Transcript Einfluss von PV-Anlagen auf den Primärenergiebedarf von Gebäuden

Einfluss von PV-Anlagen auf den Primärenergiebedarf
von Gebäuden nach EnEV 2009
Ergebnisse aus dem Projekt MULTIELEMENT
M. Roos1, A. Maas², N. Boyanov³, N. Henze1
1
Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik IWES,
Königstor 59, D-34119 Kassel, Tel.: 0561 7294-235, Fax: 0561 7294-200,
E-Mail: [email protected]
² Universität Kassel, Fachbereich Architektur, Stadtplanung, Landschaftsplanung, Fachgebiet Bauphysik
³ Universität Kassel, Fachbereich Wirtschaftswissenschaften
© Fraunhofer IWES
Hintergrund: Anrechnung von Strom aus erneuerbaren
Energien nach EnEV 2009 (ergänzt durch Auslegungsregeln vom
BSSR)
Strom aus erneuerbaren Energien kann vom
„Endenergiebedarf Strom“ abgezogen werden (§5)
 PV-Anlagen senken den Primärenergiebedarf Qp eines Gebäudes
 Bei neu zu errichtenden Gebäuden und bei Sanierungen mit wesentlichen
Veränderungen
 PV-Anlage muss in unmittelbarem, räumlichen Zusammenhang stehen
 Strom muss vorrangig selbst genutzt werden (§33 EEG, Absatz 2)
 Der Ertrag einer PV-Anlage ist mit geeigneten technischen Regeln zu
berechnen. (DIN EN 15316-4-6, Strahlungswerte aus DIN V 18599-10)
 PV-Strom wird vom Gesamtendenergiebedarf Strom abgezogen.
Die Bilanzierung erfolgt monatsweise (DIN V 18599:2007-2)
Folie 2
© Fraunhofer IWES
Bilanzierung Endenergiebedarf Strom
1. Hilfsenergie Qf,aux
(neu Wf)
2. Energiebedarf für
elektrische WWBereitung, Beheizung,
Kühlung, RLT Qf,el
Quelle: ea-nrw
3. Beleuchtung Ql,f
(Nur bei Nichtwohngebäuden)
Bilanzierung von Strom nach EnEV:
Nur rechnerisch ermittelter Strombedarf für Raum-Konditionierung und
Warmwasser-Bereitung!
Nicht: Elektrische Geräte
Folie 3
© Fraunhofer IWES
Berechnung der Primärenergiesenkung
Monatsweise Berechnung nach DIN V 18599
∑ Hilfsenergie Strom: Qf,aux (Wf)
+
∑ Strombedarf für Raum-Konditionierung: Qf,el,(Bedarf)
+
Strombedarf für Beleuchtung (bei NWG) Qf,l
-
PV-Ertrag QPV,f (neu: Qf,prod)
Endenergiebedarf Strom Qf,el (≥ 0)
Primärenergiesenkung
Δ Qp = Angerechnter PV-Strom x Primärenergiefaktor (zurzeit 2,6)
(neu: 2,4)
Folie 4
© Fraunhofer IWES
Ausgangssituation
 Energieberater hatten bisher wenig Information über
die Anrechnung von PV
 Wie funktioniert es?
 Kann meine EnEV-Software das?
 Lohnt es sich überhaupt?
Größenordnung?
Folie 5
© Fraunhofer IWES
Studienarbeit zur Abschätzung der Senkungspotenziale
:2007-2
:2007-2
Software
Randbedingungen
 EPASS HELENA® 5.4 Ultra
 Referenzklima DIN V 18599-10:2007-2
 PV*Sol Expert 4.0
 Nachweis EnEV 2009 nach DIN V 18599:2007-2
Folie 6
© Fraunhofer IWES
Referenzgebäude
Wohngebäude
2 Geschosse,
110 m² Wohnfläche,
148,8 m² beh. Nutzfläche,
465 m³ beh. Volumen
Bürogebäude
3 Geschosse, 6998 m² Bruttogrundfläche,
5949 m² Nettogrundfläche,
19317 m³ Nettovolumen
* Modellhäuser wurden vom Zentrum für umweltbewusstes Bauen (ZUB)
in Kassel aus einer Datenbank zur Verfügung gestellt
Folie 7
© Fraunhofer IWES
Ergebnisse im Überblick
Kühlung
Beleuchtung
Endenergiebedarf
Strom
