Wirtschaftlich optimale Anlagengröße von gebäudeintegrierten Photovoltaiksystemen unter Berücksichtigung des Eigenverbrauchsanteils

Die Wirtschaftlichkeit von dezentralen Photovoltaiksystemen hängt derzeit stark vom Eigenverbrauchsanteil des erzeugten PV-Stroms im Gebäude ab. Eine Studie von Österreichischer Energieagentur und EVN AG zeigt auf, mit welcher Anlagendimensionierung ein möglichst optimaler Eigenverbrauchs¬anteil von PV-Strom in Wohn- und Nichtwohngebäuden unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten erreicht werden kann.

Durch die dezentrale Stromproduktion von Photovoltaikanlagen werden private Haushalte oder Unternehmen von reinen Verbrauchern („consumer“) zu Produzenten („prosumer“). Die derzeitigen Rahmenbedingungen geben dem Eigenverbrauchsanteil des im Gebäude erzeugten PV-Stroms klar den Vorzug gegenüber der Netzeinspeisung. Im Projekt „PV-Strom in Gebäuden“ untersuchte die Österreichische Energieagentur gemeinsam mit der EVN AG, mit welcher Anlagendimensionierung ein möglichst optimaler Eigenverbrauchsanteil von PV-Strom in Wohn- und Nichtwohngebäuden unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten erreicht werden kann.

Methode

Bisherige Analysen haben gezeigt, dass speziell im Wohngebäudebereich die Stromnutzung stark von den jeweiligen Personen- bzw. Nutzergruppen abhängt. Um den Einfluss der unterschiedlichen Lebensgewohnheiten bewerten zu können, wurden neben dem bereits vorhandenen Standardlastprofil der Energieversorger (H0 – Haushalt allgemein) die folgenden spezifischen Nutzungsprofile untersucht (vgl. Abbildung 1):

  • Zwei berufstätige Erwachsene ohne Kinder
  • Familie mit zwei nicht schulpflichtigen Kindern, ein Elternteil in Karenz
  • Familie mit zwei schulpflichtigen Kindern, beide Elternteile arbeiten
  • Pensionistenhaushalt

Abbildung 1: Für die Analyse ausgewählte Nutzungsprofile im Wohnbau

Im Nichtwohngebäudebereich wurden unterschiedliche Nutzerprofile untersucht und schließlich folgende zwei Standardlastprofile für die weiteren Berechnungen ausgewählt (vgl. auch Abbildung 2):

•    Gewerbe allgemein (G0 – Mittelwert der Standardlastprofile G1 bis G6)
•    Gewerbe werktags von 08:00 bis 18:00 Uhr (G1 – z.B. Büros, Werkstätten)

Diese beiden Nutzungsprofile repräsentieren rund 60 % der Gewerbe in Niederösterreich.

 

Abbildung 2: Ausgewählte Nutzungstypen in der Kategorie Nicht-Wohngebäude

Für die Festlegung der technischen (Berechnungsstandort, Aus¬richtung, Anlagengröße, technische Daten der Module und Wechselrichter) und auch der ökonomischen Basisparameter (Energiepreise, Steigerungsraten, Förderungen) wurden gängige Normen (u.a. ÖNORM M 7140), Statistiken und relevante Literatur herangezogen.

Ergebnisse

Für die analysierten Nutzungsprofile ergibt sich im Basisszenario ein Eigenverbrauchsanteil zwischen 22 % (Lastprofil 2 Erwachsene) und 55 % (Lastprofil Gewerbe 8-18 Uhr), bzw. eine Amortisations¬dauer zwischen 12,8 (Lastprofil Gewerbe 8–18 Uhr) und 23,3 Jahren (Lastprofil 2 Erwachsene).

In einer ersten Betrachtung konnte gezeigt werden, dass der Eigenverbrauchsanteil von der Charakteristik (Amplitude und zeitlicher Verlauf) des gemittelten Tageslastganges der Verbraucher und Erzeuger abhängig ist und ein hoher Eigenverbrauchsanteil – unter Annahme der derzeitigen Einspeisevergütungen – zu relativ hohen spezifischen Erlösen führt.

Dass ein hoher Eigenverbrauchsanteil zwangsläufig zu hohen Erlösen führt, gilt jedoch nur unter bestimmten Voraussetzungen. Die Variation der Ausrichtung (Süden, Westen, Osten) und Neigung (30°, 90°) hat nämlich gezeigt, dass trotz steigendem Eigenverbrauchsanteil die Erlöse aufgrund der sinkenden erzeugten Gesamtenergiemenge zurückgehen. Aufgrund des Sonnenganges kann der höchste Jahresertrag bei einer 30° geneigten Südanlage erreicht werden. Das bedeutet, dass sowohl die spezifischen Energieerträge durch optimale Ausrichtung der Anlage, als auch der Eigenverbrauchsanteil zu optimieren sind.

