Was Sie beim Kauf einer Photovoltaikanlage für Ihr Haus beachten sollten

Im Zuge der Energiewende in der Schweiz können Hausbesitzer die Investition in eine Photovoltaik-Anlage (PV) in Erwägung ziehen. Das optimale Design der PV-Anlage hängt jedoch von den Präferenzen des Hausbesitzers ab: Wir zeigen, dass, wenn das primäre Ziel darin besteht, Geld zu sparen, grössere PV-Anlagen zu bevorzugen sind. Wenn jedoch das Hauptziel darin besteht, den CO2-Fussabdruck zu reduzieren, kann eine kleinere PV-Anlage mit einer Batterie langfristig grössere Vorteile bieten. Wir zeigen auch, dass sich Hausbesitzer in einer Zukunft, in der die Menge an Strom, die in das Verteilungsnetz exportiert werden kann, begrenzt sein könnte, für kleinere PV-Anlagen entscheiden könnten.

Photovoltaik (PV)-Anlagen werden voraussichtlich eine wichtige Rolle bei der Energiewende in der Schweiz spielen, aber Hausbesitzer, die die Installation einer PV-Anlage erwägen, müssen einige wichtige Entscheidungen treffen, z. B. über die Größe ihrer PV-Anlage, die Frage, ob sie ihre Dach-PV-Module neigen sollen und ob eine Batterie installiert werden soll. Das optimale Systemdesign kann je nach den Gründen des Hausbesitzers für die Installation einer PV-Anlage variieren: Während einige Hausbesitzer daran interessiert sind, ihre Energierechnung zu senken, könnten andere durch den Wunsch motiviert sein, ihre Emissionen zu verringern und so einen Beitrag zur Schweizer Energiewende zu leisten. Darüber hinaus könnte sich die politische Landschaft für PV-Anlagen auf Privathaushalten in der Schweiz ändern, da die Schweizer Verteilernetzbetreiber eine Begrenzung der Stromeinspeisung von PV-Anlagen in die lokalen Stromnetze fordern, um eine Überlastung der Leitungen während der Produktionsspitzen zu vermeiden. Solche politischen Änderungen könnten die Kompromisse bei der optimalen Auslegung von PV-Anlagen weiter beeinflussen. In dieser Analyse untersuchen wir die optimale Auslegung der PV-Anlage für Hausbesitzer unter Berücksichtigung von Kosten und Emissionen bei verschiedenen Szenarien, die den Stromexport in das lokale Verteilnetz begrenzen, und leiten Empfehlungen für Hausbesitzer ab.

Steigender Anteil der PV in Privathaushalten wird wahrscheinlich Exportgrenzen erfordern

Mit zunehmendem Anteil von PV-Anlagen in Privathaushalten wird es wahrscheinlich Situationen geben, in denen viele Haushalte gleichzeitig überschüssigen PV-Strom in das lokale Verteilungsnetz einspeisen. Dies könnte beispielsweise um 12 Uhr mittags an einem sonnigen Sommertag der Fall sein, wenn die PV-Stromerzeugung den Strombedarf der Haushalte zu dieser Zeit übersteigt. Solche Situationen können zu Engpässen in den lokalen Verteilnetzen führen, was zu Überlastungen der Stromleitungen und zur Destabilisierung des Netzes führen kann. Um solche Szenarien zu verhindern, sind die Schweizer Verteilnetzbetreiber mit dem Vorschlag, die den Verkauf von überschüssigem PV-Strom an das Netz, im Folgenden als Exportgrenzen bezeichnet. Unter AustralienEinige Verteilernetzbetreiber verbieten die Stromexporte von PV-Anlagen sogar ganz. Solche Exportbeschränkungen wirken sich stark auf die finanzielle Rentabilität von PV-Anlagen aus. Es ist zwar noch ungewiss, ob solche Beschränkungen in der Schweiz eingeführt werden, aber in einem aktuelle StudieWir haben untersucht, wie Exportgrenzen die kosten- und emissionsoptimale Auslegung von PV-Anlagen für potenzielle PV-Eigentümer in der Schweiz beeinflussen.

