Typisierung gemessener Lastgänge von Einfamilienhäusern zur optimalen Dimensionierung von PV-Anlagen mit Batteriespeicher unter Einbeziehung von Wärmepumpe und E-Fahrzeug

Abstract

Im Rahmen dieser Bachelorarbeit wird die Wirtschaftlichkeit von wärme- und stromseitig optimierten Einfamilienhäusern untersucht. Dazu wird für den Einfamilienhaussektor ein Simulationstool für PVAnlage, Batteriespeicher, Wärmepumpe und Elektrofahrzeug entwickelt. Grundlegende These ist, dass sich die optimalen Auslegungen der verschiedenen Konfigurationsparameter zwischen verschiedenen Lastgängen unterscheiden. Es werden unterschiedliche Dimensionierungen der installierten PV-Leistung, der Batteriekapazität und der Kapazität des Wärmespeichers für real gemessene Haushaltsstromprofile simuliert. Gesucht wird jeweils die Auslegung mit der größtmöglichen Wirtschaftlichkeit und dem höchsten Autarkiegrad. Dazu wird ein Bewertungsindex entwickelt der beide Faktoren berücksichtigt. Der Zusammenhang zwischen Haushaltsstromprofil sowie Verbrauchsszenario und der resultierenden Dimensionierung wird untersucht. Zusätzlich wird der Einfluss der Wärmepumpe sowie des Elektrofahrzeugs auf das Auslegungsoptimum dargestellt. Basierend auf den erstellten Szenarien und einer Charakterisierung der Lastgänge, sind die Ergebnisse der exemplarischen Lastgänge auf unterschiedliche Einfamilienhäuser übertragbar. Dabei zeigt sich für das untersuchte System, dass aufgrund der rechtlichen Rahmenbedingungen in Deutschland eine installierte PV-Leistung von 10 kWp die wirtschaftlich attraktivste Lösung darstellt. Um Stromüberschüsse zwischen zu speichern, ist unter ökonomischen Gesichtspunkten, unabhängig des Lastprofils, eine Speicherkapazität von 17 kWh zu installieren, welche sich aus Batterie- und Wärmespeicher zusammensetzt. Dabei wird die Wärmepumpe in Kombination mit einem Wärmespeicher ebenfalls als Speicher für Überschussstrom betrachtet. Um die optimale Verteilung zwischen Batterieund Wärmekapazität zu bestimmen, ist eine Analyse der zugrundeliegenden Lastprofile sowie der Zusammensetzung des Stromverbrauchs notwendig.