Neue Definition für KEV:Abgrenzung über Kosten und Nutzen einer eigenen kleinen Solaranlage

Mit einer Investition von 2000 Franken können Sie 30% der Stromkosten sparen. Die Anlage amortisiert sich nach 4 Jahren, ab dann sind Sie Selbsterzeuger.

Bestandesaufnahme:

In der Schweiz verbrauchen die Haushalte über 30% des gesamten Energiekonsums. Jeder Haushalt ob Mieter oder Eigentümer sollte in der Lage sein, zumindest einen Teil der benötigten elektrischen Energie selbst zu produzieren.

Fig. 1: Stromverbrauch 2012 nach Kundensegmenten [1]

Ausgehend von [1] Schweizerische Elektrizitätsstatistik 2012 kann gesagt werden, dass der Stromverbrauch in Schweizer Haushalten 31.1% des Gesamtbedarfs (2012, 59 Mrd. kWh) beträgt. Wenn alle Haushalte 30% der Energie einsparen oder ersetzen würden, liesse sich eine Reduktion des Gesamtbedarfs von 9% erreichen.

Fig. 2: Bei 30% Einsparung der Haushalte wird der Gesamtstromverbrauch um 9% reduziert

Wie sieht aber für Sie aus, falls mit einem klugen Vorgehen jeder Haushalt sogar Geld sparen kann und dabei ökologisch und ökonomisch handeln ?

Grundlagen der Berechnung:

Fig 4:Typischer Haushalt-Stromverbrauch 2 Personen Haushalt. Unter «Allgemeinstrom­ Verbrauch» fallen allgemeine Beleuchtung, Hei­zungspumpen, Lüftung usw., Quelle: [2] Bulletin SEV/AES 19/2007

Gehen wir also anhand dieser Grafik von einem jährlichen Stromverbrauch eines Haushaltes mit 3 Personen, Warmwasser wird mit einem elektrischen Warmwasserboiler aufbereitet, aus. Der Jahresverbrauch wäre damit 7900 kWh.

Wenn Sie Ihre Stromrechnung über ein ganzes Jahr zusammenrechnen kommen Sie sicher annähernd auf 1500 Franken. Diesen Betrag müssen Sie jedes Jahr an das Elektrizitätswerk überweisen.

Wie wäre es, wenn Sie mit einer kleinen Investition für z.B. Eine 1000 Watt Solaranlage für ca. 2000 Franken im Jahr über 500 Franken einsparen könnten ?

Wir wollen Ihnen dies verdeutlichen:

Das folgende Beispiel geht von einem hypothetischen Verbrauch eines Haushalts aus. Wir bieten Ihnen unseren speziellen Stromverbrauchsmesser an, damit Ihr Verbrauch auch individuell ermittelt werden kann (Mess- und Aufzeichnugsgeräte :Datalogger) . Trotzdem ist die folgende Grafik ziemlich realistisch und veranschaulicht ihnen den Durchschnittsverbrauch eines drei Personen Haushaltes recht gut.

Der Sonneneinstrahlungsverlauf geht von einem wolkenlosen Sommertag aus. Natürlich verschiebt sich die Ausbeute im Laufe der Jahreszeit. Im Winter wird die maximale Sonneneinstrahldauer gesamt nicht 8.5h betragen. Es kann aber trotzdem von einer durchschnittlichen Ausbeute von 6 Stunden über einen Wintertag ausgegangen werden. Auch an bewölkten Tagen ist immer noch Energieproduktion über eine PV Anlage möglich. Die genaue maximale Ausbeute lässt sich aber am spezifischen Objekt über Messungen ermitteln. (Einflussgrössen: Ausrichtung der Module, Neigung, Temperatur, Verschattung, Nebelhäufigkeit, Niederschläge, Schnee, Wolken, .....)

Fig. 5: Verbrauch gegen potentielle Photovoltaikleistung

Was zeigt uns die Grafik ?

