Invloed van opslag op netbelasting en bepalen van de ......6 2.2 Deﬁnities E ev = E pv;ov (2) Voor het verbruiks- en opbrengstproﬁel van de voorbeeldwoning in Fig. 4 kan dit voor

Invloed van opslag op netbelasting en bepalenvan de optimale opslagcapaciteit van

PV-batterijsystemen

1 Inleiding

In het kader van het TeTra-project ’Decongestie van het distributienet door decen-trale opslag’, kortweg D3O, worden de mogelijkheden onderzocht van PV-systemenmet geıntegreerde opslag om zo het eigenverbruik, ook wel zelfconsumptie genoemd,te verhogen. Voor huidige residentiele installaties met PV-panelen is het zo dat deogenblikkelijke opbrengst van deze panelen bijna nooit samenvalt met het vermogendat gevraagd wordt. Energie-overschotten worden geınjecteerd in het distributienet entekorten worden afgenomen van dit net. Deze bidirectionele vermogenstroom zorgtvoor een zware belasting van het huidige distributienet [1], [2].

Om tegemoet te komen aan deze problematiek wordt door verschillende fabrikanten(SMA, Victron Energy, Studer,. . . ) ingezet op PV-installaties met integratie van op-slag onder de vorm van batterijen. Deze hybride PV-systemen slaan het teveel aangeproduceerde energie op om deze dan terug vrij te geven op een later tijdstip. Dezelfconsumptie kan verhoogd worden tot 60% daar waar dit bij klassieke installatieszo’n 30% bedraagt [3].

In dit onderzoek wordt de meerwaarde van een PV-opslagsysteem aangehaald vanuitverschillende standpunten. Hierbij wordt een beeld geschetst van de belasting dieeen klassieke PV-installatie op het net veroorzaakt en hoe een PV-systeem met opslaghieraan kan tegemoetkomen.

Daarnaast wordt ook de vraag gesteld hoe een dergelijke hybride PV-installatie gedi-mensioneerd moet worden. Installateurs baseren zich voor de berekening van klas-sieke PV-installaties vaak op vuistregels en eigen ervaring, maar PV-systemen metopslag zijn echter nog niet in die mate ingeburgerd. Daarbij komt nog dat een PV-opslagsysteem opgebouwd is uit verschillende onderdelen van verschillende leveran-ciers waardoor de afstemming op elkaar bemoeilijkt wordt. Er is dus nood aan enkeleconcrete regels om de gehele installatie correct te dimensioneren en goed af te stem-men op de noden van de gebruikers.

Om tot een gefundeerd onderzoek te komen, moet dit uiteraard grondig geevalueerdworden. Hiervoor wordt zowel het synthetisch lastprofiel van de VREG gebruikt [4]als metingen op werkelijke residentiele installaties [5]. PV-opbrengstprofielen zijn

1

2

beschikbaar van de installaties bij Lemcko, alsook zonneprofielen vanuit ELIS [6].

2 Begrippen en definities

Wanneer PV-opslagsystemen moeten geevalueerd worden, dan moet nagegaan wor-den wat het voordeel is van zelf geconsumeerde elektriciteit ten opzichte van elek-triciteit uit het net. Voor de eindklant is dit de drijfveer om een dergelijk systeem teplaatsen, naast eventueel nog ideologische en/of persoonlijke redenen. Om het kos-tenvoordeel correct in rekening te brengen, worden hier enkele gangbare begrippenvoorgesteld [3], [7], [8], [9]. Daarnaast moet ook een grote bron van data beschikbaarzijn. Hieronder worden enkele gebruikte modellen toegelicht.

2.1 Modellen

De kern van het probleem is dat verbruiks- en opbrengstprofielen niet samenvallen enbijgevolg moet getracht worden deze zo goed mogelijk te matchen. Daarvoor wordtin dit onderdeel gebruik gemaakt van 2 modellen, namelijk het synthetisch lastprofiel(SLP) van de VREG en de injectieprofielen van een standaardzonnejaar. Dit om eeneerste beeld te krijgen van de discrepantie tussen beide.

2.1.1 Synthetisch lastprofiel

De VREG stelt elk jaar verbruiksprofielen op voor verschillende types gebruikers,deze worden de synthetische lastprofielen (SLP) genoemd. Voor dit onderzoek wordthet SLP S21 gebruikt. Dit is het lastprofiel voor Vlaamse huishoudelijke verbruikersmet een nacht/dagverhouding <1,3. Hieronder vallen de meeste verbruikers zonderaccumulatieverwarming. Het profiel bevat de gemiddelde energievraag op kwartier-basis in p.u. ten opzichte van het totaal en is weergegeven in Fig. 1 [4].

0 50 100 150 200 250 300 3500

1

2

3

4

5

6

7x 10

−5

Dag van het jaar

Ene

rgie

kw

artu

urw

aard

en [k

Wh

pu]

Figuur 1: Synthetisch lastprofiel S21 van de VREG

2 Begrippen en definities 3

Er is tevens onderzocht als er een verschuiving kan waargenomen worden als menverschillende verbruiksprofielen over de jaren 2011 tot en met 2014 met elkaar ver-gelijkt. Hieruit kan opgemerkt worden dat het verschil zeer beperkt is en dus ookweinig invloed heeft. Er kan dus een referentiejaar genomen worden om daarmee ver-der de resultaten te onderzoeken. Bij het gebruik van het SLP moeten wel eerst enkeleverduidelijkingen worden gemaakt:

Ten eerste moet er vermeld worden dat de berekeningen per unit (p.u.) gebeuren, watdus betekent dat het totale verbruik over 1 jaar gelijk wordt gesteld aan 1. Om aandie waarde te komen worden alle 15 minuten waarden uitgezet over het volledige jaar.Optelling van al deze waarden zou ons uiteindelijk tot 1 p.u. brengen. Het voordeelvan in p.u. te rekenen is dat afgestapt wordt van het jaarlijks verbruik. De uitkomstenkunnen dan eenvoudig terug omgerekend worden naar het werkelijk jaarlijks verbruik.

Daarnaast kunnen we op deze figuur een duidelijke verschuiving terugvinden. Erheerst een hoog verbruik op de eerste dag van het jaar (winter) en naarmate we verdernaar rechts kijken kan er opgemerkt worden dat het verbruik daalt (lente, zomer) enterug stijgt (herfst, winter). Hieruit kan besloten worden dat er dus een hoger verbruikis in de winter en een lager verbruik in de zomer.

2.1.2 Opbrengstprofiel ELIS

Naast het synthetisch lastprofiel zijn er ook nog referentie opbrengstprofielen beschik-baar. Deze geven de opbrengst aan zonne-energie weer per kwartier op jaarbasis ge-meten te Ukkel. Dit profiel werd niet opgemeten over een welbepaald jaar, maar eenstandaard jaar werd samengesteld aan de hand van 12 referentiemaanden, verspreidover verschillende jaren [6].

0 50 100 150 200 250 300 3500

1

2

x 10−4

Dag van het jaar

Ene

rgie

kw

artu

urw

aard

en [k

Wh

pu]

Figuur 2: Opbrengstprofiel standaard zonnejaar

Dit opbrengstprofiel staat los van het geınstalleerd vermogen van de installatie, aange-duid in kWp. Dit is afhankelijk van verschillende factoren zoals locatie, azimuthoek,hellingsgraad, rendement,. . .

Uit Fig. 2 kan opgemerkt worden dat het opbrengstprofiel laag begint (dus weinig op-

4 2.1 Modellen

brengst op 1 januari) omdat men zich dan in de winter bevindt. Naarmate er meer naarrechts wordt gekeken ziet men een stijgende opbrengst van de PV-installatie (lente enzomer) en uiteindelijk daalt de opbrengst terug naarmate we het einde van het jaarnaderen (herfst, winter). Dus hier zien we net het omgekeerde beeld als bij het ver-bruiksprofiel dat eerder besproken werd.

Zowel het SLP als het opbrengstprofiel werden omgezet in p.u. Ter illustratie zijn inFig. 3 beiden weergegeven voor een bepaalde week van het jaar. Er is dus een duide-lijk verschil tussen beide grafieken en net dit verschil is essentieel in de problematiekdie in dit onderzoek wordt aangepakt door middel van batterijopslag.

104 105 106 107 108 109 110 1110

0.5

1

1.5

2

2.5x]10

−4

Dag]van]het]jaar

Ene

rgie

]kw

artu

urw

aard

en][k

Wh]

pu]

Figuur 3: Verbruiksprofiel van de VREG (blauw) en opbrengstprofiel van ELIS(groen) voor week 16

Het voordeel van het synthetisch lastprofiel en het zonne-opbrengstprofiel is dat dezevrij beschikbaar gesteld zijn. Dit biedt het voordeel dat iedereen deze data kan gebrui-ken en verwerken. De vraag is echter hoe nauwkeurig deze profielen zijn.

