Interpretation der Ergebnisse aus dem Beispiel

Dieses Kapitel liefert eine strukturierte Auswertung der Simulationsergebnisse des Energiesystems. Im Fokus steht die Analyse der energetischen und wirtschaftlichen Leistungsfähigkeit unter realitätsnahen Bedingungen. Dabei werden zentrale Zusammenhänge zwischen Energieerzeugung, -verbrauch, -speicherung und Netzbezug betrachtet.

Plausibilitätscheck der Ergebnisse

Überprüfung der Verbindungen zwischen den Komponenten

Zur Überprüfung der korrekten Modellierung wird das Energiesystem-Diagramm von Szenario_2 herangezogen. Dieses Szenario umfasst folgende Komponenten:

• Netzanschluss

• Elektrischer Energiebedarf

• Photovoltaikanlage (PV)

• Batteriespeicher

Struktur und Verbindungen

Die Darstellung zeigt eine vollständige und technisch konsistente Verbindung aller relevanten Elemente:

• Die PV-Anlage ist mit drei Ausgängen verbunden:

  • Einspeisung ins Netz

  • Direktverbrauch

    • Direkte Versorgung des Strombedarfs

    • Ladung des Batteriespeichers

  • Überschüsse werden im Pfad “EE-Abregelung” erfasst.

• Der Batteriespeicher ist flexibel angebunden:

  • Ladung aus PV-Erzeugung oder Netzbezug

  • Entladung zur Deckung des Strombedarfs über den Direktverbrauch

• Der Netzanschluss liefert Strom zum Verbraucher oder zur Batterie und nimmt Energie aus PV-Einspeisung auf.

• Der Strombedarf wird durch drei Pfade gedeckt:

  • Direkt aus PV-Erzeugung

  • Entladung der Batterie

  • Netzstrombezug

Bewertung

Das Diagramm bildet das logische Verhalten des Energiesystems realistisch ab:

• Energieflüsse sind klar erkennbar und vollständig.

• Es gibt keine unverbundenen oder überflüssigen Elemente.

• Die Pfade folgen den physikalisch-technischen Prinzipien eines hybriden Energiesystems (Erzeugung, Speicherung, Netzinteraktion).

Überprüfung der Energiemengen

Zur Prüfung der Konsistenz zwischen Energiebedarf und den zugeführten Energiemengen wird das Energiemengen-Diagramm verwendet. Das Ziel dieser Analyse ist:

• Sicherzustellen, dass die Jahresenergiemengen der angegebenen Zeitreihen korrekt sind.
  Das bedeutet: Für Strombedarf und PV-Erzeugung sollte kontrolliert werden, ob die Energiemenge korrekt berechnet wurde.
  Ein typischer Fehler ist die Verwendung einer falschen Energieeinheit, dies kann das Ergebnis um den Faktor 4 verfälschen.

• Sicherzustellen, dass die Summe der zugeführten Energie (PV, Netz, Batterie) den gesamten Strombedarf deckt

• Zu prüfen, ob die Energieströme logisch und vollständig modelliert sind

Welche Komponenten sollten ausgewählt werden?

Um den Abgleich korrekt durchzuführen, solltest du in der Legende (oben rechts im Bild) insbesondere folgende Komponenten auswählen (oder sicherstellen, dass sie aktiv angezeigt werden):

Verbrauchsseitig (Strombedarf)

• Strombedarf Stromverbrauch (Eigenverbrauch) → Strom, der direkt aus PV oder Batterie bezogen wird.