Grob gesagt scheint die Installation einer 1000 Wp PV-Anlage klüger als eine mit 2000 Wp. Warum: Die 2kWp Anlage liefert zwar genügend Energie, um nahezu die Verbrauchsspitzen zu decken, aber die Effektivität und Wirtschaftlichkeit der Anlage im Vergleich mit der schwächeren 1kWp ohne Stromspeicherung ist mangelhaft. Einfach kann visuell in der obigen Grafik festgestellt werden, dass die Überdeckung der roten Verbrauchsbalken mit den gelben statt mit den grünen Balken besser erzielt wird. Es findet weniger unerwünschte Überproduktion statt. Anders sieht es mit einem Speicher (Batterien) aus, wo die nicht genutzte Energie gespeichert wird.

Benötigte Komponenten Ihrer eigenen ökologischen Aktie:

2 DZN 500W/45 Einspeisewechselrichter für 24-45 V Module

4 Solarmodule SL 230 TU-30P/ 230W Poly Ningbo Qixin

Montagematerial

Verkabelung

Kostenbeispiel einer solchen Anlage

Berechnungsbeispiel: Ihrer eigenen ökologische Aktie:

Jahresproduktion Ihrer PV Anlage in kWh: 1680

mittlere Kosten Tagstrom pro kWh in Sfr.: 0.25

Sie sparen im Jahr Kosten Sfr. 420 für elektr. Energie.

Das Resultat der Grafik spricht eigentlich für sich. Nach 4 Jahren haben Sie Ihre Anlage bezahlt.

Trotz allem kann auch die 2kWp Lösung als gute angesehen werden, da diese sich nach 5.5 Jahren amortisiert hat und immerhin knapp 20% Rendite abwirft. Korrekterweise müsste mit Zins und Zinseszins gerechnet werden, womit eine Rendite sogar stark ansteigt.

Fazit

Mit geringem Aufwand (weniger als SFr. 2000) lässt sich eine Reduktion des Elektrischen Energiebezugs eines Schweizer Haushaltes mit drei Personen um 30% erzielen. Eigentlich wäre damit die Diskussion um das Abschalten von Beznau und Mühleberg abgeschlossen. Der Auftrag, 10% des Energiekonsums einzuschränken, könnte somit in kürzester Zeit realisiert werden. Statt kostendeckender Einspeise Vergütung KEV heisst es dann: Kosten Einsparungs Verfahren.

Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit.

Kontaktieren Sie uns, wir beraten Sie gerne!

Dezentral R. Jensen, Dorfstrasse 59, 3365 Seeberg

Tel.: (+41) 34 543 00 22 unser Kontaktformular auf: http://www.dezentral.ch

Autor: Rüdiger Jensen, seit 2013 Inhaber der Firma Dezentral R. Jensen

Referenzen:

[1] Bundesamt für Energie, Bern, Schweiz, Schweizerische Elektrizitätsstatistik 2012

[2] Bulletin SEV/VSE (Verband Schweizerischer Elektrizitätsunternehmen), Der typische Haushalt-Stromverbrauch, Jürg Nipkow, Stefan Gasser, Eric Bush, Bulletin SEV/AES 19/2007

Dieses Beispiel ist Berechnungsgrundlage für eine elektrische Energieanlage für ein Einfamilienhaus mit 4 Personen, Warmwasser wird elektrisch erzeugt. Der Energiepuffer soll möglichst auch bei Dunkelheit Strom liefern. Als „Notstromanlage“ soll das elektrische Netz des Energieanbieters dienen.

Bestandesaufnahme

Fig 1:Typischer Haushalt-Stromverbrauch 2 Personen Haushalt. Unter «Allgemeinstrom­ Verbrauch» fallen allgemeine Beleuchtung, Hei­zungspumpen, Lüftung usw., Quelle: [1] Bulletin SEV/AES 19/2007

Die Autoren Nipkow, Gasser und Bush untersuchen in ihrem Aufsatz [2] „ Der typische Haushalt-Stromverbrauch“ sehr detailiert und anschaulich den Stromverbrauch eines Schweizer Haushalts. Es kann davon ausgegangen werden, dass ein 2 Personen Haushalt in einem Einfamilienhaus mit elektrischer Warmwasseraufbereitung pro Jahr ca. 6500 kWh elektrische Energie verbraucht. Von jeder zusätzlichen Person werden pro Jahr 1300 kWh verbraucht.

Um den Bedarf eines 4 Personenhaushaltes in einem Einfamilienhaus zu decken, müssen pro Jahr ca. 9000 kWh zur Verfügung gestellt werden.

