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Analyse von Optimierungspotentialen von elektrischen Prosumer-Haushalten mit E-Auto Nutzung, stationärem Batteriespeicher und exogener PV-Erzeugungs- und Lastprofile

  • Mit dem entwickelten, gemischt-ganzzahligen linearen Optimierungsmodell wird ein grosser Beitrag geleistet, das die wichtigen Betriebskennzahlen einer PV-Speicheranlage, wie der Eigenverbrauchsanteil um bis zu 89 % und der Autarkiegrad um bis zu 73 % durch eine variable Grenzkostenoptimierung bei zusätzlicher E-Auto Berücksichtigung gesteigert werden können. Der Eigenverbrauch der PV-Erzeugung wird durch den stationären Batteriespeicher auf 71 % mehr als verdoppelt. Das beispielhafte Szenario hat einen Haushaltsverbrauch von 5 MWh pro Jahr und besteht aus einer 5 kWp PV-Anlage, mit einem 5 kWh Batteriespeicher und dem Tesla Model 3 mit einer Jahresfahrleistung von 16778 km. Das erstellte Softwareprogramm kann einfach auf weitere verschiedene Anlagenkonstellationen und mit eigenen Eingangszeitreihenprofile der Haushaltslast, der PV-Erzeugung und der E-Auto Nutzung parametriert werden. Neben der Kennzahlenberechnung des konkreten Szenarios wird der jeweilige Einfluss einer Anlagenkomponente, wie PV, Batterie und Last bei deren Variation, auf die Kennzahlen grafisch gut sichtbar dargestellt. Die Ergebnisse bestätigen bisherige Arbeiten, dass die Dimensionierung der Anlagenkomponenten nach der einfachen Faust-Formel 1:1:1 erfolgen soll: Der stationäre Batteriespeicher und die PV-Anlage sollen gleich gross sein und ihre Grösse in kWh soll der Jahreslast in MWh entsprechen. Damit wird nahezu schon ein gutes Optimum von Eigenverbrauch, Eigenverbrauchsanteil und Autarkiegrad bei minimalen Energiekosten gefunden und die Netzbelastung durch Bezug und Einspeisung kann reduziert werden.
  • With the developed, mixed-integer-linear optimization model, a major contribution is made that the most important key figures of a PV storage system, such as the self-consumption rate raises up to 89 % and the degree of self-sufficiency by up to 73 %, are increased by variable marginal cost optimization with additional e-vehicle consumption. The stationary battery more than doubles the self-consumption rate of the PV energy generation to 71 %. The example scenario has a household load of 5 MWh per year and consists of a 5 kWp PV system, with a 5 kWh battery storage and the Tesla Model 3 e-car with an annual output of 16778 km. The program can easily be parameterized to other different system constellations and with its own input-time-series profiles of the household load, the PV generation and the use of the electric car. In addition to the calculation of the specific key figures, the respective influence of a system component, such as PV, battery and load, when varied on the key figures, is shown graphically. The results confirm previous research papers that the dimensioning of the system components should take place according to the simple formula 1: 1: 1: the stationary battery storage and the PV system should be same sized and their size in kWh should correspond to the annual load in MWh. In doing so, a good optimum of self-consumption, self-consumption share and degree of self-sufficiency with minimal energy costs is usually found and the electrical grid load through procurement and feed-in can be reduced.

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Metadaten
Author:Markus Rüf
DOI:https://doi.org/10.25924/opus-3651
Title Additional (English):Analysis of optimization potential of electrical prosumer households with e-car use, stationary rechargeable battery and exogenous PV generation and load profiles
Advisor:Klaus Rheinberger
Document Type:Master's Thesis
Language:German
Year of publication:2020
Publishing Institution:FH Vorarlberg (Fachhochschule Vorarlberg)
Granting Institution:FH Vorarlberg (Fachhochschule Vorarlberg)
Release Date:2020/12/21
Tag:Autarkiegrad; Eigenverbrauchsoptimierung; Energiemodelloptimierung; Prosumer Haushalt; gemischt-ganzzahlige lineare Optimierung
Number og pages:XII, 87
DDC classes:600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften
Open Access?:ja
Course of Studies:Energietechnik und Energiewirtschaft
Licence (German):License LogoUrhG - The Austrian Copyright Act applies - Es gilt das österr. Urheberrechtsgesetz