Integration von Dachsolaranlagen in Niederspannungsnetze

Verteilte Solaranlagen auf Dächern (PV) sind super wichtig für den Energiewandel, weil sie helfen, die Abhängigkeit von herkömmlichen Energiequellen zu verringern. Aber wenn man zu viele dieser Solarsysteme ins Netz einfügt, können Probleme entstehen. Zum Beispiel kann zu viel Solarenergie Überlastung und Rückfluss von Strom verursachen, was Transformatoren und Leitungen überlasten kann. Ausserdem, je mehr Leute Solarenergie für ihren Eigenverbrauch nutzen, desto weniger Einnahmen haben die Versorgungsunternehmen, um das Netz instand zu halten. Das liegt daran, dass die traditionelle Stromabrechnung darauf basiert, wie viel Energie verbraucht wird, was bei dieser neuen Art der Nutzung nicht berücksichtigt wird.

Um diese Probleme anzugehen, schaut diese Studie sich verschiedene Stromtarife an, die helfen könnten, Kosten zu decken und gleichzeitig das Wachstum von Solarenergie zu ermöglichen. Wir werden fünf Arten von Tarifen evaluieren und sehen, wie sie private Investitionen in Batteriespeicher beeinflussen und welche Auswirkungen sie auf städtische, halb-städtische und ländliche Stromnetze haben.

#Die Herausforderung der Solarintegration

Der schnelle Anstieg an verteilten Solaranlagen bringt verschiedene Herausforderungen auf der Verteilungsebene mit sich. Hohe Mengen an Solarenergie können zu Überlastungen, Rückflüssen und Überlastungen von Transformatoren und Leitungen führen. Früher wurde die Infrastruktur nur für den Energieverbrauch und nicht für die Erzeugung von Solarenergie gebaut.

Aus der Sicht der Übertragungs- und Verteilungsnetzbetreiber (TSOs und DSOs) ist es entscheidend, die Kosten zu decken, um das Netz instand zu halten. Momentan zahlen kleine Verbraucher basierend auf ihrem Energieverbrauch, aber je mehr Haushalte ihren eigenen Strom erzeugen, desto schwieriger wird es, diese Kosten wieder hereinzuholen. Da die üblichen Abrechnungspraktiken auf einem volumetrischen Basis beruhen – man zahlt für die Menge an verbrauchter Energie – haben die Betreiber Schwierigkeiten, Einnahmen zu generieren. Mit dem Wachstum der Solarenergie, zusammen mit dem Anstieg von Elektroautos und anderen energieeffizienten Geräten, werden weniger kWh an Endverbraucher verkauft, was die Kostendeckung weiter kompliziert.

Frühere Studien haben untersucht, wie Abrechnungsstrukturen die Entscheidungen der Verbraucher bezüglich Solarenergie und Batteriespeicher beeinflussen. Forscher in Deutschland und Australien haben verschiedene Tarife getestet, darunter Pauschal- und dynamische Preise, um zu sehen, wie sich diese Preisstrukturen auf Solarinstallationen und Rentabilität auswirken. Einige Studien legen nahe, dass Tarife basierend auf der maximalen Leistungsanforderung zu besseren Investitionsentscheidungen für Solarsysteme führen können.

#Ziele der Studie

Ziel dieser Studie ist es, alternative Stromtarife zu bewerten, die die negativen Auswirkungen von Solarenergie auf das Netz minimieren, ohne dessen Wachstum zu behindern. Wir werden analysieren, wie sich diese Tarife auf die Grösse und den Betrieb von Solar- und Speichersystemen auswirken, wobei der Fokus auf drei Arten von Niederspannungsnetzen liegt: städtisch, halb-städtisch und ländlich. Wir werden drei zentrale Fragen beantworten:

1. Wie beeinflussen alternative Stromtarife die Annahme und den Betrieb von Solar-Batteriesystemen?
2. Wie wirken sich diese Tarife auf die Funktionsweise von Niederspannungsnetzen aus?
3. Wie variieren die Auswirkungen zwischen verschiedenen Arten von Niederspannungsnetzen?

Indem wir diese Aspekte untersuchen, möchte die Studie Einblicke geben, die für politische Entscheidungsträger und Netzbetreiber wertvoll sind, während sie die Herausforderungen des Energiewandels meistern.

#Struktur der Studie

Um die Auswirkungen von Stromtarifen zu erforschen, definieren wir fünf verschiedene Preisstrukturen in Zusammenarbeit mit einem Schweizer DSO, Romande Energie. Die Tarife umfassen drei volumetrische Strukturen, wie z.B. Time-of-Use (TOU), und zwei hybride Strukturen, die volumetrische und leistungsbasierte Komponenten kombinieren. Diese Tarife helfen zu bewerten, wie jeder einzelne die Nutzung von Solarenergie und Batteriespeichern in realen Niederspannungsnetzen beeinflusst.

#Methodik

Wir werden die fünf vorgeschlagenen Tarife mit zwei gängigen Referenztarifen, die derzeit verwendet werden, vergleichen. Die Bewertung wird Daten aus drei repräsentativen Niederspannungsnetzen (städte, halb-städtisch, ländlich) von Romande Energie sowie eine Analyse des Stromflusses nutzen, um zu verstehen, wie diese Tarife Energieaustausch und Netzbedingungen beeinflussen.

#Datensammlung

Um die Nachfrage und Solarproduktion zu bewerten, sammeln wir Informationen aus mehreren Quellen, einschliesslich Gebäudeaufzeichnungen, Daten zum Stromverbrauch und Messungen der Solarstrahlung. Ziel ist es, ein realistisches Modell des Energiebedarfs und der Solarproduktion für jedes Netzwerk zu erstellen.

