Die zunehmende Netzkopplungskapazität von Photovoltaikanlagen und die daraus resultierenden Auswirkungen auf das Stromnetz haben günstigere Bedingungen für die Entwicklung von Energiespeichern geschaffen.
Die photovoltaische Energiespeicherung unterscheidet sich von der netzgekoppelten Stromerzeugung dadurch, dass sie Batterien zur Speicherung und Geräte zum Laden und Entladen dieser Batterien nutzt. Die Anfangsinvestition ist zwar höher, das Anwendungsspektrum jedoch deutlich breiter. In diesem Artikel stellen wir vier Anwendungsszenarien für PV-Energiespeicher vor, die verschiedenen Anwendungsbereichen entsprechen: netzgekoppelte PV-Energiespeicherung, netzunabhängige PV-Energiespeicherung, hybride PV-Energiespeichersysteme und PV-Mikronetz-Energiespeicherung.
1. Szenario für netzunabhängige PV-Energiespeicheranwendungen
Photovoltaische netzunabhängige Energiespeicher- und Stromerzeugungssysteme werden zunehmend in abgelegenen Bergregionen, stromlosen Gebieten, auf Inseln, in Kommunikationsbasisstationen und zur Straßenbeleuchtung sowie an anderen Orten eingesetzt, wo sie autonom und ohne Abhängigkeit vom Stromnetz funktionieren können.
Das System besteht aus einer Photovoltaikanlage, einem Photovoltaik-Wechselrichter, einem Batteriespeicher und einem Verbraucher. Bei Lichteinfall wandelt die Photovoltaikanlage Sonnenenergie in elektrische Energie um und versorgt gleichzeitig den Verbraucher über die invers geregelte integrierte Maschine mit Strom und lädt den Akku. Bei Dunkelheit versorgt der Akku den Verbraucher über den Wechselrichter mit Strom.
Inselnetz-Photovoltaikanlagen sind speziell für den Einsatz in Regionen ohne Stromnetz oder mit häufigen Stromausfällen konzipiert. Diese Systeme arbeiten nach dem Prinzip „Speicherung und Nutzung“ oder „erst Speicherung, dann Nutzung“, ähnlich wie Holzkohle durch Schnee transportiert wird. In Gebieten ohne Stromnetz oder mit häufigen Stromausfällen, die Familien betreffen, sind Inselnetz-Systeme äußerst praktisch.
2. Szenarien für PV-Hybrid-Netz-Energiespeicheranwendungen
PV-Hybrid-Netzspeichersysteme werden häufig bei häufigen Stromausfällen eingesetzt. Hohe Eigenverbrauchstarife verhindern Überschüsse für das Internet; Spitzenlasttarife sind deutlich teurer als Tarife für Schwachlastzeiten und alternative Anwendungen.
Das System besteht aus Photovoltaikanlagen mit Solarzellenmodulen, netzunabhängigen und netzgekoppelten Solaranlagen, Batteriespeichern, Verbrauchern und weiteren Komponenten. Bei Lichteinfall wandelt die Photovoltaikanlage Sonnenenergie in elektrische Energie um und lädt den Batteriespeicher, während sie über den Wechselrichter die Verbraucher mit Strom versorgt. Bei Lichtmangel lädt der Batteriespeicher den Wechselrichter und versorgt anschließend die Verbraucher mit Strom.
Der Einsatz von Lade-/Entladereglern und Batterien in netzgekoppelten und netzunabhängigen Systemen erhöht die Gesamtkosten im Vergleich zu netzgekoppelten Systemen um etwa 30–50 %. Diese Erweiterung vergrößert jedoch die Einsatzmöglichkeiten des Systems. Erstens kann die PV-Anlage so konfiguriert werden, dass sie in Zeiten hohen Strombedarfs ihre Nennleistung erbringt, um die Stromkosten zu senken. Zweitens kann die PV-Anlage im Inselbetrieb geladen und während der Spitzenlastzeiten entladen werden, wodurch die Preisdifferenz zwischen Spitzen- und Schwachlastzeiten genutzt wird. Schließlich dient die PV-Anlage bei Stromausfall als Notstromversorgung, und der Wechselrichter kann für den Inselbetrieb deaktiviert werden. Dieses Szenario wird derzeit in Industrieländern immer häufiger umgesetzt.