Bei allen betrachteten Anlagen stellt sich ein wirtschaftliches Optimum (kürzeste Amortisationsdauer) in Abhängigkeit der Anlagengröße ein. Im Basisszenario liegt die geringste Amortisationsdauer bei einer installierten Leistung von 1 kWp (Lastprofil Haushalt allgemein), 4,2 kWp (Lastprofil Gewerbe allgemein) bzw. 5 kWp (Lastprofil 2 Erwachsene, Familie – Karenz, Familie, 2 Pensionisten, Gewerbe 8–18 Uhr).

Eine Veränderung der einzelnen Parameter um +/- 20 % (Investitionsförderung, Einspeisetarif, Energiepreissteigerungsrate, Zinssatz) führt zu einer Verkürzung bzw. Verlängerung der Amortisationsdauer um durchschnittlich 0,6 bis 2,7 Jahre. Der Einspeisetarif hat dabei den größten Einfluss auf das Endergebnis.

Zur Bestimmung der wirtschaftlich optimalen Anlagengröße in Abhängigkeit des Eigenverbrauchs wurden drei Zukunftsszenarios berechnet. Die Auswertung der Simulationsergebnisse zeigte, dass die wirtschaftlich optimale Anlagengröße nicht nur von der Charakteristik des Lastprofils (Amplitude, Tagesverlauf), sondern auch zentral von den ökonomischen Berechnungsparametern (Fördersystem) abhängt. Je geringer die Investitionsförderungen bzw. Einspeisetarife, desto kleiner sind auch die wirtschaftlich optimalen Anlagen. In Folge führt dies bei den betrachteten Szenarien zu folgenden Detailergebnissen (vgl. auch vgl. Tabelle 1):

  • Unter den derzeitigen Rahmenbedingungen (Stand Mai 2014; Investitionsförderung  275 €/kWp; Einspeisetarif rund 8 Cent/kWh) liegt das wirtschaftliche Optimum in der Regel im Bereich von 5 kWp. Dies ist darauf zurückzuführen, dass sich ab 5 kWp die ökonomischen Rahmenbedingungen verschlechtern und ein künstliches Optimum bei diesem Punkt generieren. Die erzielbaren Erlöse sind aufgrund des relativ hohen Einspeisetarifs (rund 8 Cent/kWh) im Verhältnis zu den Investitionskosten so hoch, dass auch der relativ geringe Eigenverbrauchsanteil (im Durchschnitt 50 %) nichts an diesem Ergebnis ändert.
  • Beim Szenario „275 €/kWp – 6 Cent/kWh“ kommt man zu einem relativ ähnlichen Ergebnis, allerdings bei etwas kleineren Anlagengrößen. Die erzielbaren Erlöse sind aufgrund des relativ hohen Einspeisetarifs (rund 6 Cent/kWh) im Verhältnis zu den Investitionskosten so hoch, dass sich auch bei diesem Szenario relativ große Anlagen als wirtschaftlich optimal erweisen (3,7 kWp im Durchschnitt). Hier zeigt sich aber schon, dass für die Erzielung des wirtschaftlichen Optimums ein höherer Eigenverbrauchsanteil notwendig ist (im Durchschnitt 54 %).
  • Schlussendlich zeigte sich, dass sich bei sehr geringen Investitionsförderungen (vgl. Szenario „0 €/kWp – 3 Cent/kWh“) bzw. bei sehr geringen Einspeisetarifen (vgl. Szenario „500 €/kWp – 0 Cent/kWh“) ein wirtschaftliches Optimum in der Regel bei eher kleinen Anlagen mit einem hohen Eigenverbrauchsanteil einstellt (Szenario „0 €/kWp – 3 Cent/kWh“: 1,3 kWp bzw. 80 % im Durchschnitt).

Tabelle 1: Wirtschaftlich optimalen Anlagengröße und Eigenverbrauchsanteil in Abhängigkeit vom gewählten Szenario (Quelle: AEA)

Das Projekt wurde im Rahmen des Programms „Haus der Zukunft Plus“ durchgeführt (Website: www.hausderzukunft.at; Projektnummer: 840 670).

Haus der Zukunft Plus ist ein Forschungs- und Technologieprogramm des Bundesministeriums für Verkehr, Innovation und Technologie. Es wird im Auftrag des BMVIT von der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft gemeinsam mit der Austria Wirtschaftsservice Gesellschaft mbH und der Österreichischen Gesellschaft für Umwelt und Technik ÖGUT abgewickelt.

 

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