#Nachfrageschätzung

Bei der Analyse der ausgewählten Niederspannungsnetze waren bestehende Nachfragemessungen nicht verfügbar. Daher haben wir die Nachfrage anhand einer Kombination von Gebäudecharakteristika, wie Alter, Grösse und Anzahl der Wohnungen basierend auf nationalen Daten geschätzt. Wir haben auch Prognosen zur Solarproduktion mit lokalen Klimadaten einbezogen.

#Tariffestlegung

Wir werden fünf neue Tarife erstellen, die darauf ausgelegt sind, die Auswirkungen der Solarproduktion auf das Verteilernetz zu begrenzen. Jeder Tarif hat einzigartige Strukturen, die darauf abzielen, die wirtschaftliche Attraktivität von Solarinstallationen aufrechtzuerhalten und gleichzeitig die Kosten zu decken. Die Tarife umfassen:

1. Ein Time-of-Use-Tarif, der niedrigere Preise anbietet, wenn die Solarproduktion hoch ist.
2. Ein volumetrischer Doppel-Tarif mit saisonalen Variationen, um den Eigenverbrauch im Sommer zu fördern.
3. Ein dynamischer Tarif, der sich basierend auf der erwarteten Gesamtlast anpasst.
4. Ein monatlicher Abrechnungstarif, der auf der Kapazität basiert, um die Spitzenlast zu managen.
5. Ein täglicher Abrechnungstarif, der ebenfalls auf der Kapazität basiert, mit ähnlichen Zielen.

Diese Tarife werden mit den bestehenden Pauschal- und Doppel-Tarifen verglichen, die derzeit in Gebrauch sind.

#Ergebnisse

Wir werden die Auswirkungen dieser Tarife in zwei Hauptbereichen bewerten: Investitionen in Solar- und Batteriesysteme und die Leistung der Niederspannungsnetze unter diesen neuen Tarifen.

#Investitionsentscheidungen und Energieverbrauch

Unsere Analyse beginnt mit der Untersuchung, wie sich die verschiedenen Tarife auf die Grösse der installierten Solarsysteme und Batterien sowie auf Energieimporte und -exports auswirken. Die Ergebnisse zeigen, wie kapazitätsbasierte Tarife typischerweise eine grössere Annahme von PV und Speicher fördern, während andere Tarife oft ähnliche Annahmeraten liefern, ohne signifikante Änderungen bei Energieimporten oder -exporten.

Wir werden ein klares Bild davon präsentieren, wie der Eigenverbrauch und die Selbstversorgung in der Energieerzeugung mit jedem Tarif steigen, mit einem Fokus auf die Unterschiede zwischen städtischen, halb-städtischen und ländlichen Gegebenheiten.

#Leistung des Netzes

Anschliessend werden wir eine Analyse des Stromflusses durchführen, um zu bewerten, wie jeder Tarif das Niederspannungsnetz beeinflusst. Dazu gehört die Identifizierung von Überlastungen der Transformatoren, Spannungseinschränkungen und Leitungsbelastungen in den verschiedenen Netzen.

Ein wichtiger Leistungsindikator wird die PV-Hosting-Kapazität sein, also die maximale Menge an PV-Erzeugung, die ohne Netzaufrüstungen integriert werden kann. Unsere Ergebnisse werden aufzeigen, wie die verschiedenen Tarifstrukturen nicht nur die Annahme von Solarenergie, sondern auch die betriebliche Integrität des Netzes beeinflussen.

#Kostendeckung des Netzes

Abschliessend werden wir analysieren, wie effektiv die verschiedenen Tarife den DSOs ermöglichen, ihre Kosten zu decken. Wir werden die Gesamtabrechnungen für Kunden unter jedem Tarif vergleichen und überprüfen, ob sich statistisch signifikante Unterschiede ergeben. Diese Analyse wird aufzeigen, wie gut jeder Tarif die Netzzuverlässigkeit aufrechterhalten kann, während er die Nutzung von Solarenergie fördert.

#Diskussion

Die Ergebnisse dieser Studie werden wichtige Auswirkungen auf die DSOs und politische Entscheidungsträger haben. Wir werden untersuchen, ob die Anreize der neuen Tarife ausreichen, um die Annahme von Solarenergie zu fördern, oder ob zusätzliche Massnahmen wie Rabatte notwendig sind.

Ausserdem werden wir diskutieren, wie sich verschiedene Netztypen (ländlich vs. städtisch) auf diese Tarife reagieren, wobei wir die spezifischen Herausforderungen in Gebieten mit hoher Solarpenetration herausstellen. Diese Diskussion wird zu praktischen Empfehlungen für politische Entscheidungsträger führen, wie sie die Tarifstrukturen besser anpassen können, um dem wachsenden Trend zu dezentralen Energiesystemen Rechnung zu tragen.

#Fazit

Zusammenfassend wird diese Studie untersuchen, wie alternative Stromtarife helfen können, die Integration von Solaranlagen auf Dächern in Niederspannungsnetze zu managen. Indem wir die Bedürfnisse von Verbrauchern und Versorgungsunternehmen in Einklang bringen, möchten wir eine Reihe von Empfehlungen präsentieren, die den Energiewandel unterstützen und gleichzeitig die Stabilität des Netzes gewährleisten.

Die Ergebnisse werden wertvolle Einblicke für zukünftige Tarifgestaltungen bieten, mit einem Fokus auf kapazitätsbasierte Komponenten, um das Wachstum von Solarenergie in verschiedenen Netztypen zu fördern. Diese Forschung wird auch die Bedeutung der Behandlung von Netzmanagementproblemen unterstreichen, um die Vorteile der dezentralen Solarenergie in den kommenden Jahren zu maximieren.