusammen.

B) Die Optimierten
Ein optimales Kosten-Nutzen Verhältnis wurde bei diesen Anlagen angestrebt, indem möglichst viel des erzeugten Stroms intern verbraucht wird und der Akkuspeicher fast jeden Tag komplett entladen wird.

C) Forschungsanlagen
Eine Anlage steht bei uns im Haus und dient für Systemtests. Eine andere Anlage wird nicht direkt von der DC-Spannung der Solarpanels versorgt, sondern indirekt über das Wechselstromnetz.



A1) Vorzeige-Anlage in Niederlenz (AG)

Die neu installierten Flachdach-Solaranlage in Ost-West Ausrichtung mit Hochleistungspanels liefert 12 kWp und kann den Minergie-Haushalt trotz eines Speichers von nur 10 kWh nahezu autark betreiben.

20161209_Niederlenz_Tageskurve

Der typische Tagesverlauf ist an einem sonnigen Dezembertag durch die Ost-West Ausrichtung und die beschattungsfreie Lage so, dass der Akku bereits am Mittag voll geladen ist. Der Haushalt wird über Nacht von Akku versorgt. Im Sommer ist diese Zeitspanne kürzer, im Winter sind es rund 15 Stunden, was etwa 70% der Akkukapazität braucht.

2016_Nov_Niederlenz_Monatswerte

Die Tages-Überschuss Bilanzen vom Monat November/Dezember sind stark vom Wetter abhängig. Grün bedeutet Rückspeisung ins Netz, rot ist der Bezug vom Netz. An den Tagen mit dicker Nebeldecke reichte der Ertrag nicht mehr ganz aus. An sonnigen Tagen war doch ein Überschuss (Ertrag abzüglich der selbst verbrauchten Energie) von bis 6 kWh pro Tag vorhanden.

2016_Niederlenz_Monatswerte

In den Monats-Saldos über 12 Monate sieht man, dass das Haus nur gerade im Dezember und Januar etwas Strom vom Netz bezogen hat. Im Sommer sind bis zu 1500 kWh mehr produziert worden als verbraucht.


A2) Maximierte Anlage in Lupsingen (BL)

Die auf dem Einfamilien-Hausdach Ost-West ausgerichtete Solaranlage mit 19.6 kWp produziert einiges mehr Energie als im Haus benötigt wird, trotz Ampera Elektroauto. Ein grosser Speicher mit 37 kWh Energie garantiert, dass auch längere Regenperioden überbrückt werden können.
Der Wechselrichter und 44 Akkumodule sind in zwei blauen Schränken im Keller untergebracht. Die Notstromfunktion war hier ein wichtiges Kriterium, da eine Hangwasserpumpe immer dafür sorgen muss, dass der Keller nicht überflutet wird. Der Akku muss daher immer eine bestimmte Reservekapazität aufweisen.

PB_Lupsingen_37kWh_1600

Lupsingen_20161209_Tageskurve

Die Tageskurve vom sonnigen 9. Dezember 2016 zeigt den typischen Tagesverlauf. Der Speicher wird am Morgen von den Panels der Ostseite geladen. Am Nachmittag wird ins Netz zurück gespiesen. Der Tagesverbrauch ist auch im Winter nur ca. 20% der Akkukapazität. Die auffälligen Lastspitzen sind von der Hangwasserpumpe, welche regelmässig einschaltet.

Lupsingen_2016_Nov_Monatskurve

Die Tagesbilanzen vom November und Dezember 2016 sind alle positiv. (An den Tagen um den 24. November wurde die Anlage umgebaut, sodass hier ein kurzer Bezug vom Netz stattfand.)

Lupsingen_2016_Jahreskurve

Die Jahresbilanz sieht entsprechend grün aus. Die Netzanbindung ist bei dieser Anlage eigentlich nur noch notwendig, um die überschüssige Solarenergie anderen Nutzern zur Verfügung stellen zu können.


B1) Zweifamilienhaus mit Tesla in Gelterkinden (BL)

Auf dem Süd-Dach wurde eine Solaranlage von 14 kWp installiert und im Keller ein Akkuspeicher von 22 kWh. Damit können die beiden Haushalte während 8 Monaten komplett mit Strom versorgt werden.

Gk_Standweg_20161120 Tageskurve

Der typische Tagesverlauf zeigt die Ladung des Tesla mit Nachtstrom. Die am 20.11.2016 produzierte Solarenergie reichte aus, um den gesamten Eigenbedarf zu decken und den Akku wieder voll zu laden.

Gk_Standweg_2016_Nov_Monatskurve

Die Tagesbilanzen vom November und Dezember sind so, dass fast aller produzierte Strom selbst verwendet wurde. Die Verbrauchsspitzen von 40 kWh sind die Tage, an denen der Tesla geladen wurde. Damit kann man rund 200 km fahren. (30.11. bis 6.12. war das WLAN unterbrochen, daher fehlen die Daten.)

Gk_Standweg_2016_Jahreskurve

Die Monatsbilanzen zeigen, dass trotz grossem Akku ein (bescheidener) Netzbezug auch in den Sommermonaten vorhanden ist, da der Tesla tagsüber unterwegs ist und nur nachts geladen werden konnte.