Wie man das optimale PV-Systemdesign ermittelt

Um zu untersuchen, wie sich Exportbeschränkungen auf kosten- oder emissionsoptimale PV-Anlagen für Wohngebäude auswirken könnten, haben wir ein Optimierungsmodell entwickelt, das die optimale Dach-, Ost-, West- und Südfassaden-PV-Installation sowie die optimale Batterieinstallation für einen gemischt genutztes Gebäude in Dübendorf, in der Nähe von Zürich (siehe Abbildung 1). Der jährliche Strom- und Wärmebedarf des Fallstudiengebäudes beträgt etwa 100 MWh bzw. 200 MWh, wobei der Wärmebedarf vollständig durch eine Wärmepumpe gedeckt wird. Das Modell bestimmt die optimale Größe aller PV-Anlagen und der Batterieanlage und berücksichtigt die im Produktionsprozess aller Technologien entstehenden Emissionen. Außerdem kann die Aufdach-PV-Anlage geneigt werden. Dieser Neigungswinkel ist wichtig, da sich durch die Neigung der Aufdach-PV-Anlage der Zeitpunkt der Stromerzeugung verschieben lässt, z. B. von der Mittagszeit auf den Nachmittag, was dazu beitragen könnte, die Stromerzeugung besser auf die lokalen Stromverbrauchsmuster abzustimmen. Dies ist jedoch mit Kosten verbunden. Durch die Neigung der Aufdach-PV-Anlage sinkt das Gesamtvolumen der Stromerzeugung, was zu einem Kompromiss zwischen dem Zeitpunkt der Stromerzeugung und dem Gesamtvolumen der Erzeugung führt.

Abbildung 1: Schema der in dieser Studie betrachteten PV-Anlagen für Wohngebäude mit optionalem Batteriespeicher. Die Größe der Aufdach-PV-Anlage wird optimiert, ebenso wie die Größe der nach Osten, Westen und Süden ausgerichteten Fassaden-PV-Anlagen. Außerdem kann ein Batteriesystem installiert werden. Beachten Sie, dass die Aufdachanlage gekippt werden kann, um die Stromproduktion auf verschiedene Tageszeiten zu verlagern.

Wir bewerten zunehmend strengere politische Fälle, von einem Basisfall ohne Exportbeschränkungen bis zu einem Fall, in dem keine Exporte erlaubt sind. Zwischen diesen Fällen variieren wir linear die maximale Leistung, die PV-Eigentümer exportieren können, die auf 50% bzw. 25% des ursprünglichen Wertes begrenzt ist (siehe Tabelle 1).

Tabelle 1 Szenario-Beschreibungen

Abbildung 2 zeigt die optimale Größe aller Technologien sowie den Neigungswinkel der PV-Aufdachanlage für alle Szenarien. Die obere Reihe zeigt die kostenoptimalen Ergebnisse, während die untere Reihe das emissionsoptimale Systemdesign für die verschiedenen Exportlimitszenarien darstellt.

Abbildung 2: Optimale Auslegung der PV-Anlagen für zunehmend strengere Exportgrenzen entlang der x-Achse für das kostenoptimierte System (obere Reihe) und das emissionsoptimierte System (untere Reihe). Die Szenarien sind in Tabelle 1 zusammengefasst und beschrieben. Die Neigungswinkel der Dächer sind mit einer Zahl auf dem entsprechenden Balken angegeben.