Endenergiebedarf
Gesamt
Anteil Strom am
Endenergiebedarf
Primärnergiebedarf
zulässig
Abweichung vom
Soll-Wert
Primärnergiebedarf Strom
Senkung
Primärnergiebedarf
[kWh/(m²a)]
[kWh/(m2•a)]
%
Warmwasser
Endenergiebedarf
[kWh/(m2•a)]
%
Heizung
Bürogebäude
Einfamilienhaus
Gebäudetyp
Nutzenergiebedarf
[kWh/(m2•a)]
EnEV-Standard
45,9
8,9
-
-
3,9
93,3
4%
102,8
102,8
100%
10,0
10%
EnEV-Standard
(Wärmepumpe)
53,9
8,9
-
-
24,6
24,6
100%
64,0
102,8
62%
64,0
100%
Passivhaus-Niveau
15,2
8,9
-
-
12,8
12,8
100%
33,4
67,3
50%
33,4
100%
Bestandsgebäude
92,0
8,9
-
-
1,9
215,5
1%
226,6
143,3
158%
4,9
2%
EnEV-Standard
67,7
5,2
49,3
15,7
50,5
148,1
34%
232,6
232,5
100%
131,2
56%
EnEV-Standard
(Wärmepumpe)
76,6
5,2
49,1
15,7
68,5
68,5
100%
178,2
228,3
78%
178,2
100%
Passivhaus-Niveau
18,7
5,2
11,8
13,8
32,4
32,4
100%
84,3
153,1
55%
84,2
100%
Bestandsgebäude
184,6
5,2
44,2
17,4
43,7
329,6
13%
409,2
322,4
127%
113,6
28%
Energieeffizienzstandard
Folie 8
© Fraunhofer IWES
Beispiel EFH, Effizienz EnEV-Standard, 3 kWp PVAnlage
Monatsbilanz
kWh
Strombilanz EFH EnEV-Standard mit 3 kWp PV-Anlage
30° Neigung, kristallin, hinterlüftet
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Jan
Feb
Mrz
Apr
Mai
Jun
Endenergiebedarf Strom ohne PV
Angerechneter PV-Strom
Jul
Aug
Sep
Okt
Nov
Dez
PV-Ertrag
Resultierender Endenergiebedarf Strom
Jahresbilanz
Strombedarf
Absolut [kWh]
Anteilig
Folie 9
© Fraunhofer IWES
574
Primärenergie- PrimärenergieAngerechneter PrimärenergiePV-Ertrag
bedarf Strom bedarf gesamt
PV-Strom
senkung
1493
10%
15297
100%
2981
567
19%
1475
10%
EFH mit elektrischer Wärmepumpe
Strombilanz beim EFH-EnEV-Standard mit el. Wärmepumpe,
3 kWp PV-Anlage - 30° Neigung, Süd, kristallin, hinterlüftet
800
EnEV Standard + el. Wärmepumpe
700
 Angerechneter Anteil
PV-Jahresertrags
500
kWh
48%
600
400
300
200
 Qp-Senkung
100
39%
0
Jan
Feb
Mrz
Apr
Mai
Jun
Jul
Endenergiebedarf Strom
Angerechneter PV-Strom
40%
 Qp-Senkung
62%
kWh
 Angerechneter Anteil
PV-Jahresertrags
Okt
Nov
Dez
PV-Ertrag
Verbleibender Strombedarf
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Jan
Feb
Mrz
Apr
Mai
Endenergiebedarf Strom ohne PV
Angerechneter PV-Strom
© Fraunhofer IWES
Sep
Strombilanz EFH Passivhaus-Niveau (mit WP) mit
3 kWp PV-Anlage - 30°Neigung, Süd, kristallin, hinterlüftet
Passivhausniveau (mit WP)
Folie 10
Aug
Jun
Jul
Aug
Sep
Okt
Nov
PV-Ertrag
Resultierender Endenergiebedarf Strom
Dez
Beispiel Bürogebäude, EnEV-Standard, 100 kWp-Anlage
Monatsbilanz
Strombilanz Bürogebäude EnEV-Standard mit 100 kWp PV-Anlage
(Süd, 30° Neigung, kristallin, frei aufgestellt)
50
MWh
40
30
20
10
0
Jan
Feb
Mrz
Apr
Endenergiebedarf Strom
Angerechneter PV-Strom
Mai
Jun
Jul
Aug
Sep
Okt
Nov
Dez
PV-Ertrag
Resultierender Endenergiebedarf Strom
Jahresbilanz
Strombedarf
Absolut [MWh]
Anteilig
Folie 11
© Fraunhofer IWES
300
Primärenergie- Primärenergiebedarf Strom bedarf gesamt
781
1383
56%
100%
PV-Ertrag
102
Angerechneter PV- PrimärenergieStrom
senkung
102
266
100%
19%
Beispiel Bürogebäude mit elektrischer Wärmepumpe
