Letzte Woche haben wir den Betrieb von Großbritanniens größtem co-lokalisierten Batteriespeicher – auf der Whitelee Windfarm – untersucht. Aber wie sieht es mit Batterien aus, die mit Solaranlagen co-lokalisiert sind? Derzeit sind die meisten AC-gekoppelt – aber könnte die DC-Kopplung tatsächlich vorteilhafter sein?
Was ist DC-Kopplung?
DC-Kopplung bedeutet, dass ein Batteriespeicher und eine Solaranlage hinter einem gemeinsamen Wechselrichter verbunden sind – wobei der Strom als Gleichstrom (DC) geführt wird.
Beide Anlagen arbeiten im DC-Bereich und benötigen einen Wechselrichter um den Strom in Wechselstrom (AC) umzuwandeln, wie er im Stromnetz genutzt wird.
Vorteil: Die DC-Kopplung von Batterie und Solaranlage macht einen zweiten Wechselrichter überflüssig. Dadurch wird die Doppelung von Geräten vermieden – und die Investitionskosten sollten sinken.
Nachteil: So einfach ist es jedoch nicht. Es wird spezielle Technik in Form eines DC-DC-Wandlers benötigt. Dieser sorgt dafür, dass Batterie und Solaranlage auf der gleichen Spannungsebene arbeiten. Zusammen mit geringeren Effizienzen an anderer Stelle kann dies die Kostenvorteile der DC-Kopplung wieder schmälern.
Daher hängt die Entscheidung zwischen AC- und DC-Kopplung oft von den operativen Vorteilen ab. Bei der DC-Kopplung liegt der Schlüssel im „Oversizing“ der Solaranlage – und im Wert der daraus resultierenden „gekappten“ Energie.
Was bedeutet Oversizing?
Oversizing bedeutet, dass Solarmodule installiert werden, deren Kapazität die des Wechselrichters übersteigt. Der Wechselrichter begrenzt dann die Leistung, die die Solaranlage ins Netz einspeisen kann. Warum macht man das?
- Die Kosten für Solarmodule sind stark gesunken und machen inzwischen einen der günstigeren Teile eines Solarprojekts aus.
- Durch Oversizing kann die Solaranlage länger und zu unterschiedlichen Zeiten Strom erzeugen – und so mehr Energie dann einspeisen, wenn sie am wertvollsten ist.
- Es ist eher selten, dass Solarmodule mit voller Leistung arbeiten – das passiert nur mittags an besonders sonnigen Tagen.
Die Solaranlage produziert also manchmal mehr Strom (DC), als sie in AC umwandeln und ins Netz einspeisen kann. Diese am Wechselrichter „verlorene“ Energie wird als „gekappt“ bezeichnet.
Durch die DC-Kopplung einer Batterie mit der Solaranlage kann die Batterie mit dieser gekappten Energie – kostenlos – geladen werden (die sonst verloren ginge) und sie für eine spätere Nutzung speichern.
Welchen Wert hat die DC-Kopplung für eine Batterie?
Das Auffangen und Verschieben der gekappten Energie kann für eine Batterie sehr wertvoll sein.
Am 26. April zum Beispiel konnten Batterien durch die Preise am Großhandelsmarkt gute Gewinne erzielen.
Wie viel hätte eine normale Batterie an diesem Tag verdienen können?
- Eine Batterie, die zwei Zyklen handelt, hätte nachts zu £86/MWh laden und morgens für £136/MWh verkaufen können.
- Mittags hätte sie erneut zu £98/MWh laden und abends für £150/MWh verkaufen können.
- Unter Berücksichtigung von Effizienzverlusten wären das £76/MW gewesen.
Und wie sieht es bei einer DC-gekoppelten Batterie aus?
- Mit einer Solaranlage, die mittags Überschuss produziert, hätte der zweite Zyklus zu einem Ladekostenpreis von £0/MWh erfolgen können.
- So hätte die Batterie £188/MW an diesem Tag verdient – ein Anstieg um 147 % gegenüber einer alleinstehenden Batterie.
Wie viel gekappte Energie steht der Batterie tatsächlich zur Verfügung?
Wie beeinflussen verschiedene Oversizing-Verhältnisse das Volumen potenziell gekappter Energie? Und wie viel davon kann eine Batterie auffangen?
- Die gekappten Mengen bleiben gering, bis das Oversizing etwa 150 % erreicht.
- Eine Ein-Stunden-Batterie kann bis zu einem Oversizing von 140 % die gesamte gekappte Energie aufnehmen.
- Darüber hinaus stößt das System an manchen Tagen an seine Kapazitätsgrenzen – aber selbst bei sehr hohem Oversizing kann über die Hälfte der gekappten Energie aufgenommen werden.
- Bei einer Zwei-Stunden-Batterie kann durch die längere Dauer noch mehr gekappte Energie gespeichert werden.