Pro Tag werden 24.66 kWh benötigt. Die potentielle Anlage muss also diesen Betrag liefern können. Die Ertragsleistung einer PV Anlage variiert stark nach den Jahreszeiten. Im Winter ist der Ertrag am geringsten, im Sommer am höchsten.

Um die Anlage zu dimensionieren sollte von einem täglichen Mittelwert ausgegangen werden. Falls an Wintertagen die produzierte Energie nicht genügt, kann der elektrische Strom immer noch aus dem Anschluss des Elektrizitätswerkes bezogen werden.

Zusätzlich sollte dabei das „Verbrauchsverhalten“ geändert werden. Statt abends mit Nachtstrom zu waschen, trocknen, spülen oder den Boiler aufzuheizen, sollte dies am Tag, wenn der eigene Strom geliefert wird, gemacht werden.

Eine solche Anlage besteht dann aus folgenden Komponenten:

• Solarmodule

• Wechselrichter für Batteriebetrieb und Netzbetrieb

• Laderegler für die Batterien

• Batterien

• Boilerfreischalter von Dezentral.ch

Das öffentliche Stromnetz dient dann nur noch als sichere Stromquelle falls die Intebsität Sonneneinstrahlung zu gering ist, um den Verbrauch zu decken.

Berechnung

In Abbildung [1] können Sie 4 verschiedene Komponenten sehen.

Allgemeinstromverbrauch (1500 kWh): dieser kann auf 24 Stunden aufgeteilt werden

Geräte (3000 kWh) : zur Hälfte kann dieser auf 24 Stunden verteilt werden, die andere Hälfte wird auf die Produktionszeit der Solaranlage verteilt

Elektroboiler (2000 kWh): dieser wird in der Produktionszeit der Solaranlage eingeschaltet

2 zusätzliche Personen(3000 kWh): diese werden auf 24 Stunden verteilt, obwohl darin z.B. Verbrauch des Boilers,Spülmaschine, Waschmaschine  Inbegriffen sind

Die benötigte Leistung der Anlage wird also aufgespalten in Energie, die direkt bei der Produktion verbraucht werden kann, Direktnutzung, und solche die gespeichert werden muss, Speichernutzung, damit auch nachts das Licht eingeschaltet oder der Fernseher laufen kann.

Als sehr konservative Annahme wird davon ausgegangen, dass die Solarenergie nur 6 Stunden zur Verfügung steht. Dies ist im Sommer ganz sicher sehr pessimistisch, da an schönen Tagen mit 10 Stunden Ertrag gerechnet werden kann.

Jahresverbrauch aufgeteilt Direktnutzung und Speichernutzung

alle Angaben in kWh/a

Direktnutzung:

Allgemeinstromverbrauch 6/24: 375

Geräte (50% voll + 50% 6/24): 1875

Elektroboiler: 2000

2 zusätzliche Personen 6/24: 750

Summe Direktnutzung 5000

Speichernutzung:

Allgemeinstromverbrauch 18/24: 1125

Geräte 50% 18/24: 1125

2 zusätzliche Personen 18/24: 2250

Summe Speichernutzung 4500

Summe Direktnutzung plus Speichernutzung 9500

Kenngrösse 1, Watt Peak pro Stunde:

Pro Tag werden 26 kWh benötigt. Die Anlage muss also 26 kWh in 6 Stunden liefern können oder pro Stunde 4.4 kW liefern.

Kenngrösse 2, maximale Verbraucher:

Der grösste Verbraucher in einem Haushalt ist im allgemeinen der Kochherd. Dieser kann, wenn der Backofen und alle Herdplatten angestellt sind, mehr als 10kWh verbrauchen.

Kenngrösse 3, Ladekapazität der Solarakkumulatoren:

Pro Tag müssen 12.3 kWh in Akkumulatoren gespeichert werden. Damit die Lebensdauer der Akkumulatoren auch die gewährten 12 Jahre erreichen kann, dürfen diese niemals „tiefentladen“ werden. Der Erfahrungswert heisst dabei, dass ein Akkumulator nicht unter 50% seiner Kapazität entladen werden darf. Somit muss Akkuleistung für 25kWh zur Verfügung gestellt werden.

