Die photovoltaische Energiespeicherung unterscheidet sich von der netzgekoppelten Stromerzeugung. Sie erfordert den Einsatz größerer Batterien sowie zusätzlicher Lade- und Entladeeinrichtungen. Obwohl die Anschaffungskosten um 20–40 % steigen, ist das Anwendungsgebiet deutlich breiter. Je nach Anwendung lassen sich solare Photovoltaik-Energiespeicher- und Stromerzeugungssysteme in vier Kategorien einteilen: netzunabhängige Stromerzeugungssysteme, netzunabhängige Energiespeichersysteme, netzgekoppelte Energiespeichersysteme und verschiedene hybride Mikronetzsysteme.
Photovoltaik-Inselnetz-Stromerzeugungssystem
Ein netzunabhängiges Photovoltaik-Stromerzeugungssystem (Off-Grid-Photovoltaik-Stromerzeugung) nutzt Solarzellen, die beispielsweise in Taschenrechnern oder elektronischen Uhren integriert sind. Zusammen mit einem Solarpanel, einem einfachen Ladegerät und einer Batterie bildet es das einfachste Photovoltaik-Stromerzeugungssystem. Solche Geräte werden häufig von Hirten verwendet, um Radio und Abendbeleuchtung mit Strom zu versorgen. Mittlerweile gibt es auch tragbare Solaranlagen.
Netzgekoppelte und netzunabhängige Energiespeichersysteme
Photovoltaikanlagen zeichnen sich je nach Anwendungsbereich durch eine Vielzahl von Einsatzmöglichkeiten aus, darunter netzgekoppelte Energiespeichersysteme. Diese Systeme ermöglichen sowohl die netzgekoppelte Stromerzeugung als auch die Energiespeicherung und den netzunabhängigen Eigenbetrieb. In einigen Gewerbegebieten ist es aufgrund der begrenzten Kapazität der vom Stromversorger bereitgestellten Transformatoren nicht zulässig, den erzeugten Strom online zu verkaufen. Hinzu kommt die Instabilität der regionalen Stromnetze. In anderen Gebieten sind die Strompreise im Internet zwar sehr niedrig, die Preise für Einzelverbraucher jedoch hoch, und die Preisunterschiede zwischen Spitzen- und Talzeiten sind groß. In diesen Gebieten eignet sich die Installation von Photovoltaikanlagen mit netzgekoppelten und netzunabhängigen Energiespeichersystemen.
Photovoltaik- und netzunabhängige Energiespeichersysteme bieten vier Hauptmöglichkeiten zur Gewinnerzielung:
1. Durch die Nutzung von Photovoltaik-Stromversorgung für die Verbraucher kann der Preis für die Stromspitzenleistung festgelegt und die Stromkosten gesenkt werden.
2. Laden Sie in Zeiten außerhalb der Spitzenzeiten und entladen Sie in Zeiten hoher Spitzenzeiten, um durch die Preisdifferenz zwischen Spitzen- und Talzeiten Gewinne zu erzielen.
3. Kann nicht online sein, kann installiert werden, um Rückfluss zu verhindern. Wenn die PV-Leistung größer ist als die Lastleistung, kann die Leistung nicht bis zum Batteriespeicher genutzt werden.
4. Bei einem Stromausfall schaltet das System in den Inselbetrieb. Die PV-Anlage erzeugt weiterhin Strom und dient als Notstromversorgung. Die Photovoltaik- und Batteriestromversorgung für die Verbraucher erfolgt über den Wechselrichter.