Priorisierung von Kosten und Emissionen bei der Planung von PV-Systemen

Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass Hausbesitzer bei der Entscheidung, ob sie die Kosten- oder die Emissionseinsparungen maximieren wollen, Kompromisse eingehen müssen, und dass die Empfehlungen auch stark von strengen Exportgrenzen beeinflusst werden. Wenn es keine Exportbeschränkungen gibt, stellen wir fest, dass kostenoptimierte Systeme große Aufdach- und Fassaden-PV-Anlagen bevorzugen (>750 m²). Leichte Exportbeschränkungen haben nur begrenzte Auswirkungen auf die optimale Systemauslegung, was darauf hindeutet, dass solche Maßnahmen geeignet sein könnten, Überlastungen des Verteilernetzes zu vermeiden, ohne die finanzielle Rentabilität von PV-Anlagen für Privathaushalte zu beeinträchtigen. Selbst in dem Fall, dass die Exporte auf nur 50% der Elektrizität des unbeschränkten Falles begrenzt sind, sind die Auswirkungen auf das optimale Systemdesign relativ gering. Bei strengeren Exportbeschränkungen sinkt jedoch die Größe der kostenoptimalen PV-Anlagen. Die Installation einer Batterie ist unter diesen Umständen nicht kostenoptimal. Kostenorientierte Hausbesitzer sollten daher von Batterieanlagen absehen und stattdessen in große PV-Anlagen investieren, um ihre Stromrechnung zu senken und zusätzliche Einnahmen aus dem Verkauf von Strom an das Netz zu erzielen. Beachten Sie, dass sich diese Empfehlung ändern könnte, wenn die Einspeisevergütungen gesenkt werden, wie es die derzeit von der Schweizer Politik erwogen werdenDadurch könnten die Batterien wettbewerbsfähiger werden. 

Hausbesitzern, die Wert auf Emissionsreduzierung legen, wird empfohlen, eine Batterie zu installieren, um den erzeugten Strom vor Ort nutzen zu können, anstatt ihn ins Netz zu exportieren. Mit zunehmend strengeren Exportgrenzwerten nimmt die emissionsoptimale Größe von PV-Anlagen tendenziell ab, und wir beobachten höhere Neigungswinkel für PV-Dachanlagen. Insgesamt stellen wir fest, dass emissionsorientierte Anlagen tendenziell einen höheren Prozentsatz des erzeugten Stroms selbst verbrauchen, d.h. sie haben einen höheren Eigenverbrauch als kostenoptimierte Anlagen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass eine Politik, die den Stromexport in die Verteilnetze begrenzt, die Akzeptanz von PV-Anlagen für Haushalte in der Schweiz erheblich beeinflussen könnte, allerdings nur, wenn die Politik sehr streng ist. Ohne Exportbeschränkungen sollten kostenbewusste Hausbesitzer großen PV-Anlagen ohne Batterien den Vorzug geben. Für emissionsbewusste Hausbesitzer ist die Installation von Batterien von entscheidender Bedeutung, da sie einen höheren Eigenverbrauch ermöglichen und ihren CO2-Fußabdruck verringern. Falls die Einspeisetarife für PV-Anlagen gesenkt werden, könnten sich die finanziellen Anreize zugunsten des Eigenverbrauchs verschieben und die Installation von Batterien könnte selbst bei kostenoptimalen Systemkonzepten finanziell vorteilhaft werden.

Wir stellen ferner fest, dass milde Exportbeschränkungen einen guten Kompromiss zwischen der Begrenzung der negativen Auswirkungen eines hohen Anteils von PV-Anlagen für Privathaushalte auf die lokalen Verteilungsnetze und einer begrenzten Auswirkung auf die kosten- und emissionsbezogenen Vorteile solcher Systeme darstellen könnten. Strenge Exportbeschränkungen, die die exportierbare Strommenge auf nur 25% des Stroms im unbeschränkten Fall begrenzen oder sogar überhaupt keine Exporte erlauben, verringern jedoch die finanziellen Anreize für große PV-Anlagen erheblich. Die Ausrichtung der Energiepolitik auf dezentrale Lösungen wird daher von entscheidender Bedeutung sein, um die Kosteneinsparungen und Emissionsreduzierungen von PV-Anlagen für Privathaushalte zu maximieren und gleichzeitig den sicheren Betrieb der lokalen Stromverteilungsnetze zu gewährleisten. Wenn Sie mehr über unser Modell oder seine Ergebnisse erfahren möchten, lesen Sie bitte unsere Original-Forschungsartikel veröffentlicht in Energy and Buildings.