• Strombedarf Stromverbrauch (Netzbezug) → Strom, der aus dem Netz bezogen wird

• Strombedarf Bedarfsleistung elektrisch → Gesamter elektrischer Strombedarf des Systems

• Strombedarf Aggregation aller Komponenten (optional zur Kontrolle) –> Gesamtenergiebedarf als Summe

Erzeugerseitig

• PV 1 Stromerzeugung Direktverbrauch → PV, die direkt um Verbrauch verwendet wird

• PV 1 Stromerzeugung Einspeisung → PV, die ins Netz eingespeist wird

• PV 1 Erzeugungsleistung elektrisch → Gesamt-PV-Erzeugung

Netzkomponenten

• Netzanschluss 1 Netzbezug → Strombezug aus dem Netz

• Netzanschluss 1 Einspeisung → Strom, der ins Netz eingespeist wird

Speicherkomponenten

• Batterie 1 Laden (Eigenstrom)

• Batterie 1 Entladen (Direktverbrauch)

• Batterie 1 Laden (Netzbezug)

Verluste und Überschüsse

• EE-Abregelung Abregelung Bezug → Zeigt Verluste durch nicht genutzte PV-Energie (z.B. bei Vollem Speicher)

Was soll überprüft werden?

• Summe der verbrauchten Energie = Strom aus Eigenverbrauch + Netzbezug
  ➝ Muss mit dem Strombedarf übereinstimmen

• Summe der PV-Erzeugung = Direktverbrauch + Einspeisung + Laden + Abregelung
  ➝ Muss mit der Gesamtproduktion der PV übereinstimmen

• Bilanz Batteriespeicher:
  ➝ Lade- und Entladeenergiemengen sollten plausibel sein (Ladung nie deutlich < Entladung)

Überprüfung der Kosten im IST-Szenario

Überprüfung, ob die im Modell hinterlegten Arbeitspreise (19ct/kWh) und Leistungspreise (190€/kW) realistische Kosten verursachen und ob die Modellierung damit plausibel ist.

Plausibilitätscheck

• Netzbezugskosten (Arbeitspreis)

1.305.147 kWh × 0,19 €/kWh = 247.977,93 € → Stimmt exakt mit dem Modellwert überein

Die berechneten Kosten stimmen exakt mit den Modellwerten überein und lassen auf eine technisch korrekte Parametrierung schließen.
Die verwendeten Preisannahmen sind marktüblich und plausibel – das Modell bildet die Realität damit zuverlässig ab.

Das IST-Szenario dient somit als valide wirtschaftliche Referenz für die Bewertung zukünftiger PV- und Speichersysteme.

Erste Energetische Rückschlüsse

Sankey-Diagramm

Im Szenario 4 (PV + kleiner Speicher + dynamischer Preis) zeigt das Sankey-Diagramm eine ausgewogene energetische Verteilung

PV-Nutzung: Eigenverbrauch vs. Netzeinspeisung

Aus dem Diagramm:

• Die PV-Anlage speist Energie in drei Richtungen:

  • Direkt in den Bus el Direktverbrauch 559MWh (60,47%)

  • Überschuss 40,3 MWh (4,36%)

  • In den Bus el Einspeisung (→ Netzeinspeisung) 325MWh (35,16%)

Interpretation:

• Ein großer Anteil der PV-Energie geht in den Eigenverbrauch 60,43% (über Direktverbrauch und Batterie).

• Ein kleinerer Teil geht ins Netz 35,15% (Einspeisung) → Das zeigt gute Eigenverbrauchsquote.

Die Ergebnisse zeigen, dass es wirtschaftlich sinnvoll ist, den erzeugten PV-Strom möglichst direkt am eigenen Standort zu nutzen, anstatt ihn ins Netz einzuspeisen.Der Batteriespeicher unterstützt dabei, PV-Überschüsse zeitversetzt für den Eigenbedarf verfügbar zu machen.

Strombezug: Anteil am Strombedarf

• Der Netzanschluss Bezug speist Energie in den Bus el Netzbezug, der zum Teil

  • direkt in den Strombedarf fließt 673MWh

  • oder in die Batterie (zum Laden bei niedrigen Preisen) 79,9MWh

Interpretation:

• Ein nennenswerter Teil des Strombedarfs wird weiterhin aus dem Netz gedeckt.