Benötigte Komponenten einer Anlage für autarke Energieversorgung:

1 DZ-Combi 3P Solar 12K Watt 3-phasig: siehe Kenngrösse 2

24 Solarmodule, monokristallin, à 190Wp siehe Kenngrösse 1

3 Laderegler Flex-Max 80A

12 Gelbatterie 200AH DZ-SG200-12 siehe Kenngrösse 3

Montagematerial

Verkabelung

Boilersteuerung DZ-SW-TM-01

Kostenbeispiel einer solchen Anlage

Amortisation der Anlage

Die Batterie sollte nach 12 Jahren gewechselt werden. Dies ist in der Amortisations Grafik berücksichtigt. Kapital und die Rendite werden aber nicht verzinst. Potentielle Strompreis- Erhöhungen wurden ebenfalls nicht berücksichtigt.

Nach spätestens 10 Jahren (Break Even point) fernsehen, saugen, waschen, braten, kochen, und grillen Sie umsonst .....

Autor: Rüdiger Jensen, seit 2013 Inhaber der Firma Dezentral R. Jensen

Referenzen:

[1] Bulletin SEV/VSE (Verband Schweizerischer Elektrizitätsunternehmen), Der typische Haushalt-Stromverbrauch, Jürg Nipkow, Stefan Gasser, Eric Bush, Bulletin SEV/AES 19/2007

1. Bedingungen:

• Anbindung an das Stromnetz ist nicht gegeben.

• Nutzung sowohl im Winter wie im Sommer.

• Nicht ständig bewohnt.

• Fossile, regenerative Brennstoffe verfügbar (z.B. Holz aus lokaler Produktion für Kochen, Wärmen, Heizen und Warmwasser)

• Kommunikation nur über GSM Netz möglich (kein klassischer Telefonanschluss)

• TV und Radioempfang sollte mit SAT Schüssel möglich sein.

• Kein ADSL Anschluss.

• Kochen, Heizen und Warmwasser mit fossilen Brennstoffen realisiert.

2. Benötigte Energie:

1. Beleuchtung

2. einfache Telekommunikation (Handy, Laptop, GSM Internet Connectivity)

3. TV, Radio

4. Kühlen

5. Reinigung (Staubsaugen, Rasieren, Föhnen)

6. Reparaturarbeiten (Bohren, Fräsen, Schleifen)

3. Voraussetzungen:

• Die elektrische Energie muss bei Belegung der Berghütte vollumfänglich zur Verfügung stehen.

• Es werden energieeffiziente Geräte eingesetzt. Es können nicht gleichzeitig mehrere sog. Energiefresser eingesetzt werden (z.B. gleichzeitiges Saugen, Bohren oder Fräsen).

• Kühlgeräte sollten auch bei Nichtbelegung der Berghütte funktionieren (Tiefkühlprodukte). Evt. Überwachung via GSM (Einbruch, Brand, Hochwasser ....)

• Da es in Höhenlage wenig nebelreiche Tage gibt, ist auch im Winter durchschnittliches PV-Energienutzungspotential von 6h pro Tag absolut möglich.

4. Annahmen:

• Beleuchtung 4 Energiesparlampen à 0. 015 kW brennen 12h am Tag

• Kühlung (Gefrierkombination A++) benötigt pro Tag 0.41 kWh

• Reinigung 0.5h mit 1kW pro Tag

• einfache Telekommunikation 0.03 kWh 24h am Tag

• TV, Radio (A++ Geräte) 0.15 kW 8h am Tag

• Reparaturarbeiten 0.5h mit 1kW pro Tag

5. Berechnung Tagesverbrauch Energie:

Beleuchtung 0.72 kWh

Kühlung 0.41 kWh

Reinigung 0.5 kWh

einfache Telekommunikation 0.72 kWh

TV, Radio 1.2 kWh

Reparaturarbeiten 0.5 kWh

Total 4.05 kWh

6. Berechnung Energiespeicherung im Worst Case (Wintermonate)

während min. 6h am Tag steht PV Energie zur Verfügung. Daraus resultiert :

Beleuchtung 0.72 kWh

Kühlung 3/4 des Tagesverbrauchs 0.31 kWh

einfache Telekommunikation 3/4 0.54 kWh

TV, Radio 3/4 des Tagesverbrauchs 0.9 kWh

Total 2.47 kWh

7. Berechnung Peak (Spitzen Leistungsbezug)

Maximale Verbraucher sind Reinigungsgeräte und Geräte für Reparaturarbeiten, die pro Tag während der PV Produktionszeiten 1h mit 1kW eingeschaltet sind. Ein handelsüblicher Staubsauger benötigt 1.8kW.