2.1.3 Werkelijke verbruiks- en opbrengstprofielen

Naast het SLP S21 en het gemiddeld opbrengstprofiel werd in dit onderzoek ook ge-bruik gemaakt van data van werkelijke verbruikers en PV-installaties.

Verbruiksprofielen van verschillende woningen voor verschillende jaren werden terbeschikking gesteld door Eandis. Bij wijze van voorbeeld wordt een willekeurige wo-ning uitgenomen voor het jaar 2013. Voor elk kwartier werd de verbruikte energiein kilowattuur opgemeten. Hiernaast zijn ook werkelijke opbrengstprofielen voorhan-den, verkregen uit de meetdata van het zonnepark van Lemcko. Ook hier wordt eenvoorbeeld uitgekozen, namelijk een PV-installatie van 1080Wp bestaande uit monok-ristallijne panelen. Zowel verbruiks- als opbrengstprofielen werden verschaald tenopzichte van hun totale jaarlijkse verbruik respectievelijk opbrengst (p.u.). Fig. 4geeft het verbruiks- en opbrengstprofiel voor week 16 van het jaar 2013 (maandag15/04 tot en met zondag 21/04). Het totale elektriciteitsverbruik voor die woning voor2013 bedraagt 4513,5kWh.


Figuur 4: Verbruiksprofiel van een woning (blauw) en opbrengstprofiel van een PV-installatie (groen) voor week 16, 2013

Fig. 4 toont duidelijk aan dat verbruik en opbrengst niet samenvallen, met als gevolgde bidirectionele vermogenstroom zoals beschreven onder 1. Verschillende, doch ge-lijkaardige grafieken worden bekomen voor elke week van het jaar. Gezien de energie-stromen worden uitgezet ten opzichte van het hun totaal (p.u.-waarden), wordt zowelvoor het verbruiks- als het opbrengstprofiel een totaal van 1 bekomen.

Wanneer de verbruiks- en opbrengstprofielen uit Fig. 3 worden vergeleken met dezevan de voorbeeldwoning uit Fig. 4, dan valt het op dat het verschil tussen beide last-profielen groot is. Het SLP is een sterke uitmiddeling waar hoge pieken en dalen inverzinken. De gelijkenis tussen het karakter van de opbrengstprofielen is echter welopmerkelijk.

2.2 Definities

2.2.1 Zelfconsumptieverhouding

De zelfconsumptieverhouding Zc staat voor het aandeel van de opgewekte zonne-energie dat ogenblikkelijk verbruikt wordt in het eigen huishouden. Ze wordt uitge-drukt door de verhouding van de eigen verbruikte PV-energie Eev op de totale opge-wekte energie Epv afkomstig van de zonnepanelen (1).

Zc =Eev

Epv(1)

Voor een klassieke PV-installatie is het zo dat de eigen verbruikte energie enkel enalleen bepaald wordt door de PV-energie die ogenblikkelijk de gevraagde last voedt(Epv,ov) (2).

6 2.2 Definities

Eev = Epv,ov (2)

Voor het verbruiks- en opbrengstprofiel van de voorbeeldwoning in Fig. 4 kan dit vooreen week geıllustreerd worden aan de hand van Fig. 5. Hierbij is de totale PV-energieEpv weergegeven in het groen, en de eigen verbruikte energie Eev is het gearceerdedeel. Indien er wordt vanuit gegaan dat de opbrengst over een jaar exact het volledigverbruik dekt, dan wordt voor deze woning een zelfconsumptie bekomen van 27,7%.

Figuur 5: Illustratie van de zelfconsumptieverhouding voor week 16, 2013

Veronderstel dat een opslagsysteem onder de vorm van batterijen wordt geıntegreerdin een bestaande installatie. Dan is het zo dat de eigen verbruikte energie de som isvan de PV-energie die gebruikt wordt om de last te voeden (Epv,ov) en de PV-energieom de batterijen te laden (Elb) (3).

Eev = Epv,ov + Elb (3)

Het mag duidelijk zijn uit (2) en (3) dat de zelf verbruikte PV-energie en hiermee ookde zelfconsumptieverhouding stijgt wanneer opslag wordt geıntegreerd.

Dit kan gevisualiseerd worden voor een willekeurige effectieve opslagcapaciteit van1,5kWh/MWh in Fig. 6 samen met het laadniveau van de batterij. Van zodra de bat-terij volledig opgeladen is, zal er energie geınjecteerd worden in het net. Omgekeerdzal er energie onttrokken wanneer het laadniveau nul wordt.

Voor gemiddelde residentiele installaties in Vlaanderen bedraagt de zelfconsumptie-verhouding om en bij de 30%. Dit betekent dat het grootste aandeel van de opgewekteenergie (zo’n 70%) terug in het net gestuurd wordt en zodoende een grote belastingvormt voor het distributienet. Voor de eigenaar van een residentiele PV-installatie inVlaanderen betekent het injecteren van stroom echter niet meteen een financieel na-deel. Door het systeem van de terugdraaiende teller is de negatieve prijs voor eengeınjecteerde kilowattuur dezelfde als voor een gevraagde. Economisch gezien heefteen hogere zelfconsumptieverhouding in Vlaanderen dus geen zin. Wanneer de ta-rieven voor injectie lager zouden zijn dan voor afname (zogenaamde ’feed-in tarief’,


104 105 106 107 108 109 110 1110

1

2

xL10−4

Ene

rgie

Lkw

artu

urw

aard

enL[k

WhL

pu]

104 105 106 107 108 109 110 1110

50

100

DagLvanLhetLjaar

Laad

nive

auL[%

]

Figuur 6: Illustratie van de zelfconsumptieverhouding voor week 16, 2013, met eeneffectieve batterijcapaciteit van 1,5 kWh/MWh

zoals in Duitsland), dan is een hogere zelfconsumptie wel degelijk financieel voorde-lig [8].

In geval van een dubbele tarifering kan de zelfconsumptieverhouding gezien wordenals de waarde van de gegenereerde zonne-energie en dus het economisch rendementvan de PV-installatie. Hoe hoger deze zelfconsumptie, des te groter het economischrendement van de PV-installatie [3].

2.2.2 Zelfvoorzieningsverhouding

De zelfvoorzieningsverhouding Zv staat voor het aandeel van de gevraagde energie dieje ogenblikkelijk zelf kan voorzien. Het is de verhouding van de gevraagde energiedie zelf geproduceerd werd, Eep, op de totaal gevraagde energie El (4).

Zv =Eep

El(4)

Ook hier kan terug een onderscheid gemaakt worden tussen een klassieke PV-installatieen een PV-opslagsysteem. Voor de klassieke installatie is het zo dat de eigen geprodu-ceerde energie gelijk is aan de PV-energie die ogenblikkelijk de gevraagde last voedten dus nog gelijk is aan de eigen verbruikte energie Eev.

Eep = Epv,ov = Eev (5)

Ook de zelfvoorzieningsverhouding Zv kan berekend worden (4). Dit wordt teruggeıllustreerd voor dezelfde situatie in Fig. 7. Hierbij is de totale gevraagde energie El

ingekleurd in het blauw, het gearceerde deel staat voor het gedeelte van het verbruikdat ogenblikkelijk zelf geproduceerd werd (Ezp). Voor een opbrengst die exact devolledige vraag dekt, bedraagt de zelfvoorziening 27,7%.

8 2.2 Definities

Figuur 7: Illustratie van de zelfvoorzieningsverhouding voor week 16, 2013

De zelfconsumptie is even groot als de zelfvoorziening en de reden hiervoor ligt voorde hand. Enerzijds werd eerder al aangehaald dat voor een PV-systeem zonder batte-rijopslag Eev gelijk is aan Eep. Dit volgt ook duidelijk uit Fig. 5 en Fig. 7 waar beidegearceerde delen even groot zijn. Anderzijds werd ook gesteld dat de opbrengst devraag dekt, dus geldt bovendien dat Epv = El waardoor ook Zc = Zv.

Indien opslag wordt geıntegreerd in de PV-installatie, dan kan bovenstaande vergelij-king aangepast worden door de energie afkomstig van het ontladen van de batterijenEob in rekening te brengen.

Eep = Epv,ov + Eob (6)

Hierdoor zal naast de zelfconsumptie ook de zelfvoorziening stijgen na het integrerenvan een opslagsysteem. In de praktijk is het wel zo dat Eob altijd kleiner is dan Elb

omwille van het rendement van de batterijen dat nooit 100% kan zijn.

De stijging in zelfconsumptieverhouding kan geıllustreerd worden aan de hand vanFig. 8 voor een batterij van 1,5kWh/MWh. Hierop is ook terug het laadniveau vande batterij weergegeven.