• Der Rest kommt aus:

  • Direktem PV-Verbrauch

  • Batterie-Entladung

Das System nutzt dynamische Preise, um günstig Strom zu beziehen → ökonomisch sinnvoll.

Batteriespeicher 200kWh Kapazität: Nutzung in kWh pro Jahr

Aus dem Fluss im Diagramm:

• Die Batterie erhält Energie vom:

  • Bus el Direktverbrauch (PV-Überschuss) 56,7 MWh

  • Bus el Netzbezug (Netzstrom bei günstigen Preisen) 79,9 MWh

• Entladen wird in den Bus el Direktverbrauch 130 MWh → zur Deckung des Strombedarfs

Interpretation:

• Der Speicher wird aktiv geladen und entladen → gute Ausnutzung trotz kleiner Größe.

• Die Zahlen belegen, dass der Speicher effizient genutzt wird und sowohl Eigenverbrauchsanteile erhöht als auch Lastverschiebungen zur Kostenreduktion ermöglicht.

Hinweis: Eine detaillierte Bewertung der Speicheraktivität im Diagramm “Betriebs- und Volllaststunden“ Betriebs- und Volllaststunden

Wirtschaftlichkeit

In diesem Kapitel wird die Wirtschaftlichkeit des Energiesystems anhand von Kosten, Einnahmen, Einsparpotenzialen und der Amortisationszeit bewertet. Ziel ist es, die Rentabilität der Investition zu analysieren und zentrale Kostentreiber sowie Optimierungsmöglichkeiten zu identifizieren.

Kosten und Einnahmen

Hier werden die Laufenden Kosten und Potenziellen Einnahmen des Energiesystems betrachtet, um dessen wirtschaftliche Effizienz zu bewerten.

Wo können Einsparungen erzielt werden?

• Netzbezugskosten (grau)

Durch den Einsatz von Photovoltaik (PV) und Batteriespeichern sinken die Kosten für den Netzbezug deutlich. Besonders in den Szenarien mit PV und Batteriespeicher (Szenarien 2-5) sind die Einsparungen sichtbar.

• Leistungspreis (grün)

Auch der Leistungspreis kann durch Batteriespeicher und PV reduziert werden, da Lastspitzen besser abgefangen werden.

• Dynamische Preise

In den Szenarien mit dynamischen Strompreisen (Szenarien 4 und 5) sind zusätzliche Einsparungen möglich, da der Speicher gezielt zu günstigen Zeiten geladen wird.

Wo können keine Einsparungen erzielt werden?

• Betriebskosten EMS (dunkelgrün)

Diese Kosten bleiben in allen Szenarien konstant und machen nur einen kleinen Anteil der Gesamtkosten aus.

• Stromeinspeisung (hellgrün)

Die Einnahmen durch Stromeinspeisung steigen zwar mit PV.

Hauptkostentreiber

• Netzbezugskosten (grau)

Der größte Anteil an den Gesamtkosten in allen Szenarien.

• Leistungspreis (grün)

Zweitgrößter Kostentreiber, aber durch Speicher und PV beeinflussbar.

=> Die größten Einsparpotenziale liegen beim Netzbezug und beim Leistungspreis, beide können durch PV und Batteriespeicher (vor allem mit dynamischen Preisen) deutlich reduziert werden. Die Betriebskosten des Energiemanagementsystems (EMS) sind dagegen konstant und gering.

Amortisationszeit fix

In diesem Abschnitt wird berechnet, nach wie vielen Jahren sich die Investition in das Energiesystem durch die erzielten Einsparungen und Einnahmen amortisiert. Ziel ist es, die Wirtschaftlichkeit und den Zeitraum bis zur Kostendeckung transparent darzustellen.

Was bringt die PV-Anlage allein?

• Deutliche Reduktion der laufenden Kosten im Vergleich zum IST-System.