Im Vergleich zu netzgekoppelten Stromerzeugungssystemen erhöhen Inselsysteme den Bedarf an Lade-/Entladereglern und Batterien, wodurch die Systemkosten um etwa 30 % steigen. Gleichzeitig erweitert sich jedoch der Anwendungsbereich. Erstens kann die Anlage so eingestellt werden, dass sie zur Zeit der Strompreisspitzen ihre Nennleistung abgibt, um die Stromrechnung zu senken. Zweitens kann sie zur Zeit der Strompreistiefs geladen und zur Zeit der Spitzen entladen werden, um durch die Preisdifferenz zwischen Spitzen- und Tiefstpreis Einnahmen zu generieren. Drittens arbeitet die PV-Anlage bei Stromausfall weiterhin als Notstromversorgung. Der Wechselrichter kann in den Inselbetrieb geschaltet werden, und die PV-Anlage sowie die Batterien können über den Wechselrichter die Verbraucher versorgen.
Netzgekoppeltes Photovoltaik-Energiespeichersystem
Photovoltaikanlagen mit netzgekoppelten Energiespeichern speichern überschüssigen Strom und erhöhen so den Anteil der Eigenerzeugung und des Eigenverbrauchs. Diese Systeme kommen zum Einsatz, wenn die PV-Eigenerzeugung und der Eigenverbrauch nicht ins Internet eingespeist werden können, die Tarife für Spitzenlasten deutlich höher sind als die für Wellenlasten und die Tarife für Eigenverbrauch wesentlich höher als die Einspeisevergütung. Das System besteht aus einem quadratischen Photovoltaik-Array mit Solarzellenmodulen, einem Solarladeregler, einem Batteriespeicher, einem netzgekoppelten Wechselrichter, einem Strommessgerät, einem Verbraucher und weiteren Komponenten. Der Laderegler speichert einen Teil der Solarenergie und speist den Verbraucher ein, wenn die Solarenergie den Bedarf übersteigt. Reicht die Solarenergie nicht aus, um den Bedarf zu decken, wird das System durch eine Kombination aus Netz- und Solarenergie versorgt. Nach dem Wegfall der Photovoltaik-Förderung können netzgekoppelte Energiespeichersysteme in einigen Ländern und Regionen vor der Installation von Solaranlagen installiert werden, sodass der Photovoltaikstrom vollständig selbst erzeugt und verbraucht werden kann. Der netzgekoppelte Energiespeicher kann mit Wechselrichtern verschiedener Hersteller unter Beibehaltung der ursprünglichen Konfiguration verwendet werden. Sobald der Stromsensor einen Stromfluss ins Netz erkennt, aktiviert sich der Energiespeicher, speichert überschüssige Energie in der Batterie und schaltet, falls diese voll ist, den elektrischen Warmwasserbereiter ein. Die Batterie kann so eingestellt werden, dass sie bei erhöhtem Stromverbrauch im Haushalt, beispielsweise nachts, Strom über den Wechselrichter an die Verbraucher abgibt.
Mikronetzsystem zur Energiespeicherung
Ein quadratisches Solarzellenfeld, ein netzgekoppelter Wechselrichter, ein bidirektionaler PCS-Wandler, ein intelligenter Schalter, ein Batteriespeicher und ein Generator bilden das Mikronetzsystem. Bei Lichteinfall wandelt das Photovoltaik-Feld Sonnenenergie in Strom um. Dieser wird dann über den Wechselrichter zur Stromversorgung der Verbraucher und über den bidirektionalen PCS-Wandler zum Laden des Batteriespeichers genutzt. Bei Dunkelheit übernimmt der Batteriespeicher die Stromversorgung der Verbraucher mithilfe des bidirektionalen PCS-Wandlers. Das Mikronetz ist die effizienteste Lösung zur Gewährleistung der Netzsicherheit, da es die Vorteile dezentraler, sauberer Energie voll ausschöpft und gleichzeitig die Nachteile geringer Kapazität, unvorhersehbarer Stromerzeugung und geringer Zuverlässigkeit unabhängiger Stromversorgungen minimiert. Der sichere Betrieb des Systems ergänzt das bestehende Stromnetz sinnvoll. Mikronetze können traditionellen Unternehmen erheblich bei der Modernisierung in puncto Wirtschaftlichkeit und Umweltschutz helfen. Experten zufolge sind die Anwendungsbereiche von Mikronetzen vielfältig und reichen von wenigen Kilowatt bis zu mehreren Dutzend Megawatt. Mikronetze können für einzelne Gebäude bis hin zu Industrieanlagen, Bergwerken, Unternehmen, Krankenhäusern und Schulen konzipiert werden.