Ook hier wordt terug de opmerking gemaakt dat een stijging van de zelfvoorzieningniet noodzakelijk een financiele winst betekent voor de eigenaar van een PV-installatiein Vlaanderen. De prijs voor een teruggestuurde kilowattuur is dezelfde als de prijsvan een onttrokken kilowattuur, vandaar dat de energiestroom afkomstig van de bat-terijen (Eob) geen economische meerwaarde betekent voor de eindklant. Stel dat deprijs voor een geınjecteerde kilowattuur echter wel lager ligt, dan pas kan het voorde-liger zijn om de zelfvoorziening te verhogen door opslag [9].

Daar waar de zelfconsumptie een maat is voor de waarde van een gegenereerde kilo-wattuur, staat de zelfvoorziening voor de waarde van een betaalde kilowattuur. Hoehoger de zelfvoorzieningsgraad, hoe meer er kan bespaard worden in energiekos-ten [3].

3 Netbelasting 9

104 105 106 107 108 109 110 1110

1

2

xL10−4

Ene

rgie

Lkw

artu

urw

aard

enL[k

WhL

pu]

104 105 106 107 108 109 110 1110

50

100

DagLvanLhetLjaar

Laad

nive

auL[%

]

Figuur 8: Illustratie van de zelfvoorzieningsverhouding voor week 16, 2013, met eeneffectieve batterijcapaciteit van 1,5 kWh/MWh

3 Netbelasting

3.1 Betrokken partijen

Het Tetra-project onderzoekt de mogelijkheid naar decongestie van het distributienetdoor opslag. Hierin zijn voornamelijk twee partijen betrokken, enerzijds is er de net-beheerder en anderzijds de eindgebruiker. Voor elk van deze partijen zijn de drijfverenvoor het plaatsen van opslag verschillend.

3.1.1 Standpunt gebruiker

Voor de gebruiker zal het belang van opslag liggen om voor een zo klein mogelijkekostprijs een zo groot mogelijk eigenverbruik te realiseren. Zodanig kan de verbruikerzijn eigen installatie optimaliseren en onafhankelijker worden van het distributienet.

Het zal er dus op aankomen om te bufferen op het moment dat er een overschot wordtgeproduceerd van de PV-installatie (Fig. 9). Zo kunnen de gebruikers ervan verzekerdworden dat er een poging wordt ondernomen om zoveel mogelijk energie op te slaanin de batterijen en deze op een later tijdstip (vb. ’s avonds) te gebruiken.

Op zich lijkt dit logisch, maar dat wil dus zeggen op een zonnige dag niet alle ener-gie zal kunnen opgeslagen worden in de batterijbank. Als men buffert vanaf er eenoverschot is, zal bijvoorbeeld maar energie opgeslagen worden tot 11 uur ’s middags,daarna is de batterij volgeladen en zal er dus terug in het distributienet geınjecteerdworden zolang er geen of onvoldoende verbruik aanwezig is. Het eigenverbruik vande verbruiker zal stijgen, maar er zal terug een percentage elektriciteit in het distribu-tienet geınjecteerd worden en er is dus geen volledige ontlasting van het distributienet.Als het echter een minder zonnige dag is en er te weinig opbrengst is om het completeverbruik op te vullen, kan hier wel alle energie opgeslagen worden in de batterijbank

10 3.1 Betrokken partijen

Figuur 9: Optimale batterijopslag - gebruikers

om dit op een later tijdstip te gebruiken.

3.1.2 Standpunt distributienetbeheerder

Het tweede standpunt dat we in acht moeten houden is het standpunt van de distribu-tienetbeheerder. Deze zal vooral het distributienet willen ontlasten om zo kosten tebesparen of veranderingen aan het distributienet te vermijden. Echter is het voor dedistributienetbeheerder niet van belang of de verbruiker zijn batterijbank ’optimaal’kan benutten. Het doel van de distributienetbeheerder is dat de piek veroorzaakt doordecentrale energiebronnen van het distributienet gehaald wordt en daarnaast ook dePQ problematiek door deze bronnen zoveel mogelijk geminimaliseerd worden.

Hoe groter de batterijbank hoe beter, want door deze batterijbank kan alle energiegestockeerd worden en zo kunnen de decentrale productie-eenheden ontzien van hetdistributienet. Wat dus ook zal betekenen dat er geen PQ problemen meer ontstaandoor decentrale productiebronnen (geen injectie meer).

Daarnaast zou het ook ideaal zijn dat er meerdere woningen samen gekoppeld worden(zowel woningen met PV als zonder PV) zodat de overgedimensioneerde batterijbankoptimaal zou kunnen benut worden en uitgemiddeld worden bij de verschillende wo-ningen. Enkel bij tekorten kan men dan het distributienet gebruiken om terug elek-triciteit te onttrekken, dus terug een uitbating zoals het vroegere systeem, waarbij hetdistributienet dus effectief gebruikt wordt voor afname van elektriciteit.

3.1.3 Consensus

Een derde scenario dat bekeken moet worden is een consensus tussen zowel het ideaal-beeld van de verbruiker en het ideaalbeeld van de distributienetbeheerder. Hier wordtde klemtoon vooral dat de gebruiker toch een optimale batterijbank kan installeren om

3 Netbelasting 11

Figuur 10: Optimale batterijopslag - distributienetbeheerder

zijn eigenverbruik te verhogen en zo minder afhankelijk wordt van het distributienet,terwijl het voor de distributienetbeheerder van belang zal zijn dat de batterijbank depiekinjectie op het distributienet kan vermijden. Dit noemt in de literatuur ook vaakpeak shaving. Zo kan in Fig. 11 gezien worden dat pas vanaf een bepaald momentelektriciteit gebufferd wordt in de batterijbank. Zo wordt op het moment dat er ei-genlijk piekinjectie zou ontstaan op het distributienet, dit geheel opgevangen door debatterijbank. Op die manier wordt het distributienet toch grotendeels ontlast en kanhet eigenverbruik van de klant toch verhogen.

Figuur 11: Optimale batterijopslag - Consensus gebruiker en distributienetbeheerder

3.1.4 Conclusie

Er moet opgemerkt worden dat de implementatie van een consensus geen invloed heeftop het berekenen van de capaciteit van de batterij, maar wel op het regelalgoritme. Dit

12 3.2 Beheersniveau

wordt wel meegenomen in verder onderzoek, maar voor het bepalen van de optimalecapaciteit wordt uitgegaan van het standpunt van de eindgebruiker.

3.2 Beheersniveau

Het effect van opslag op de netcongestie en het bepalen van de optimale capaciteitkan vanuit verschillende beheersniveaus bekeken worden. Er is het lokaal beheers-niveau die enkel de residentiele installatie in beschouwing neemt en daarnaast is ernog het hoger beheersniveau die opslag definieert voor een groepering van verschil-lende verbruikers (zie Fig. 12). In deze publicatie wordt uitgegaan van het lokaalbeheersniveau. Het hoger beheersniveau komt in een later stadium van het project aanbod.

Figuur 12: Beheersniveau

Als er nu even terug een link wordt gemaakt met de verbruiks- en opbrengstprofielenvoor een standaard gezinswoning kan er gesteld worden dat er een gemiddeld verbruikzal zijn van vb. 4250 kWh op jaarbasis [4]. Als men deze 4250 kWh wil opvangenmet een PV-installatie, zal men een installatie met een grootte van 5 kWp moeteninstalleren (referentie: 1 kWp = 850kWh [4]).

Op Fig. 13 wordt er terug in p.u. gerekend, maar het getallenvoorbeeld van hierbovenkan hierin perfect beschreven worden als men de omrekening zou maken. Als wekijken op deze figuur kunnen volgende opmerkingen gemaakt worden:

De groene lijn is het verbruik over jaarbasis en de zwarte lijn is de opbrengst op jaarba-sis. Het verbruik op jaarbasis is praktisch lineair stijgend terwijl het opbrengstprofieleen veel sterkere variatie ondergaat. Deze grafiek kan terug vergeleken worden metbeide voorgaande grafieken (Fig. 1 en Fig. 2).

Om Fig. 13 toch even te verduidelijken beginnen we bij dag 1 (1 januari) van hieruitkan opgemerkt worden dat de zwarte lijn relatief traag stijgt (dus lagere opbrengst),naarmate er meer naar rechts toegewerkt wordt, is er een sterke stijging te zien (lente,zomer) en helemaal rechts wordt dit terug afgezwakt (herfst, winter). Op jaarbasis kaner opgemerkt worden dat het volledige verbruik opgevangen is door de PV-installatieen er dus een nulverbruik zal zijn voor deze specifieke woning waarbij PV en verbruikperfect op elkaar afgestemd zijn.

