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© Fraunhofer IWES
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 Bauphysik³ Universität Kassel, Fachbereich Wirtschaftswissenschaften
Einfluss von PV-Anlagen auf den Primärenergiebedarf von Gebäuden nach EnEV 2009
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Folie 2
Hintergrund: Anrechnung von Strom aus erneuerbaren Energien nach EnEV 2009 (ergänzt durch Auslegungsregeln vom BSSR)
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)
Strom aus erneuerbaren Energien kann vom „Endenergiebedarf Strom“ abgezogen werden (§5)
PV-Anlagen senken den Primärenergiebedarf Qp eines Gebäudes
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Folie 3
Quelle: ea-nrw
Bilanzierung Endenergiebedarf Strom
1. Hilfsenergie Qf,aux
(neu Wf)
2. Energiebedarf für elektrische WW-Bereitung,
Beheizung, Kühlung, RLT Qf,el
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
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Folie 4
Berechnung der Primärenergiesenkung
Primärenergiesenkung
Δ Qp = Angerechnter PV-Strom x Primärenergiefaktor (zurzeit 2,6)
(neu: 2,4)
∑ 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)
Monatsweise Berechnung nach DIN V 18599
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Folie 5
Ausgangssituation
Energieberater hatten bisher wenig Information über die Anrechnung von PV
Wie funktioniert es?
Kann meine EnEV-Software das?
Lohnt es sich überhaupt?
Größenordnung?
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Folie 6
Studienarbeit zur Abschätzung der Senkungspotenziale
Randbedingungen
Referenzklima DIN V 18599-10:2007-2
Nachweis EnEV 2009 nach DIN V 18599:2007-2
Software
EPASS HELENA® 5.4 Ultra
PV*Sol Expert 4.0
:2007-2:2007-2
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Folie 7
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
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Folie 8
Ergebnisse im Überblick
% % [kWh/(m²a)]
Heizu
ng
War
mw
asse
r
Kühl
ung
Bele
ucht
ung
Ende
nerg
iebe
darf
Stro
m
Ende
nerg
iebe
darf
Gesa
mt
Ante
il Stro
m a
m
Ende
nerg
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darf
Prim
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zulä
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Abw
eich
ung
vom
So
ll-W
ert
Prim
ärne
rgie
-be
darf
Stro
m
Senk
ung
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%
Nutzenergiebedarf Endenergiebedarf Primärnergiebedarf
Energieeffizienz-standard
[kWh/(m2•a)][kWh/(m2•a)][kWh/(m2•a)]
Büro
gebä
ude
Einf
amili
enha
usGe
bäud
etyp
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Folie 9
Beispiel EFH, Effizienz EnEV-Standard, 3 kWp PV-Anlage
Strombilanz EFH EnEV-Standard mit 3 kWp PV-Anlage 30° Neigung, kristallin, hinterlüftet
050
100150200250300350400450
Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez
Endenergiebedarf Strom ohne PV PV-ErtragAngerechneter PV-Strom Resultierender Endenergiebedarf Strom
kW
h
Monatsbilanz
JahresbilanzStrom-bedarf
Primärenergie-bedarf Strom
Primärenergie-bedarf gesamt
PV-Ertrag Angerechneter
PV-StromPrimärenergie-
senkung
Absolut [kWh] 574 1493 15297 2981 567 1475
Anteilig 10% 100% 19% 10%
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Folie 10
EFH mit elektrischer Wärmepumpe
EnEV Standard + el. Wärmepumpe
Angerechneter Anteil PV-Jahresertrags 48%
Qp-Senkung 39%
Passivhausniveau (mit WP)
Angerechneter Anteil PV-Jahresertrags 40%
Qp-Senkung 62%
Strombilanz EFH Passivhaus-Niveau (mit WP) mit 3 kWp PV-Anlage - 30°Neigung, Süd, kristallin, hinterlüftet
050
100150200250300350400450
Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez
Endenergiebedarf Strom ohne PV PV-ErtragAngerechneter PV-Strom Resultierender Endenergiebedarf Strom
kW
h
Strombilanz beim EFH-EnEV-Standard mit el. Wärmepumpe, 3 kWp PV-Anlage - 30° Neigung, Süd, kristallin, hinterlüftet
0
100
200
300
400
500
600
700
800
Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez
Endenergiebedarf Strom PV-ErtragAngerechneter PV-Strom Verbleibender Strombedarf
kWh
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Folie 11
Beispiel Bürogebäude, EnEV-Standard, 100 kWp-Anlage
Strombilanz Bürogebäude EnEV-Standard mit 100 kWp PV-Anlage (Süd, 30° Neigung, kristallin, frei aufgestellt)
0
10
20
30
40
50
Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov DezEndenergiebedarf Strom PV-ErtragAngerechneter PV-Strom Resultierender Endenergiebedarf Strom
MW
hMonatsbilanz
JahresbilanzStrom-bedarf
Primärenergie-bedarf Strom
Primärenergie-bedarf gesamt
PV-Ertrag Angerechneter PV-
StromPrimärenergie-
senkung
Absolut [MWh] 300 781 1383 102 102 266