--> Anlage muss mindestens 1.8 kWh Spitzenleistung erzeugen.

8. Berechnung Ladekapazität Energiespeicher

Für eine lange Lebensdauer von Solarbatterien sollten diese nicht unter 40% entladen werden. Der Energiebezug sollte während der Bezugsdauer möglichst konstant sein. Der entnommene Stromverbrauch sollte nicht 1/12 der Gesamtleistung betragen. Die Aufladung kann schnell erfolgen (6h sind genügend).

Minimal benötigte Batterieleistung: 3.5 kWh

besser aber (längere Lebensdauer der Batterien): 3.75 kWh

--> bezogen auf eine 24V Batterieanlage werden 150 Ah (Ampère Stunden) benötigt.

(z.B. Möglich mit 2 Solarbatterien à 12V und 150Ah, Gewicht gesamt 90kg, Nutzungsdauer 10 Jahre, besser aber mit 2 Solarbatterien à 12V und 200Ah Kapazität (Gewicht 121 kg, 12 Jahre Nutzungsdauer))

9. Berechnung der Panel Leistung und Angabe Wechselrichter

Der Wirkungsgrad der Energiespeicherung ist ca. 80%. Somit muss nach der obigen Rechnung (siehe 6) mindestens 3.1 kWh Energie zuzüglich 1kWh für Reinigung und Reparaturarbeiten erzeugt werden. -->

Gesamtleistungsbedarf pro Tag:

Aufladung der Energiespeicher 3.75 kWh

Reinigung und Reparatur 1 kWh

Kühlung 1/4 des Tagesverbrauchs 0.11 kWh

einfache Telekommunikation 1/4 0.2 kWh

TV, Radio 1/4 0.3 kWh

Total 5.36 kWh

Der Spitzenbedarf ist 1kWh. Somit müssen die Solarpanels mindestens 1 KW erzeugen.

Es wird davon ausgegangen, dass die Sonneinstrahldauer pro Tag mindestens 6h auch in Wintermonaten beträgt und von einer Leistungseffizienz bei optimal positionierten Panels (nach Süden positioniert, keine Verschattung) über die angegebenen 6h mindestens 80% beträgt. Hinzugefügt werden muss aber, dass an schneereichen Tagen oder anderen widrigen Wettereinflüssen nur eine marginale Ausbeute möglich sein kann. Das Notfallszenario in diesem Fall ist, sparsam mit der vorhandenen Energie im Batteriespeicher umzugehen, also keinen Starkenergiebezug mit Reinigung oder Reparatur zu erzwingen, mit der Beleuchtung sparsam umzugehen und TV und Radio einzuschränken. Damit sollte ein Energiepuffer über mehrere Tage möglich sein.

Bei einer Panelleistung von 1000W während 6 Stunden und 90% Effizienz ergibt sich eine Tagesleistung von 5.4 kWh. Somit ist die Panelleistung von 1kWh auch im Winter mit der kürzesten Tageslichteinstrahlung genügend.

In den Frühlings-, Sommer- und Herbstmonaten kommt es aber zu einer Überproduktion an PV Energie.

Der Wechselrichter sollte mit 2kWh ausgelegt werden, damit auch ein konventioneller Staubsauger betrieben werden kann. Die Energie, die nicht von den Panels geliefert werden kann, wird dabei aus dem Batteriepuffer bezogen. (siehe 7.)

10. Wertung der vorgeschlagenen Lösung

Das vorgeschlagene Szenario kann im Ansatz als Luxusversion betrachtet werden. Wobei aber zu bemerken ist, dass damit notwendige Energiereserven für Tage geschaffen wird, an denen die Energieproduktion ungenügend kann. Falls aber auf TV, Radio , Beleuchtung, Reinigung und Reparatur eingeschränkt oder verichtet werden, kann die benötigte Energie pro Tag um bis zu 2 kWh reduziert werden und somit die Anlage bezüglich Kosten und Leistung quasi halbiert werden. Gerne offerieren wir Ihnen eine schlüsselfertige Lösung als Generalunternehmer.