Strombilanz Bürogebäude EnEV-Standard mit WP und
100 kWp PV-Anlage (30° Neigung, kristallin, frei aufgestellt)
50
EnEV Standard + el. Wärmepumpe
 Qp-Senkung
MWh
 Angerechneter Anteil
PV-Jahresertrags
40
100%
30
20
10
25%
0
Jan
Jun
Jul
Aug
Sep
Okt
Nov
Dez
PV-Ertrag
Resultierender Endenergiebedarf Strom
50
100%
53%
40
MWh
 Qp-Senkung
Mai
Strombilanz Bürogebäude Passivhaus-Niveau und
100 kWp PV-Anlage (30° Neigung, kristallin, frei aufgestellt)
Passivhausniveau (mit WP)
 Angerechneter Anteil
PV-Jahresertrags
Feb
Mrz
Apr
Endenergiebedarf Strom
Angerechneter PV-Strom
30
20
10
0
Jan
Feb
Mrz
Apr
Endenergiebedarf Strom
Angerechneter PV-Strom
Folie 12
© Fraunhofer IWES
Mai
Jun
Jul
Aug
Sep
Okt
Nov
PV-Ertrag
Resultierender Endenergiebedarf Strom
Dez
Primärenergiesenkung in Abhängigkeit der PV-Leistung
Wohngebäude - EFH
Primärenergiesenkung beim Einfamilienhaus EFH
Dach, 30° Neigung, Süd, monokristallin, mäßig hinterlüftet
3 kWp
Qp-Senkung
100%
110 m² Wohnfläche
"Null-Energie-Passiv-Haus"
bei ca. 18 kWp
75%
ca. 62%
50%
EnEV-Standard
EnEV-Standard + WP el
25%
Passivhaus-Niveau
ca. 10%
Bestandsgebäude
0%
0
5
10
15
20
25
30
35
PV-Anlagenleistung in kWp
 Die maximale Qp-Senkung liegt beim EFH mit EnEV-Standard bei knapp 10%
 Beim EFH EnEV-Standard mit Wärmepumpe kann mit einer 3 kWp PV-Anlage eine QpSenkung um 40% erreicht werden
 Beim Passivhausstandard kann eine 3 kWp PV-Anlage den Qp um 62% senken.
 Mit einer PV-Anlagenleistung von 18 kWp könnte ein Nullenergiehaus bilanziert werden
Folie 13
© Fraunhofer IWES
Primärenergiesenkung in Abhängigkeit der PV-Leistung
Nichtwohngebäude - Bürogebäude
Primärenergiebedarfssenkung beim Bürogebäude
Dach, 30° Neigung, Süd, monokristallin, frei aufgestellt
500 kWp
100%
5949 m² Nettogrundfläche
Qp-Senkung
ca. 90%
"Null-Energie-Passiv-Haus"
bei ca. 1,3 MWp
75%
50%
ca. 53%
EnEV-Standard
EnEV-Standard + WP el
25%
Passivhaus-Niveau
Bestandgebäude
0%
0
250
500
750
1000
1250
1500
PV-Anlagenleistung in kWp
 Bei Energieeffizienz EnEV-Standard kann Qp um mehr als 50% gesenkt werden
 Mit Wärmepumpe und einer 500 kWp PV-Anlage kann Qp um 75% gesenkt werden.
 Mit Passivhaus-Niveau kann eine 500 kWp PV-Anlage den Qp um 90% senken.
 Mit einer PV-Anlagenleistung von 1,3 MWp könnte ein Nullenergiehaus bilanziert werden
Folie 14
© Fraunhofer IWES
Ergebnis
 Der Einfluss der Photovoltaik auf den Primärenergiebedarf eines Gebäudes
steigt mit verbessertem Wärmeschutz und bei Einsatz von Strom als
Energieträger (z.B. Durchlauferhitzer, Wärmepumpe).
 Die Kombination von Wärmepumpen und PV-Anlagen ermöglicht
insbesondere bei hohem Effizienzstandard der Gebäudehülle bilanztechnisch
»Qp-Null-Gebäude«.
 Bei Wohngebäuden mit konventioneller Anlagentechnik und Effizienzstandard
nach EnEV ist der Einfluss einer PV-Anlage auf den Primärenergiebedarf nach
aktueller Rechenvorschrift vergleichsw. gering.
 Bei Bürogebäuden oder Industriegebäuden können wegen des ganzjährig
hohen Strombedarfs für Beleuchtung und Klimatisierung deutlich höhere
Primärenergiebedarfs-Senkungen erreicht werden.