Als men dus nu een PV-installatie installeert van 5kWp voor een verbruik van 4250kWhop jaarbasis (referentie 850 kWh/kWp), zal dit als gevolg hebben dat er over jaarbasiseen nulverbruik van de woning zal ontstaan bij installaties ≤ 10kWh (systeem terug-draaiende teller). Daarom dat in Fig. 13 ook opgemerkt kan worden dat op het einde

3 Netbelasting 13

Figuur 13: Verbruiks- en opbrengstprofiel op jaarbasis

zowel de lijn van opbrengst als de lijn van verbruik samen eindigen.

Om het toch nog even te benadrukken, spreken we in bovenstaande situatie over hetjaarverbruik en de jaaropbrengst. Het is niet dat de PV-installatie het volledige eigenverbruik zal opvangen. Er zullen momenten zijn waar er een overproductie van deinstallatie heerst en deze energie terug in het distributienet geınjecteerd wordt. Daar-naast zal het ook mogelijk zijn dat er een tekort ontstaat en dat men dus terug elektrici-teit vanuit het distributienet afneemt om de verbruikers verder te voeden. Onderstaandvoorbeeld illustreert bovenstaande tekst nog even als men nu kijkt voor een periodevan 24 uur.

243 2440

0.5

1

1.5

2

2.5x 10

−4

Dag van het jaar

Ene

rgie

kw

artu

urw

aard

en [k

Wh

pu]

0

0.5

1

1.5

2

2.5x 10

−4

Dag van het jaar

Ene

rgie

kw

artu

urw

aard

en [k

Wh

pu]

Figuur 14: Vergelijking dagprofielen van 31 augustus (links) en 16 december (rechts)

Op de linkse figuur (31 augustus - zomer) kan opgemerkt worden dat er een hoge op-brengst is van de PV-installatie. Gedurende de dag zullen er dus meerdere momentenzijn waarop men terug in het distributienet injecteert. Terwijl op rechtse figuur (16december - herfst) de opbrengst relatief beperkt blijft en er dus een tekort ontstaat,met als gevolg dat op deze dag er veel elektriciteit uit het distributienet zal wordenafgenomen. Ook kan men zien dat tijdens de zomer de dagen langer zijn en dat dePV-installatie al vroeger in en later afschakelt in vergelijking met de veel kortere dag-periode op 16 december.

Fig. 15 maakt de afweging tussen opbrengst en verbruik en verduidelijkt tevens Fig.13. Hierop kan nu effectief gezien worden dat er in het begin en einde van het jaareen tekort zal zijn van energie van de PV-installatie, terwijl in de zomermaanden ereen serieus overschot kan ontstaan. Toch kunnen we door het principe van de terug-

14 3.2 Beheersniveau

draaiende teller de afname in de wintermaanden compenseren met de opbrengst in dezomermaanden.

Figuur 15: Verschil opbrengst en verbruik - jaarbasis

Als er op een dag meer totaal verbruik is dan totale opbrengst zullen de waardennegatief zijn (onder 0), terwijl als de totale opbrengst het totaal verbruik van die dagkan opvangen, zal de resterende waarde positief zijn. Het overschot wordt aangeduidin het geel, het tekort wordt gevisualiseerd door de rode gebieden.

Stel in Fig. 16 dat de blauwe kolom het verbruik en de groene kolom de opbrengstis op een bepaald tijdsinterval, dan kan opgemerkt worden dat er in situatie 1 eenelektriciteitsoverschot ontstaat. Dit zijn de momenten waarop we dus de gele lijnenzien op Fig. 15. Er is dus een deel van de totale opbrengst op een dag over. Terwijl alser meer verbruik is dan opbrengst, dan zullen we dus een tekort hebben en zal er eennegatieve waarde ontstaan. Belangrijk is dat er hier wordt gekeken op dagbasis. Echterkan opgemerkt worden dat als men kijkt op dagbasis, er weinig opslagmogelijkhedenzijn in de winter en de herfst, vandaar dat er beter wordt gekeken naar ogenblikkelijkewaarden of op een zo klein mogelijke tijdsbasis i.p.v. op dagbasis!

Figuur 16: Verduidelijking opbrengst-verbruikverhouding op dagbasis

Als we daarnaast op 15 minutenbasis zouden kijken, ontstaan er nog meer variatiestussen opbrengst en verbruik. In de toekomst zal de aanrekening van smart meters op

3 Netbelasting 15

een nog kleinere tijdsbasis (tientallen ms) worden bekeken. Dus is het ook de bedoe-ling van dit project dat we niet enkel op jaarbasis kijken, maar eveneens op kleineretijdsbasissen zoals dag of 15 minutenbasis om de zelfconsumptie van de installatie tebepalen en zo een correct beeld te krijgen van wat mogelijk is.

3.3 Zelfconsumptie zonder batterij

Voorgaande figuren tonen duidelijk dat niet alle opgewekte elektriciteit direct zal wor-den benut in het huishouden van 1 gezin. Algemeen wordt in de literatuur neerge-schreven dat het direct eigen verbruik van een PV-installatie zonder opslag ±30 %bedraagt [10], [11]. Dit is een relatief laag percentage, wat dus ook betekent dat er opzijn beurt heel wat injectie in het distributienet zal plaatsvinden en het distributienetdus nog altijd een belangrijke factor blijft voor mensen met een PV-installatie.

Als er gekeken wordt naar de zelfconsumptie berekend vanuit verbruiks- en het op-brengstprofiel komen we op een gemiddelde waarde van 38 %. Deze waarde is enkelepercenten hoger dan wat neergeschreven wordt in de literatuur. Echter moet er reke-ning gehouden worden dat dit de gemiddelde profielen zijn en dat die andere cases uitde literatuur aparte metingen zijn op verschillende woningen. Zoals eerder vermeld inde inleiding is het dan ook de bedoeling om niet enkel met deze profielen te werken,maar ook eens te gaan vergelijken als dit verschil zich ook zo weergeeft bij het ge-bruik van werkelijke profielen van woningen, verkregen door Eandis, dit wordt verderin deze tekst behandeld in 4. Dimensionering.

Om toch even een notie te krijgen van wat er mogelijk is aan zelfconsumptie op dagba-sis voor het verbuiksprofiel van de VREG in combinatie met het opbrengstprofiel vanELIS, worden hieronder de cijferwaarden even bijgevoegd. Aangezien er uitgegaanwordt van een jaarlijkse opbrengst die gelijk is aan het verbruik, is de zelfconsumptiegelijk aan de zelfvoorziening (zie 2.2.2).

243 2440

0.5

1

1.5

2

2.5x 10

−4

Dag van het jaar

Ene

rgie

kw

artu

urw

aard

en [k

Wh

pu]

0

0.5

1

1.5

2

2.5x 10

−4

Dag van het jaar

Ene

rgie

kw

artu

urw

aard

en [k

Wh

pu]

Figuur 17: Dagprofielen voor 31 augustus (links) en 16 december (rechts)

Een samenvatting van de waarden van de linkse Fig. 17 (31 augustus - zomer) wordthieronder weergegeven. Opbrengst en eigen verbruik worden bekeken ten opzichtevan het verbruik.

Er is dus een groot potentieel aan opslag mogelijk. Er is nog 48% verbruik die moetopgevangen worden voor die dag, maar er is echter een potentieel van 128% aan elek-

16 3.3 Zelfconsumptie zonder batterij

Verbruik 100%

Opbrengst 180%

Zelfconsumptie 52%

triciteitsopbrengst (180% - 52%) over die kan worden opgeslagen in de batterijbankvoor de volledige dag op te vangen door u eigen installatie en dus volledige afhanke-lijkheid te hebben van het distributienet.

Voor de rechtse Fig. 17 (16 december - herfst) worden volgende resultaten weergege-ven:

Verbruik 100%

Opbrengst 29%

Zelfconsumptie 24%

Hier is er amper 5 procent opbrengst over, deze kan benut worden om het verbruik nogiets te verhogen, maar er zal nog altijd een groot tekort zijn om het volledige verbruikvan die dag op te vangen.

Zoals uit eerdere werkpakketten bleek zal het dan ook belangrijk zijn om de capaciteitvan de batterijen goed af te stemmen zodat men geen te grote en nodeloze batterijban-ken installeert bij dergelijke installaties.

Dus afhankelijk van het seizoen zal men een ander standpunt moeten innemen quaopslag, eigen verbruik,. . . Daarom moet er een consensus gevonden worden om eenideale opslag te creeren voor het volledige jaar. Fig. 18 toont het opbrengst en ver-bruiksprofiel voor de vier seizoenen om toch een betere inschatting te maken.