Anteilig 56% 100% 100% 19%
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Folie 12
Beispiel Bürogebäude mit elektrischer Wärmepumpe
Strombilanz Bürogebäude EnEV-Standard mit WP und 100 kWp PV-Anlage (30° Neigung, kristallin, frei aufgestellt)
0
10
20
30
40
50
Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov DezEndenergiebedarf Strom PV-ErtragAngerechneter PV-Strom Resultierender Endenergiebedarf Strom
MW
h
Strombilanz Bürogebäude Passivhaus-Niveau und 100 kWp PV-Anlage (30° Neigung, kristallin, frei aufgestellt)
0
10
20
30
40
50
Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov DezEndenergiebedarf Strom PV-ErtragAngerechneter PV-Strom Resultierender Endenergiebedarf Strom
MW
h
EnEV Standard + el. Wärmepumpe
Angerechneter Anteil PV-Jahresertrags 100%
Qp-Senkung 25%
Passivhausniveau (mit WP)
Angerechneter Anteil PV-Jahresertrags 100%
Qp-Senkung 53%
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Folie 13
Primärenergiesenkung in Abhängigkeit der PV-Leistung
Primärenergiesenkung beim Einfamilienhaus EFH Dach, 30° Neigung, Süd, monokristall in, mäßig hinterlüftet
0%
25%
50%
75%
100%
0 5 10 15 20 25 30 35
PV-Anlagenleistung in kWp
Qp-
Senk
ung
EnEV-Standard
EnEV-Standard + WP el
Passivhaus-Niveau
Bestandsgebäude
110 m² Wohnfläche
ca. 62%
3 kWp
"Null-Energie-Passiv-Haus" bei ca. 18 kWp
ca. 10%
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 Qp-Senkung 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
Wohngebäude - EFH
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Folie 14
Primärenergiesenkung in Abhängigkeit der PV-Leistung
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
Primärenergiebedarfssenkung beim Bürogebäude Dach, 30° Neigung, Süd, monokristall in, frei aufgestellt
0%
25%
50%
75%
100%
0 250 500 750 1000 1250 1500PV-Anlagenleistung in kWp
Qp-
Senk
ung
EnEV-Standard
EnEV-Standard + WP el
Passivhaus-Niveau
Bestandgebäude
5949 m² Nettogrundflächeca. 90%"Null-Energie-Passiv-Haus"
bei ca. 1,3 MWp
500 kWp
ca. 53%
Nichtwohngebäude - Bürogebäude
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Folie 15
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.
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Folie 16
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 gleich-berechtigt 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
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Folie 17
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!
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Folie 18
Neue Klimadaten
Vergleich Referenzklima DIN V 18599-10 2007 / 2011
0
50
100
150
200
250
300
Jan Feb Mär Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez
W/m
²
-5
0
5
10
15
20
25
°C
Strahlungsintensität horizontal 2011 Strahlungsintensität horizontal 2007
Außenlufttemperatur (C°) 2011 Außenlufttemperatur (C°) 2011
Aktualisierte Testreferenzjahre vom DWD mit 15 verschiedenen Referenzklima-Regionen
Für öffentlich-rechtliche Nachweise gilt das Referenzklima Deutschland: Klimastandort Potsdam
Globalstrahlung ist um 4% geringer als früher
Außentemperatur ist höher
kWh/m² Mittlere monatliche Strahlungsintensität Is (W/m²) kWh/m²Jahr Jan Feb Mär Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Jahr
Strahlungsintensität hor. 18599:2011 1072 29 44 97 189 221 241 210 180 127 77 31 17 1072Außenlufttemperatur (C°) 18599:2011 9,5 1 1,9 4,7 9,2 14,1 16,7 19 18,6 14,3 9,5 4,1 0,9 9,5Strahlungsintensität hor. 18599:2007 1120 33 52 82 190 211 256 255 179 135 75 39 22 1120Außenlufttemperatur (C°) 18599:2007 8,9 -1,3 0,6 4,1 9,5 12,9 15,7 18 18,3 14,4 9,1 4,7 1,3 8,9
Monatliche Energieeinstrahlung nach Referenzklima DIN V 18599
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1
Ein
str
ah
lun
g i
n k
Wh
/Mo
na
t
#BEZUG!
#BEZUG!
#BEZUG!
#BEZUG!
#BEZUG!
#BEZUG!
#BEZUG!
#BEZUG!
#BEZUG!
#BEZUG!
#BEZUG!
#BEZUG!
Jahresenergieeinstrahlung nach Referenzklima DIN V 18599
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1
Ein
str
ah
lun
g i
n k
Wh
/Ja
hr
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Folie 19
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“
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Folie 20
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 Primärenergie-bedarf wird umso geringer, je höher der Anteil der Erneuerbaren am allgemeinen Strommix wird
Im Rahmen der Entwicklung hin zu Energie-Plus-Gebäuden wird die Photovoltaik eine wichtige Rolle spielen und nach anderen Regeln bilanziert werden
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Folie 21
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Fragen?