Doch was bedeuten diese Zahlen praktisch?
- Eine Solaranlage, die um 150 % überdimensioniert ist, verliert jährlich etwa 5 % ihrer Produktion durch Kappung.
- Mit einer Ein-Stunden-Batterie können 90 % dieser Energie gespeichert und ins Netz eingespeist werden, sobald die Sonne untergeht.
Diese Mengen sind zwar gering im Vergleich zum normalen Betrieb einer Batterie – aber das Auffangen dieser überschüssigen Energie reicht für etwa 50 Zyklen pro Jahr.
Welchen Wert hat diese Energie?
Die von einer DC-gekoppelten Batterie gespeicherte gekappte Energie ist kostenlos. Ihr Wert hängt also ganz vom erzielbaren Verkaufspreis ab.
Das ist vorteilhaft für die Wirtschaftlichkeit, da die Batterie so weniger von Preisschwankungen innerhalb eines Tages betroffen ist. Auch der Anstieg der Gaspreise in den letzten zwei Jahren kommt DC-gekoppelten Systemen zugute – die höheren Strompreise ermöglichen einen besseren Verkaufserlös für Batterien.
Gibt es weitere Vorteile?
- Das Laden aus Solarstrom ist effizienter als das Laden aus dem Netz.
- Durch die Nutzung niedriger Spannungen kann die Batterie auch Energie aufnehmen, die sonst verloren ginge.
Was sind die Nachteile der DC-Kopplung?
Das klingt vielversprechend – aber es gibt aktuell einen großen Nachteil der DC-Kopplung:
Es ist äußerst schwierig, dass eine DC-gekoppelte Batterie eine Frequenzregelung – insbesondere die sehr präzise Dynamic Containment – erbringen kann.
Warum?
- Die ins Netz abgegebene Leistung der Batterie wird mit der der Solaranlage kombiniert. Selbst wenn die Solaranlage nicht produziert, entsteht so ein „Rauschen“.
- Dadurch könnte eine DC-gekoppelte Batterie selbst nachts keine Frequenzregelung bereitstellen.
- Das ließe sich vermeiden, wenn die Batterieausgabe über einen DC-Zähler gemessen werden könnte – das ist laut aktuellen Vorgaben für die Frequenzregelung aber nicht erlaubt.
Wie wirkt sich das auf die Einnahmen aus?
2022 war Dynamic Containment für 63 % der Einnahmen aus Batteriespeichern verantwortlich – das entsprach etwa £100k/MW im letzten Jahr für ein durchschnittliches System. Eine DC-gekoppelte Batterie, die keine Frequenzregelung bieten kann, hätte also erhebliche Einbußen.
Seit der Marktsättigung sind die Preise jedoch stark gefallen. 2023 lag der Durchschnittspreis für Dynamic Containment bei nur £6,80/MW/h – das entspricht Einnahmen von £20k/MW.
Der Vorteil, den die Frequenzregelung gegenüber dem reinen Handel bringt, ist also deutlich geschrumpft – und die zusätzlichen Einnahmen aus dem Verkauf sonst gekappter Energie können die entgangenen Frequenzregelungs-Erlöse teilweise ausgleichen.
- Mit dem zusätzlichen Wert aus dem Handel gekappter Solarenergie kann ein Zwei-Stunden-DC-gekoppeltes System den entgangenen Frequenzregelungs-Umsatz vollständig ausgleichen.
- Eine Ein-Stunden-DC-gekoppelte Batterie kann etwa 75 % der Einnahmen erzielen, die eine AC-gekoppelte Batterie aus Dynamic Containment erhalten würde.
Wie sieht die Zukunft aus?
Aktuell sind in Großbritannien die meisten co-lokalisierten Batteriespeicher AC-gekoppelt. Sie können unabhängig gemessen und betrieben werden – das erleichtert oft die Finanzierung. Und bislang waren die Einnahmen aus der Frequenzregelung sehr attraktiv – doch wie gesehen, sinkt deren Wert.
Die Cirencester Hybrid Solar Farm (eine 24 MWp-Anlage mit 10 MW Batterie, im Besitz des Warrington Borough Council) ist der erste DC-gekoppelte Großbatteriespeicher Großbritanniens – und weitere Projekte sind in Planung:
- Ende 2022 verkaufte JBM Solar zum Beispiel zwei Projekte – insgesamt 105 MWp Solar und 65 MW Batteriespeicher – an Vantage RE. Diese Anlagen sollen dieses Jahr in Betrieb gehen. (JBM Solar wurde später von RWE übernommen.)
Bisher wurde die Entscheidung für AC- oder DC-Kopplung meist nach Präferenz getroffen.
Doch sobald DC-gekoppelte Batterien in Betrieb gehen (also tatsächlich am Markt teilnehmen), wird deutlicher, wie die tatsächlichen Kosten und Vorteile aussehen.
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