Ende Oktober 2020 genehmigte die Nationale Energieverwaltung die Umsetzung des „PV-Kraftwerkseffizienzkodex“, der das Kapazitätsverhältnis von Photovoltaik-Kraftwerken vollständig liberalisiert, mit einem empfohlenen Kapazitätsverhältnis von bis zu 1.
Gelegenheit:Die Lieferungen von PV-Modulen im Inland werden langfristig weiterhin deutlich steigen, ebenso wie die Lieferungen von Wechselrichtern. Eine angemessene Überversorgung kann die niedrigsten Stromgestehungskosten (LCOE) erzielen, den internen Zinsfuß (IRR) von Projekten verbessern und die Parität beschleunigen.
Herausforderung:Lichtausfälle und die Volatilität der Überlastungs- und Überlastkapazität von PV-Wechselrichtern.
Die Etablierung eines soliden Industriestandardsystems für Energiespeicherung, die Vielzahl an Komponenten in einem Energiespeichersystem, die unterschiedliche Leistung der Komponenten in der industriellen Wertschöpfungskette sowie Brände und andere Unfälle stellen ein wesentliches Hindernis für die Entwicklung der Energiespeicherung dar.
Um den unabhängigen Marktstatus von Energiespeichern zu klären, können Energiespeicheranlagen mit Photovoltaik, thermischer Energie und anderen Energiequellen als Ganzes kombiniert werden, um an den Spitzenlast- und Frequenzverschiebungsdiensten des Stromsystems teilzunehmen und Einnahmen zu erzielen, aber auch als unabhängige Marktteilnehmer.
Eine diversifizierte und stabile politische Unterstützung sowie eine industriepolitische Unterstützung für Energiespeicher müssen mit der Marktöffnung synchronisiert werden, während gleichzeitig diversifizierte Industriepolitiken für unterschiedliche Anwendungsszenarien umgesetzt werden.
Chinas zukünftige Energieentwicklung wird den Prozess von kohlenstoffintensiven über kohlenstoffarme zu kohlenstoffneutralen Technologien durchlaufen. Im Stromsektor wird der Einsatz neuer Energien von einer schrittweisen Substitution konventioneller Technologien zu einer vollständigen Bestandsersetzung übergehen, um auf der Verbraucherseite Energiespeicherung und neue Energien zu integrieren und so eine Energieparität zwischen Energiespeicherung und neuen Energien zu erreichen. Es wird erwartet, dass neue Energiequellen wie Photovoltaik bis 2035 mehr als 30 % des Energiemixes ausmachen und so den steigenden Energieverbrauch unterstützen, ohne die CO₂-Emissionen zu erhöhen.
Ob es sich bei der Installation eines Energiespeichers im Übertragungsnetz oder in der Stromverteilung um eine gemeinsame Nutzung des Standorts mit einer Anlage zur Erzeugung erneuerbarer Energien oder um eine unabhängige Nutzung des Netzes handelt, liegt der Hauptgrund für die Nutzung im Strommarkt und die Diversifizierung der Betriebsmodi.
Neue Energien, insbesondere netzgekoppelte Energiespeicher, rücken in den Fokus und werden weltweit schrittweise in Form von Wind- und Solarspeichern erprobt. Energiespeicher unterstützen Photovoltaik- und Windkraftanlagen und tragen zur wirtschaftlichen Stabilisierung, zur Regulierung von Wind- und Lichtnutzung bei. Dies hat bereits zu deutlichen Verbesserungen geführt.