Hieruit kan er geconcludeerd worden dat de opbrengst vooral het hoogst zal zijn in dezomer en de lente. Ook kan opgemerkt worden dat de zelfconsumptie daar grotendeelshet verbruik van de gebruikers kan opvangen. Wat er dus op neerkomt dat er voor dezetwee seizoenen heel wat opslagmogelijkheden zijn.

zomer lente

Verbruik 100% 100%

Opbrengst 174% 161%

Zelfconsumptie 55% 53%

In de zomer is de totale opbrengst groter dan het totaal verbruik. De zelfconsumptiebedraag 55%, dus er is nog altijd 119% over die kan gebruikt worden om het verbruikop te vangen, wat ruim voldoende is. In de lente is de totale opbrengst groter danhet totaal verbruik. De zelfconsumptie bedraagt hier 52%, dus is er nog altijd 109%opbrengst over die het verbruik kan opvangen.

3 Netbelasting 17

Figuur 18: Vergelijking seizoenen voor opbrengst en verbruik

Voor de herfst en de winter is het beeld totaal anders. Hier ligt de zelfconsumptie eenstuk lager en dekt deze zeker niet het totale verbruik. Ook de energie beschikbaar vande PV-installatie die anders terug in het distributienet geınjecteerd wordt is een stukkleiner en zal dus ook niet voldoende zijn om het volledige verbruik te dekken.

winter herfst

Verbruik 100% 100%

Opbrengst 41% 44%

Zelfconsumptie 24% 24%

In de winter ligt het eigen verbruik nu lager dan de opbrengst, wat dus wil zeggendat in de winter er maar amper 24% van het totale verbruik kan opgevangen worden.Echter is er wel nog steeds marge om op te slaan. De herfst volgt een zelfde scenariozoals in de winter, er wordt geen volledige dekking gegeven van het verbruik doorde opbrengst. Er is wel terug marge over om de zelfconsumptie van de installatie teverhogen.

Door bovenstaande cijfers kan er een beeld gekregen worden van hoe groot de netbe-lasting effectief is in de verschillende seizoenen door PV. Een belangrijke conclusieis dat er zowel in de zomer als in de winter opslagmogelijkheden zijn voor de bat-terijbank om zo het distributienet verder te ontlasten en meer onafhankelijkheid teverkrijgen.

In de lente en de zomer zou het mogelijk zijn door een relatief grote batterijbank teintegreren het verbruik grotendeels op te vangen en zou het distributienet sterk ontlast

18 3.4 Zelfconsumptie met batterij

kunnen worden. Het is voornamelijk in deze maanden dat een batterijbank nuttig zouzijn uit het standpunt van netontlasting om zo de injectiepieken te vermijden.

3.4 Zelfconsumptie met batterij

3.4.1 Invloed van batterijcapaciteit op zelfconsumptie

Nadat de zelfconsumptie gedurende het jaar in kaart werd gebracht voor een netge-koppelde installatie zal nu gekeken worden naar een net-interactief systeem. Hierbijzal onderzocht worden wat de zelfconsumptie is bij een bepaalde batterijcapaciteit.Dus als er terug verder gewerkt wordt met Fig. 15 kan men effectief de meerwaardevan opslag aantonen om de zelfconsumptie van de woning te vergroten. Fig. 19 toontde mogelijke opslag op dagbasis gedurende een jaar.

Figuur 19: Mogelijke opslag op dagbasis

Belangrijk in bovenstaande figuur is dat we nog altijd per unit (p.u.) werken. Dus alsde ideale opslagcapaciteit 4kWh/MWh (0,004 p.u.) is en men de opslagcapaciteitwil weten voor een residentiele woning van 4,250MWh per jaar, dan moet men dezefactor daarmee vermenigvuldigen om het opslagniveau in kWh te weten. In dit voor-beeld is de opslagcapaciteit 17kWh. Er moet ook opgemerkt worden dat dit handeltover effectieve opslagcapaciteit en geen werkelijke batterijcapaciteit. Hoeveel kWhaan werkelijk opslag dan moet voorzien worden, hangt af batterijtechnische parame-ters.

Dit bovenstaande is de opslag die kan gerealiseerd worden op dagbasis. Uit de fi-guur kan opgemerkt worden dat als een batterijbank zou geımplementeerd wordenvan 1kWh/MWh deze opslag heel wat dagen in het jaar zou kunnen benut worden.Bijgevolg zal dit resulteren in een hogere zelfconsumptie. Voor een batterijbank van4kWh/MWh zal dit resulteren in een nog hoger eigen verbruik, maar de benuttingvan de batterijbank zal lang niet zo hoog zijn als bij 1kWh/MWh.

Opgelet, het is belangrijk op te merken dat door te kijken op dagbasis, de batterijbank

3 Netbelasting 19

in de winter en herfst een stuk minder zou gebruikt worden op voorgaande figuur.Als we dit zouden bekijken op 15 minuten basis, kan er opgemerkt worden dat debenutting van de batterijbank een heel stuk hoger zal gelegen zijn, zoals volgt uit Fig.15. Dus de perceptie van hoe men kijkt naar opslag is ook zeer belangrijk! Terugzullen wij rekening houden met onderstaande Fig. 15.

Om een realistische benadering te maken zal bovenstaand onderzoek uitgebreid wor-den waardoor het mogelijk is dat de batterijbank de volgende dag niet volledig ontla-den is, wat in de realiteit ook perfect mogelijk kan zijn. Daarnaast kijken we nu ookniet meer op dagbasis maar op 15 minuten basis voor het vergelijken van opbrengsten verbruik om zo een correcte interpretatie te kunnen maken.

Fig. 20 toont het eigen verbruik versus de batterijcapaciteit met de synthetische last-profielen. Het eerste punt was al gekend, namelijk, zonder batterijopslag zal er eeneigen verbruik van 38% bereikt worden.

0 1 2 3 4 5 6 735

40

45

50

55

60

65

70

Effectieveuopslagcapaciteitu[kWh/MWh]

Zel

fcon

sum

ptie

u[%]

Figuur 20: Zelfconsumptie in functie van batterijcapaciteit

Als er nu een batterijbank aan de installatie toegevoegd wordt, dan kan men zien dat dezelfconsumptie van de installatie zal stijgen. Fig. 20 zal hieronder even verduidelijktworden. Indien een zelfconsumptie van 61% wordt vooropgesteld, hebben we eenbatterijcapaciteit nodig van 1kWh/MWh. Het voordeel van in kWh/MWh (p.u.) terekenen is dat er nu voor om het even welke installatie een omrekening kan gemaaktworden naar de gewenste zelfconsumptie.

Vb:

• Verbruik = 4,250MWh

• Opbrengst = 4,250MWh

Batterijcapaciteit (afgestemd op verbruik) = 1kWh/MWh * 4,250MWh = 4,25kWhZelfconsumptie = 61%Batterijcapaciteit = 2kWh/MWh * 4,250MWh = 8,5kWhZelfconsumptie = 66%

Er kan besloten worden dat, als er een grotere batterijcapaciteit gekozen wordt (vb.2kWh/MWh), dan kan men opmerken dat de zelfconsumptie slechts in mindere matetoeneemt in vergelijking met 1kWh/MWh batterijopslag.

20 3.4 Zelfconsumptie met batterij

Het zal de bedoeling zijn om een optimale opslagcapaciteit te vinden, dus om opzoek te gaan naar het punt waar opslag niet meer rendabel wordt voor een bepaaldeinstallatie (zie 4). Dit zal tevens in kWh/MWh gebeuren zodanig dat dit dan kanomgerekend worden voor om het even welke installatie.

3.4.2 Volledige onafhankelijkheid

Als er op 15 minuten basis gekeken wordt hoeveel batterijcapaciteit er zou moetenopgeslagen worden voor 100% onafhankelijkheid, dan kan men in Fig. 21 zien dat ditabsurd is. Er zou een batterijcapaciteit vereist worden van 340kWh/MWh. Bij eenverbruik van 4,25MWh zou dit dus een batterijbank van 1360kWh vereisen.

Op Fig. 21 kan ook duidelijk opgemerkt worden dat het dus, zoals eerder vermeld, hetvooral de kleinere batterijbanken zullen zijn die de grote meerwaarde kunnen gevenvoor de stijging van het eigen verbruik. Vanaf een bepaald punt zal de stijging van dezelfconsumptie versus batterijcapaciteit zodanig miniem zijn, terwijl het installerenvan dermate grote batterijbanken een nodeloze kost zou zijn.

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.3530

40

50

60

70

80

90

100

110

Effectieve]opslagcapaciteit][kWh/MWh]

Zel

fcon

sum

ptie

]((

)

Figuur 21: Volledige onafhankelijkheid

3.4.3 Zelfconsumptie per seizoen

In voorgaand deel werd continue het ganse plaatje op jaarbasis bekeken, terwijl ervoordien al opgemerkt is dat het vooral voor de zomer en lente (meest zonne-instraling)zal zijn dat de hoogste zelfconsumptie kan bereikt worden met de beschikbare batterij-bank. Dit zijn voor de distributienetbeheerder dan ook de belangrijkste maanden voorde ontlasting van het distributienet te garanderen of te verbeteren. Daarom is het ookvan belang om toch even na te gaan wat de meerwaarde van batterijopslag kan zijn alser per seizoen gekeken wordt. Daarnaast moet er ook een afweging gemaakt wordendat de ideale batterijcapaciteit kan bereikt worden voor alle seizoenen en mogen weons zeker niet vastgrijpen op het jaaroverzicht.