3. Anwendungsszenarien für netzgekoppelte Photovoltaik-Energiespeichersysteme
Ein netzgekoppeltes Photovoltaik-Stromerzeugungssystem mit Energiespeicher, das im Wechselstrom-Kopplungsmodus arbeitet und überwiegend Photovoltaik- und Energiespeicherkomponenten nutzt. Neben der Steigerung des Anteils an Eigenverbrauch und der dezentralen Photovoltaik-Speicherung, der industriellen und gewerblichen Photovoltaik-Energiespeicherung sowie anderen potenziellen Anwendungen kann das System auch überschüssigen Strom speichern.
Die Photovoltaikanlage besteht aus Solarzellenmodulen und wird durch einen Akku, einen Lade-/Entladeregler (PCS) und einen Stromverbraucher ergänzt. Reicht die Solarstromerzeugung nicht aus, um den Stromverbrauch zu decken, wird das System teilweise durch Solarenergie und Netzstrom versorgt. Übersteigt die Solarstromerzeugung hingegen den Stromverbrauch, wird ein Teil der Solarenergie zur Versorgung des Verbrauchers genutzt, während der Rest im Regler gespeichert wird. Das Energiespeichersystem kann zudem für Lastmanagement, Lastspitzenausgleich und weitere Szenarien eingesetzt werden, um die Rentabilität des Systems zu steigern.
Auf Chinas neuem Energiemarkt hat das netzgekoppelte PV-Energiespeichersystem als vielversprechendes Anwendungsgebiet für erneuerbare Energien großes Interesse geweckt. Durch die Integration eines Energiespeichers, der Photovoltaik-Stromerzeugung und eines Wechselstromnetzes maximiert das System die Nutzung erneuerbarer Energien.
4. Anwendungsszenarien für Energiespeichersysteme in Mikronetzen
Aufgrund seiner Bedeutung als Energiespeichergerät nimmt das Mikronetz-Energiespeichersystem eine immer wichtigere Stellung im chinesischen Stromsystem und bei der Entwicklung neuer Energien ein.
Mit zunehmender Beliebtheit erneuerbarer Energien und fortschreitenden wissenschaftlichen und technologischen Fortschritten wachsen auch die Anwendungsbereiche für Energiespeichersysteme in Mikronetzen stetig. Diese Anwendungsbereiche betreffen im Wesentlichen die beiden folgenden Aspekte:
1) Dezentrale Energieerzeugung und Energiespeichersystem: Dezentrale Energieerzeugung bezeichnet die Aufstellung von Kleinanlagen zur Stromerzeugung in unmittelbarer Nähe des Endverbrauchers. Dabei werden Energiequellen wie Windkraft, Photovoltaik und andere genutzt. Überschüssiger Strom wird in einem Energiespeichersystem gespeichert und dient als Notstromversorgung bei hohem Strombedarf oder Netzausfällen.
2) Notstromversorgung durch Mikronetze: Für eine zuverlässige lokale Stromversorgung in abgelegenen Gebieten, auf Inseln und anderen Orten mit schwierigem Netzzugang können Energiespeichersysteme für Mikronetze als Reserveenergiequellen eingesetzt werden.
Durch die Nutzung der komplementären Nutzung verschiedener Energiequellen können Mikronetze das Potenzial dezentraler sauberer Energiequellen optimal ausschöpfen. Dadurch lassen sich Nachteile wie begrenzte Kapazität, unzuverlässige Stromerzeugung und unzuverlässige unabhängige Stromversorgung abmildern, während gleichzeitig der sichere Betrieb des übergeordneten Stromnetzes gewährleistet wird. Somit stellen Mikronetze eine wertvolle Ergänzung des übergeordneten Stromnetzes dar. Die Anwendungsbereiche von Mikronetzen sind deutlich größer und reichen von wenigen Kilowatt bis zu mehreren zehn Megawatt. Auch die Vielfalt der möglichen Implementierungen ist erheblich größer.
Die Nutzungsmuster für photovoltaische Energiespeicher sind vielfältig und umfassen Mikronetze, Inselsysteme und netzgekoppelte Systeme. Die praktischen Anwendungen erneuerbarer Energien zeichnen sich durch die spezifischen Vorteile und Eigenschaften jedes Szenarios aus, die gemeinsam eine zuverlässige und effiziente Stromversorgung gewährleisten.
Mit dem Fortschritt der Photovoltaik-Technologie und sinkenden Kosten wird die Speicherung von Photovoltaik-Energie im zukünftigen Energiesystem eine immer wichtigere Rolle spielen. Gleichzeitig werden die Weiterentwicklung und Umsetzung verschiedener Szenarien den raschen Fortschritt des aufstrebenden chinesischen Energiesektors fördern und zur Energiewende sowie zu einer kohlenstoffarmen und ökologisch nachhaltigen Entwicklung beitragen.