Folie 15
© Fraunhofer IWES
Änderungen durch die neue DIN V 18599:2011-12
 Neuer Teil 9: End- und Primärenergiebedarf
von stromproduzierenden Anlagen
 Erfassung von Endenergieströmen für
produzierte Energie Qf,prod
 Berechnungsverfahren für PV-Ertrag
 PV ist in der Übersichtsgrafik gleichberechtigt neben BHKW und Wind
 Neue Primärenergiefaktoren fp für Strom
(nicht erneuerbarer Anteil)
 allgemeiner Strommix : 2,4 (bisher 2,6)
 NEU: Verdrängungsstrommix : 2,8*
 Neue Referenzklimadaten: Referenzstandort
Potsdam,
neue Globalstrahlung: 1072 kWh/(m²a),
bisher: 1120 kWh/(m²a) (-4%)
* Wird relevant bei Effizienzhaus-Plus – eingespeister Strom
Folie 16
© Fraunhofer IWES
Auswirkungen
 EnEV-Software-Hersteller haben
nun verbindliche Vorgaben,
PV in die EnEV-Bilanzierung
einzubinden
 Energieberater können dann ohne
hohen Aufwand mit PV bilanzieren
 Senkungs-Potenzial sinkt durch
neuen Primärenergiefaktor
und neues Referenzklima mit
einer geringere Einstrahlung
Beim Bild in Teil 9 muss aber noch nachgebessert werden!
Folie 17
© Fraunhofer IWES
Neue Klimadaten
 Aktualisierte Testreferenzjahre vom DWD mit 15 verschiedenen ReferenzklimaRegionen
 Für öffentlich-rechtliche Nachweise gilt das Referenzklima Deutschland: Klimastandort
Potsdam
 Globalstrahlung ist um 4%
geringer als früher
W/m²
 Außentemperatur ist höher
300
25
250
20
200
15
150
10
100
5
50
0
-5
0
Jan
Strahlungsintensität hor. 18599:2011
Außenlufttemperatur (C°) 18599:2011
Strahlungsintensität hor. 18599:2007
Außenlufttemperatur (C°) 18599:2007
kWh/m²
Jahr
1072
9,5
1120
8,9
Feb
Mär
Apr
Mai
Jun
Jul
Aug
Okt
Nov
Dez
Strahlungsintensität horizontal 2007
Außenlufttemperatur (C°) 2011
Außenlufttemperatur (C°) 2011
Mittlere monatliche Strahlungsintensität Is (W/m²)
Jan Feb Mär
Apr
Mai
Jun
Jul
29
44
97
189
221
241
210
1
1,9
4,7
9,2
14,1
16,7
19
33
52
82
190
211
256
255
-1,3
0,6
4,1
9,5
12,9
15,7
18
Aug
180
18,6
179
18,3
1,2
1
0,6
0,4
0,2
© Fraunhofer IWES
Sep
Strahlungsintensität horizontal 2011
0,8
Folie 18
°C
Vergleich Referenzklima DIN V 18599-10 2007 / 2011
0
1
1
Sep
127
14,3
135
14,4
Okt
77
9,5
75
9,1
Nov
31
4,1
39
4,7
Dez
17
0,9
22
1,3
kWh/m²
Jahr
1072
9,5
1120
8,9
Energieeffizienz-Haus-Plus

Aktuell sehr im Fokus des Bundesministeriums für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS)
Definition: Effizienzhaus-Plus-Niveau1
1. Jahresprimärenergiebedarf ∑Qp < 0 kWh/m²a UND
2. Jahresendenergiebedarf
∑Qe < 0 kWh/m²a
Alle sonstigen Bedingungen der EnEV 2009 sind einzuhalten.
Bewertungsmethode:
Erweiterter EnEV-Nachweis mittels Primärenergiebedarf nach DIN V 18599
(Primärenergiefaktoren nach Ausgabe 2011)
+
normierter Beleuchtungs- und Haushaltsbedarf (Geräte mit höchsten Energieeffizienzlabels,
intelligente Zähler)
-
netzeingespeister, innerhalb der Bilanzgrenze erzeugter, regenerativer Energieüberschüsse
Bilanzgrenze: Grundstücksgrenze
Neue Bilanzregeln: in einem Beiblatt zur DIN V 18599 - noch nicht veröffentlicht – oder in Anhang zu
EnEV
1
Bekanntmachung des Bundesministeriums für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung über die Vergabe von Zuwendungen für
Modellprojekte im „Effizienzhaus-Plus-Standard“
Folie 19
© Fraunhofer IWES
Fazit
 PV ist als Teil der Anlagentechnik nach EnEV
„angekommen“
 Mehr und mehr Energieberater bilanzieren auch PV beim
EnEV-Nachweis
 Die Kombination „Passivhaus-Niveau – Wärmepumpe –
Photovoltaik“ führt zu sehr niedrigem Primärenergiebedarf
 Der Einfluss einer PV-Anlage auf den Primärenergiebedarf wird umso geringer, je höher der Anteil der
Erneuerbaren am allgemeinen Strommix wird
 Im Rahmen der Entwicklung hin zu Energie-PlusGebäuden wird die Photovoltaik eine wichtige Rolle
spielen und nach anderen Regeln bilanziert werden
Folie 20
© Fraunhofer IWES
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Fragen?
Folie 21
© Fraunhofer IWES