Zonder batterijopslag kan in Tabel 1 opgemerkt worden dat de zelfconsumptie voorzowel zomer als lente dubbel zo hoogt ligt als in de herfst en de winter. Fig. 22 toont

3 Netbelasting 21

Tabel 1: Zelfconsumptie zonder batterijopslag

Zomer 0.124Lente 0.125Herfst 0.065Winter 0.068Totaal 0.382

de mogelijk verhoging van zelfconsumptie voor de vier seizoenen.

0 1 2 3 4 5 6 76

8

10

12

14

16

18

20

22

24

Effectievenopslagcapaciteitn[kWh/MWh]

Zel

fcon

sum

ptie

n[r]

zomer

lente

winter

herfst

Figuur 22: Zelfconsumptie in functie van batterijcapaciteit voor de vier seizoenen

In Tabel 2 werd de zelfconsumptie per seizoen uitgerekend voor verschillende groottesvan batterijbanken.

Tabel 2: Zelfconsumptie met batterijopslag

2kWh/MWh 1,25kWh/MWh 0,75kWh/MWhZomer 0.220 0.215 0.187Lente 0.220 0.212 0.184Herfst 0.104 0.099 0.099Winter 0.110 0.105 0.095Totaal 0.655 0.630 0.556

Dus door een 2kWh/MWh batterijbank toe te voegen bekomen we een totale zelf-consumptie van 65,5% terwijl we zonder batterijbank een 38,2% zelfconsumptie re-aliseerden. Dus er is een opmerkelijke stijging te zien voor alle seizoenen. Dus debatterijbank heeft over het ganse jaar toch wel een meerwaarde om de zelfconsumptievan de installatie te vergroten.

In vorige simulaties maakten we al gebruik van een relatief grote batterijbank, als weechter gaan kijken om de batterijbank te verkleinen naar 1,25kWh/MWh dan wordter een batterijbank bekomen van 5,3 kWh effectieve batterijopslag. Hier bekomenwe een zelfconsumptie van 63,0%. Hieruit blijkt dat 2kWh/MWh dus al een grotebatterijbank was en dat de laatste 3kWh aan extra opslag maar zorgen voor een 2%stijging. Hier moet dan effectief gekeken worden als dit wel opweegt tegen de kostenvan een grotere batterijbank.

22 3.5 Zelfconsumptie en zelfvoorziening voor variabele opbrengst

Als we naar een nog kleinere batterijbank gaan van 0,75kWh/MWh (3,2kWh voor4,25 MWh verbruik) dan zien we dat er toch een sterkere daling is van de zelfcon-sumptie ten opzichte van 1,25kWh/MWh dit komt vooral omdat er in de zomer enlente meer opslagpercentage is die niet meer volop kan benut worden. Voor de winteren herfst zien we echter dat de daling terug relatief beperkt is en dat de zelfconsumptievoor deze 2 seizoenen niet zal veranderen door de batterijbank te verkleinen.

Er kan dus geconcludeerd worden dat er dus een grotere batterijbank zou kunnenbenut worden in de zomer en lente in vergelijking met de herfst en de winter en dat debatterijcapaciteit dus kleiner zou mogen zijn in de winter en herfst. Echter kan er welalgemeen geconcludeerd worden dat een batterijbank van 1kWh/MWh zeer nuttigzal zijn om de zelfconsumptie van de installatie te verhogen over het volledige jaar.Daarnaast kan uit voorgaande tabellen ook besloten worden dat het dus van belang isom een batterijbank te gaan kiezen die ook niet te groot is.

3.5 Zelfconsumptie en zelfvoorziening voor variabele opbrengst

In het vorige werd telkens uitgegaan van een jaarlijkse opbrengst die exact de vraagdekt. In werkelijkheid is dit echter niet zo, vandaar dat ook de opbrengst best alsvariabele parameter wordt beschouwd. Het gevolg hiervan is dat zelfconsumptie en-voorziening nu niet meer gelijk zullen zijn en dat deze dus apart moeten geevalueerdworden.

3.5.1 Invloed van variabele opbrengst op Zc, Zv

De vraag stelt zich nu echter hoe deze verhoudingen zich gaan gedragen wanneer degrootte van de PV-installatie varieert en wat het optimale werkingspunt is. Hiervoorwordt het jaarlijks verbruik van een voorbeeldwoning volgens het profiel uit Fig. 4als gegeven beschouwd en de jaarlijkse opbrengst wordt variabel genomen tussen nulen vijfmaal het jaarlijks verbruik. Fig. 23 toont de zelfconsumptieen de zelfvoorzie-ningsverhouding in functie van de grootte van de PV-installatie.

Zoals blijkt uit Fig. 23 wordt een grote zelfconsumptieverhouding bekomen voor eenvoldoende kleine PV-installatie. Dit valt te verklaren doordat de geringe opbrengst vaneen kleine installatie bijna volledig verzinkt in het continu verbruik. De zelfconsump-tie daalt echter sterk met een groter wordende opbrengst. Voor kleine PV-installaties isde zelfvoorziening zeer klein en deze stijgt wanneer de PV-opbrengst groter wordt toteen plateau bereikt wordt. Beide curven kruisen elkaar waar de jaarlijkse opbrengstgelijk is aan het verbruik.

Het snijpunt van de twee curven vormt een compromis tussen een hoge zelfvoorzie-ning en een voldoende hoge zelfconsumptie. Een kleinere installatie levert minderopbrengst, de meeropbrengst bij een grotere installatie wordt in Vlaanderen niet ver-goed. Hier wordt nogmaals benadrukt dat het verhogen van de zelfconsumptie en-voorziening in een Vlaamse residentiele installatie op dit moment geen enkele zinheeft. Bijgevolg wordt de PV-installatie tot op heden het best gedimensioneerd voor

3 Netbelasting 23

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Verhouding[jaaropbrengst/jaarverbruik[[p.u.]

Ver

houd

ing[

Zc,

[Zv

Figuur 23: Zelfconsumptie- (groen) en zelfvoorzieningsverhouding (blauw) in functievan de verhouding van de jaaropbrengst op het jaarlijks verbruik

een opbrengst die gelijk is aan het jaarlijks verbruik.

3.5.2 Invloed van variabele opbrengst en opslag op Zc, Zv

Het integreren van een opslagsysteem in een PV-installatie onder de vorm van batte-rijen verhoogt zowel de zelfconsumptie (6) als de zelfvoorziening (3). Opnieuw wordthetzelfde lastprofiel genomen zoals in 2.1.3 en hiervoor dient batterijopslag te wordengeıntegreerd. De zelfconsumptie en -voorziening wordt andermaal berekend, dezekeer voor verschillende opslaggroottes gaande van nul tot vijf kWh/MWh verbruik(zie Fig. 24). Nogmaals, dit gaat over bruikbare opslag, dus geen reele batterijcapa-citeit. In eerste instantie wordt het rendement van de batterijen en batterijomvormersverwaarloosd.

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1


Ver

houd

ing[

Zc,

[Zv

Figuur 24: Zelfconsumptie- en zelfvoorzieningsverhouding in functie van de groottevan de PV-installatie voor verschillende opslaggroottes gaande van 0 (donkergroen,respectievelijk donkerblauw) tot 5 kWh/MWh (geel, respectievelijk lichtblauw)

Fig. 24 toont duidelijk aan dat de zowel de zelfconsumptie als de zelfvoorziening

24 3.5 Zelfconsumptie en zelfvoorziening voor variabele opbrengst

stijgt wanneer opslag wordt geıntegreerd. Beide curves snijden elkaar voor alle op-slaggroottes op het punt waar de jaaropbrengst van de PV-installatie even groot is alshet jaarlijks verbruik. Voor een opslaggrootte van 5kWh/MWh bedraagt Zc en Zv

71,7%. Uit de Fig. 24 volgt nog dat vanaf een batterijgrootte van 1 a 1,5kWh/MWhhet verder verhogen van de opslagcapaciteit weinig zin heeft, aangezien de zelfcon-sumptie en -voorziening nog maar beperkt stijgen. Dit werd ook al eerder aangetoond.