B2) Einfamilienhaus mit kleiner Solaranlage in Sissach (BL)

Das energieoptimierte Einfamilienhaus am Südhang wird intensiv bewohnt, weshalb ein Jahresverbrauch von rund 10'000 kWh vorhanden ist. Die nach Süden ausgerichtete Solaranlage auf dem Vorplatz von 5.5kWp kann übers Jahr rund 40% der Energie produzieren. Mit einem Speicher von 12kWh kann fast der ganze produzierte Strom genutzt werden. Nur in den Sommermonaten wird etwas überschüssige Energie ins Netz rückgespiesen. Der Akku macht praktisch jeden Tag einen kompletten Lade- und Entladezyklus.

Sissach_20161202_Tageskurve

Die Tageskurve vom 2.12.2016 zeigt den typischen Verlauf. Ein Teil der Energie wird für den Elektroboiler und andere interne Verbraucher verwendet, so dass der Akku auch an diesem sonnigen Wintertag nur zur Hälfte geladen werden kann. Diese Energie reicht dann, um bis 22h das Haus zu versorgen. Wenn der Akku leer ist wird der Wechselrichter mit einem separatem Schütz komplett abgeschaltet, um den Standby-Verbrauch zu reduzieren.

Sissach_2016_Nov_Monatskurve

Die Tagesbilanzen vom November zeigen, dass 100% des solar erzeugen Stroms dank dem Akkuspeicher selbst genutzt werden kann.

Sissach_2016_Jahreskurve

Die Monatswerte zeigen, dass der Energieverbrauch im Sommerhalbjahr massiv verringert werden konnte. Im Mai wurde die Warmwasseraufbereitung angepasst, da früher der Elektroeinsatz nicht nur das Warmwasser, sondern das ganze Haus aufgeheizt hatte.



C1) Versuchsanlage dreifels Gelterkinden (BL)

Diese Anlage liefert den gesamten Energieverbrauch des Hauses inklusive Warmwasser und Heizung!
Die 30kWp Solaranlage mit einer 10 Grad Ost-West Ausrichtung ist unsere Testanlage. Von den Solarpanels sind nur 10 kWp am Akkuspeicher angeschlossen, der Rest speist direkt ins Netz ein. Der Speicher wurde ab und zu umgebaut, sodass die Statistiken nur qualitative Informationen bieten. Seit Mitte 2016 ist ein kleiner 12 kWh Akku eingebaut.
Die Anlage versorgt das Minergie-P Geschäftshaus sowohl für den gesamten Energiebedarf, für Strom, aber wie auch über die 20 kW Wärmepumpe fürs Warmwasser und Heizung. Die Lage am Südhang in Gelterkinden bietet eine gute passive Nutzung der Sonnenenergie im Winter.

dreireben_20161209_Tageskurve

Die Tageskurve während der Heizsaison sieht trotz sonnigem Wetter so aus, dass aller Solarstrom intern aufgebraucht wird. Da nur 1/3 der Anlage am Speicher angeschlossen ist, wird trotzdem zwischendurch ins Netz zurück gespiesen, obwohl der Speicher noch nicht voll ist.

dreireben_2016_Nov_Monatskurve

Die Tagesbilanzen sind entsprechend negativ, da für die Heizung rund 50 kWh pro Tag gebraucht werden.

dreireben_2016_Jahreskurve

Die Jahresbilanz sieht deutlich besser aus, da ausserhalb der Heizsaison deutlich mehr Energie produziert wird als verbraucht. Die Solaranlage liefert an einem schönen Sommertag bis zu 180 kWh.


C2) Forschungsanlage Kohlensilo in Basel (BS)

Bei der Solaranlage auf Dach und Fassaden mit rund 20kWp und einem Speicher von 39 kWh handelt es sich um eine Forschungsanlage. In der aktuellen Konfiguration wird die Energie über 2 Solaredge Umrichter in AC gewandelt und von dort nach einem zeitgesteuerten Modell in den Akku gespeichert, bzw. vom Akku entladen. Verbraucher ist ein Planungs- und Architekturbüro.

Kohlensilo_20161207_Tageskurve

Der Tagesverlauf im Dezember zeigt, dass trotz Sonne die Leistung nicht ausreicht, um den Verbrauch zu decken. Neben der Beleuchtung sind vermutlich einige Elektroheizgeräte im Einsatz, da das Büro in einer ehemaligen Fabrikhalle ist.

Kohlensilo_2016_Nov_Monatskurve

Im Monatsverlauf sieht man, dass am Wochenende deutlich weniger Energie verbraucht wird, da die Nutzung ein Büro ist. Bei Privathaushalten ist die Kurve gerade umgekehrt.

Kohlensilo_2016_Jahreskurve

Die Sommermonate sehen da deutlich besser aus, denn die Tage sind länger und es werden keine Heizöfen eingesetzt.

Die AC-Kopplung des Speichers ist deutlich weniger effizient, da die Energie mehrfach umgewandelt werden muss. Da der Wechselrichter auf 10 kW Leistung ausgelegt ist, aber meistens nur mit 1 - 2 kW betrieben wird, fällt der Standby-Verbrauch sehr stark ins Gewicht, sodass der Nettowirkungsgrad des Speichersystems nur bei etwas über 50% liegt.
Nach der ersten Versuchsperiode werden wir als Vergleich die Anlage so umbauen, dass der Speicher direkt durch die Solarpanels versorgt wird, wie bei den anderen Anlagen.


19.12.2016 / rs


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