• Investitionskosten steigen moderat, bleiben aber überschaubar.

• Einsparungen sind signifikant und führen zu einer relativ kurzen Amortisationszeit (die Investition zahlt sich schneller zurück als bei anderen Szenarien ohne PV).

=> Fazit: Die PV-Anlage allein ist wirtschaftlich attraktiv und amortisiert sich schneller als größere Systemkombinationen.

Was bringt PV + Batterie?

• Noch größere Einsparungen bei den laufenden Kosten im Vergleich zu nur PV.

• Investitionskosten steigen deutlich – je nach Größe des Batteriespeichers und ob ein dynamischer Preis genutzt wird.

• Amortisationszeit:

  • Kann sich verlängern, da die höheren Investitionskosten die zusätzlichen Einsparungen teilweise kompensieren.

  • Die Amortisationszeit hängt stark von der Speichergröße und dem Preismodell ab.

=> Fazit: PV + Batterie bringt zusätzliche Einsparungen, ist aber mit höheren Anfangsinvestitionen verbunden. Die Wirtschaftlichkeit verbessert sich vor allem bei optimaler Speichergröße und dynamischen Preisen.

Zusammengefasst:

• PV allein: Schnelle Amortisation, gute Einsparungen, moderate Investition.

• PV + Batterie: Höhere Einsparungen, aber auch höhere Investition und längere Amortisationszeit – wirtschaftlich besonders interessant bei dynamischen Strompreisen und optimaler Speichergröße.

Analyse der Amortisationszeit im flexiblen Referenzszenario

Im Rahmen der Wirtschaftlichkeitsanalyse eines Energiesystems wurden verschiedene Systemkonfigurationen hinsichtlich ihrer Investitionskosten, Einsparungen und Amortisationszeiten untersucht. Die Szenarien 2 bis 5 werden dabei nicht mit dem IST-System, sondern direkt mit dem PV-System (Szenario 1) verglichen. Dies erlaubt eine gezielte Bewertung des Mehrwerts eines Batteriespeichers gegenüber einer reinen PV-Anlage.

Investitionskosten

• Die Investitionskosten steigen proportional zur Größe des Batteriespeichers.

• Szenario 2 (kleiner Speicher) weist eine moderate Zusatzinvestition auf, während Szenario 3 (großer Speicher) eine deutlich höhere Investition erfordert.

• Die Szenarien mit dynamischem Strompreis (4 und 5) beinhalten dieselben Speichergrößen, jedoch keine zusätzlichen Investitionskosten im Vergleich zu Szenario 2 bzw. 3.

Einsparungen

• Mit zunehmender Speichergröße steigen auch die Einsparungen durch optimierten Eigenverbrauch und Lastverschiebung.

• Besonders in den Szenarien mit dynamischem Strompreis (4 und 5) sind die Einsparungen deutlich höher, da der Speicher gezielt zu günstigen Zeiten geladen und teure Netzbezüge vermieden werden können.

Amortisationszeit

• Die Amortisationszeit ergibt sich aus dem Verhältnis der Zusatzinvestition zu den zusätzlichen Einsparungen gegenüber dem PV-System.

• Szenario 4 (kleiner Speicher + dynamischer preis) zeigt die kürzeste Amortisationszeit unter allen Batterieszenarien.

• Szenario 5 (großer Speicher + dynamischer Preis) verbessert die Wirtschaftlichkeit gegenüber Szenario 3, bleibt aber hinter Szenario 4 zurück.

Fazit

Das Wirtschaftlich effizienteste Energiesystem im Vergleich zum PV-System ist die Kombination aus PV-Anlage, kleinem Batteriespeicher und dynamischem Strompreis (Szenario 4) diese Konfiguration bietet:

• Optimierte Investitionskosten

• Hohe Einsparungen durch Lastmanagement

• Kurze Amortisationszeit

• Hohe Flexibilität bei Strompreisschwankungen