Nu wordt uitgegaan van een niet-ideale situatie waarbij het rendement van de batte-rijen in rekening wordt gebracht. Het laad- en ontlaadrendement is echter sterk afhan-kelijk van het type batterijen en kan varieren van 40 tot meer dan 95%. Om toch maareen idee te krijgen van de invloed van het batterijrendement op Zc en Zv wordt bijwijze van voorbeeld een standaard AGM-batterij genomen met een gemiddeld laad-en ontlaadrendement van 90%. Het totaal cyclusrendement bedraagt dan 81%, wateen aanvaardbare waarde geeft volgens de literatuur [12], [13], [9]. Op die manierwordt Fig. 25 bekomen.

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1


Ver

houd

ing[

Zc,

[Zv

Figuur 25: Zelfconsumptie- en zelfvoorzieningsverhouding in functie van de groottevan de PV-installatie voor verschillende opslaggroottes gaande van 0 (donkergroen,respectievelijk donkerblauw) tot 5 kWh/MWh (geel, respectievelijk lichtblauw) meteen cyclusrendement van 81%

Fig. 25 staaft de verwachtingen. Voor eenzelfde PV-opbrengst wordt tegelijk eenhogere zelfconsumptie bekomen en een lagere zelfvoorziening. De hogere Zc valt lo-gisch te verklaren door het feit dat de batterijbank zich gedraagt als een extra verbrui-ker waardoor meer van de opbrengst ogenblikkelijk zelf kan opgesoupeerd worden.Anderzijds daalt Zv omdat een deel van het opgewekte vermogen verloren gaat en erdus minder energie beschikbaar is voor de eigen vraag.

Het snijpunt van beide curves schuift op naar rechts. Aangezien een deel van het ver-mogen verloren gaat bij het op- en ontladen, moet een groter PV-vermogen geınstalleerdworden om tot dezelfde zelfconsumptie en -voorziening te komen. Een belangrijkeconclusie is dus dat in functie van de opslagcapaciteit en het batterijrendement eengroter geınstalleerd PV-vermogen vereist is om dit energieverlies op te vangen. Voordit groter PV-vermogen bereikt men wel nog steeds dezelfde Zc- en Zv-waarde alswas er geen rendementsverlies.

4 Dimensioneren van opslagcapaciteit 25

De bekomen waarden gelden enkel voor de gekozen referentiewoning en bovendienzijn deze alleen gebaseerd op meetwaarden van het volledige jaar 2013. Deze zullendus verschillen van woning tot woning en van jaar tot jaar. Bovenstaande resultatengeven echter wel een idee van grootte-ordes en van de mechanismen die meespelenbij de integratie van opslag.

4 Dimensioneren van opslagcapaciteit

Als een PV-opslagsysteem moet geevalueerd worden, dan is het van belang om dejuiste evaluatiecriteria te kiezen. Uit de zelfconsumptieen zelfvoorzieningsverhou-ding volgt echter niet eenduidig dat een hogere factor ook meer winst betekent (zie2.2.1 en 2.2.2). De beide parameters dienen dus nader onderzocht te worden op detoepasbaarheid binnen het dimensioneren van PV-opslagsystemen. Hierbij wordt hetverbruiksprofiel van een woning als gegeven beschouwd [ [5]], de ideale PV-installatiemet opslag dient hierop gedimensioneerd te worden.

Uit het vorige blijkt duidelijk wat de invloed is van de verhouding jaarlijkse opbrengst/ jaarlijks verbruik en grootte van de opslagbuffer op de zelfconsumptie en de zelfvoor-ziening. De vraag stelt zich echter welke opslagcapaciteit moet voorzien worden dieenerzijds een voldoende verhoging van deze parameters met zich meebrengt en ander-zijds naar kosten toe verantwoord is. Om deze vraag te beantwoorden wordt hierondereen dimensioneringsmethode voorgesteld die dit evenwicht tracht te bereiken. Belang-rijk is ook het onderscheid tussen een volledig nieuw te plaatsen PV-opslagsysteem eneen bestaande PV-installatie die moet uitgebreid worden met batterijopslag.

Voor zowel de nieuwe als de bestaande installatie wordt dezelfde werkwijze gehan-teerd. Eerst en vooral wordt de voorgestelde methode geıllustreerd aan de hand van deeerder genoemde voorbeeldwoning. Deze methode wordt dan toegepast op het syn-thetisch lastprofiel, ter beschikking gesteld door de VREG, en de opbrengstprofielenvan ELIS. Daarna wordt dit nogmaals uitgewerkt voor meetdata van 25 modelwo-ningen met opbrengstprofielen vanuit het PV-park van de onderzoeksgroep Lemcko.De bedoeling is om eventuele afwijkingen te verklaren en uiteindelijk te komen toteen dimensioneringscode voor nieuwe en bestaande PV-installaties met geıntegreerdeopslag.

4.1 Nieuwe installatie

4.1.1 Voorstel dimensioneringsmethode

Bij een nieuwe installatie moet zowel de grootte van de PV-installatie als de buffer-capaciteit van de batterijen gekozen worden. De parameter die in de volgende bere-keningen de grootte van de PV-installatie aanduidt, is de jaarlijkse opbrengst, terug inp.u. ten opzichte van het jaarlijks verbruik. Wat het uiteindelijk benodigd piekvermo-gen is om dit te bereiken, valt buiten het domein van dit onderzoek. Hetzelfde kan

26 4.1 Nieuwe installatie

gezegd worden voor de buffercapaciteit van de batterijen. De capaciteit die hier beko-men wordt, is de beschikbare capaciteit in kWh ten opzichte van het jaarlijks verbruikin MWh. De werkelijke batterijcapaciteit die hiervoor moet voorzien worden is af-hankelijk van het type batterij, de Depth of Discharge (DOD),... Dit wordt binnen eenander onderdeel van het project besproken, de bedoeling is om dit in een later stadiumvan het project te koppelen aan elkaar.

Er kan voorop gesteld worden dat de zelfconsumptie gelijk moet zijn aan de zelfvoor-ziening. Op die manier worden de bijkomende verliezen afkomstig van de batterijgedekt door het groter geınstalleerd PV-vermogen. Als randvoorwaarde geldt dusZc = Zv, voorgesteld in Fig. 25 door het snijpunt van de twee curves bij een bepaaldebuffercapaciteit. Dit wordt uitgerekend voor de modelwoning en de relatie tussen zelf-consumptie en batterijgrootte wordt uitgezet. Het resultaat is te zien in Fig. 26. Voorelke opslagcapaciteit is ook de optimale grootte van de PV-installatie ten opzichte vanhet verbruik geıllustreerd.

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

Zc,

/Zv

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50.95

1

1.05

1.1

1.15

Effectieve/opslagcapaciteit/[kWh/MWh]

opbr

engs

t/ver

brui

k/[p

.u.]

Figuur 26: Zelfconsumptie en -voorziening i.f.v. de effectieve batterijcapaciteit inkWh/MWh (boven) en bijhorende grootte van de PV-installatie t.o.v. het verbruik inp.u. (onder)

De relatie tussen Zc, Zv en batterijcapaciteit volgt de verwachtingen. In het beginleidt een kleine stijging in batterijcapaciteit al meteen tot een significante wijzigingin Zc, Zv. Zoals reeds vermeld wordt er al gauw een plateau bereikt waarbij hetverder verhogen van de capaciteit slechts een zeer kleine invloed heeft op de zelf-consumptie. Bijgevolg zal zoals eerder al opgemerkt het streven naar volledige net-onafhankelijkheid een serieuze investering vragen die onmogelijk kan terugverdiendworden. Bovendien worden de batterijen onderbenut wat nadelig is voor de levens-duur ervan [9], [12]. Met een beperkte capaciteit aan batterijen, en dus een beperkteinvestering, kan echter al een aanzienlijke verhoging van de zelfconsumptie en zelf-voorziening bereikt worden.

Logischerwijs stijgt de optimale opbrengst van de PV-installatie mee met de geınstal-leerde buffercapaciteit, dit om de verliezen te compenseren. Ook hier wordt terugeen plateau bereikt. Gezien de lagere gebruiksgraad van te grote batterijen stagnerenhiermee ook de verliezen.


Er moet een compromis gevonden worden tussen enerzijds een verhoogde zelfcon-sumptie/zelfvoorziening en anderzijds een aanvaardbare investeringskost. Een me-thode die voorgesteld werd in de literatuur [12] maakt het mogelijk het optimum inte schatten aan de hand van Fig. 26. De optimale batterijcapaciteit wordt gedefini-eerd als het snijpunt van de raaklijn bij geen opslag met het plateauniveau. Dit wordtgeıllustreerd in Fig. 27.

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

Zc,

MZv

EffectieveMopslagcapaciteitM[kWh/MWh]

Figuur 27: Bepalen van de ideale opslagcapaciteit

Uit Fig. 27 volgt dat het optimale werkingspunt voor de gekozen referentiewoningligt bij een effectieve capaciteit van ongeveer 1,15kWh/MWh. Omgerekend naarhet jaarlijks verbruik van de woning (4513kWh) komt dit neer op 5,2kWh aan effec-tieve opslag. De zelfconsumptieen zelfvoorzieningsverhouding bedraagt dan 56,3%.Wanneer een cyclusrendement van 81% wordt verondersteld, dan bedraagt de idealePV-opbrengst 1,12 p.u. ofwel 5055kWh per jaar om het verbruik en het verlies doorde batterijen te compenseren.


De verkregen resultaten uit het vorige zijn natuurlijk enkel geldig voor de willekeu-rig gekozen modelwoning. Nu een dimensioneringsmethode werd opgesteld, zou hetinteressant kunnen zijn om deze toe te passen op het synthetisch lastprofiel van deVREG en gemiddelde opbrengstprofielen van ELIS.

Eenzelfde grafiek wordt bekomen als in Fig. 27 waarbij de optimale opslagcapaciteitwordt bepaald. De optimaal te installeren capaciteit bedraagt 1,04kWh/MWh en menmikt best op een jaarlijkse PV-opbrengst die ongeveer 9% hoger is dan het verbruik.Dit leidt uiteindelijk tot een verhoging van de zelfconsumptie van 38,2% naar 60,7%.

Op het eerste zicht lijkt deze uitkomst aannemelijk, de optimaal te installeren capa-citeit ligt iets lager dan die van de modelwoning (1,04 t.o.v. 1,15kWh/MWh). Dezelfconsumptie- en zelfvoorzieningscoefficient die respectievelijk met de geınstalleerdebatterijcapaciteit kan worden behaald ligt weliswaar lager voor de modelwoning (56,3%)dan voor het SLP (60,7%).

28 4.1 Nieuwe installatie

4.1.3 Dataset Leest/Hombeek

Om de uitkomst van de dimensioneringsmethode te evalueren, worden de berekeningnogmaals herhaald, deze keer voor meetdata van 25 reele woningen. Een datasetwerd ter beschikking gesteld door Eandis. Deze bevat het verbruik op kwartierbasisvoor woningen van de deelgemeentes Leest en Hombeek voor een aantal jaar. Hieruitwerden 25 woningen zonder PV-installatie willekeurig gekozen en het verbruik voorhet volledige jaar 2013 werd in beschouwing genomen. Als opbrengstprofiel wordtde meetdata voor 2013 genomen van een PV-installatie van Lemcko. De bedoelingis om te komen tot realistische gemiddelde waarden en belangrijk is ook de spreidingdie deze resultaten met zich meebrengt.

Fig. 28 toont grafisch de resultaten voor de verschillende woningen.

0 5 10 15 20 250

0.5

1

1.5

Cap

acite

itu[k

Wh/

MW

h]

0 5 10 15 20 250

0.2

0.4

0.6

0.8

Zc,

uZv

0 5 10 15 20 250

0.5

1

1.5

Volgnummeruwoning

opbr

engs

t/ve

rbru

iku[p

.u.]

Figuur 28: Optimale opslagcapaciteit, zelfconsumptieverhouding en jaarlijkse op-brengst voor 25 residentiele installaties

Zoals Fig. 28 duidelijk aantoont, zit de grootste variatie op de optimale bufferca-paciteit. Deze gaat van 0,64 tot 1,34kWh/MWh. De zelfconsumptieen zelfvoor-zieningsverhouding die hiermee bereikt wordt, varieert van 0,44 tot 0,62. Daarnaasthoort de woning met de grootste of de kleinste optimale capaciteit ook niet samenmet de grootste, respectievelijk kleinste zelfconsumptie. Toch blijkt uit de Fig. 28dat intuıtief gezien de woningen met een grotere capaciteit ook een grotere mate vanzelfconsumptie bereiken en omgekeerd. De jaarlijkse opbrengst blijft wel min of meerconstant voor elke woning en ligt tussen 1,09 en 1,14 p.u.

In Tabel 3 is voor de 25 woningen het gemiddelde van elk van de drie parametersweergegeven. Ook de standaarddeviatie is terug te vinden, deze is een maat voor despreiding van de bekomen resultaten.

Gemiddeld gezien blijkt dus dat een effectieve opslagcapaciteit van ongeveer 1kWh/MWh een aanneembare waarde is. De zelfconsumptieen zelfvoorzieningsverhou-ding die kan bereikt worden, ligt rond de 55%. Hiervoor installeert men dan ook besteen PV-installatie die zo’n 10% meer opbrengst genereert dan het jaarlijks verbruik.


Tabel 3: Optimale opslagcapaciteit, zelfconsumptie en zelfvoorziening (Zc, Zv) enjaaropbrengst van de PV-installatie voor 25 woningen

Gemiddelde Standaarddeviatie

Opslagcapaciteit [kWh/MWh] 0,979 0,176

Zc, Zv 0,547 0,0418

Opbrengst [p.u.] 1,11 0,0129

4.1.4 Validatie

Het grootste nadeel van deze methode, is dat het verbruik op kwartierbasis voor eenvolledig jaar moet gekend zijn. In de praktijk is dit meestal niet zo, en een meetcam-pagne opstellen voor een jaar zal een tijdsintensieve opdracht zijn. Vandaar dat hetinteressant zou zijn om het synthetisch lastprofiel S21 van de VREG te gebruiken alsbasis voor het ogenblikkelijk verbruik op jaarbasis. De vraag is echter hoe groot defout zal zijn die gemaakt wordt bij het gebruik van dit profiel.

De spreiding kan het best weergegeven worden aan de hand van de normale verdelingvan de optimale capaciteit, de zelfconsumptie en de opbrengst van de PV-installatie.De normale verdeling stelt de kansdichtheid voor in functie van de waarde van debeschouwde parameter. De kans is het grootst bij het gemiddelde en wordt kleinernaarmate men verder weg gaat van dit gemiddelde. In Fig. 29 worden de drie nor-male verdelingen weergegeven voor de bekomen resultaten van de 25 beschouwdewoningen.

0 0.5 1 1.5 20

0.2

0.4

0.6

0.8

1

OptimalerCapaciteitr[kWh/MWh]0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Zc,rZv1 1.05 1.1 1.15 1.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Opbrengst/verbruikr[p.u.]

Figuur 29: Normale verdeling van de optimale opslagcapaciteit, zelfconsumptiever-houding en jaarlijkse opbrengst voor 25 residentiele installaties

Tussen het gemiddelde en plus of min tweemaal de spreiding is de kans 95% dat deparameter zich in dat gebied bevindt. Dit gebied is in Fig. 29 geıllustreerd door delichtblauwe oppervlakte onder de grafiek. Voor waardes in het donkerblauwe gebiedis de kans kleiner dan 5%, vandaar wordt hier de grens getrokken. In Tabel 4 staansamengevat nog eens de afgeronde gemiddeldes en foutmarges waarbinnen de kans95% is.

De resultaten bekomen uit de meetdata van het SLP en het opbrengstprofiel van ELISliggen binnen de foutmarges van Tabel 4, dit wordt ook getoond in Fig. 29 aan de

30 4.2 Bestaande installatie

Tabel 4: Gemiddelde en foutmarge van de optimale opslagcapaciteit, zelfconsumptieen zelfvoorziening (Zc, Zv) en jaaropbrengst van de PV-installatie voor 25 woningen

Opslagcapaciteit [kWh/MWh] 0,98 ± 0,35

Zc, Zv 0,55 ± 0,08

Opbrengst [p.u.] 1,11 ± 0,03

hand van de rode stippelijn. De optimaal te installeren capaciteit uit het SLP ligt rondhet gemiddelde, maar hiervoor wordt wel een hogere zelfconsumptie bekomen. Tochliggen deze telkens binnen de gekozen grenzen en dus kan gesteld worden dat ditaanvaardbare richtwaarden zijn.

Er kan besloten worden dat de gemiddeldes uit Tabel 4 een idee geven van de optimaalte installeren opslagcapaciteit en de jaarlijkse PV-opbrengst die moet voorzien wor-den, alsook van de te bereiken zelfconsumptieen zelfvoorzieningsverhouding. Defoutmarges uit Tabel 4 geven de grenzen aan waarbinnen de respectievelijke parame-ters nog aanvaardbaar zijn.

4.2 Bestaande installatie

4.2.1 Voorstel dimensioneringsmethode

Bij het dimensioneren van een PV-opslagsysteem waarbij de PV-installatie reeds aan-wezig is, ligt de situatie iets anders. De gemiddelde jaarlijkse opbrengst is gekend,en deze parameter is dus niet vrij te kiezen. Voor nieuwe installaties werd de opslag-capaciteit bepaald door middel van de jaarlijkse opbrengst gelijk te stellen aan hetjaarlijks verbruik. Hierdoor werd een optimaal punt bekomen voor een bepaalde wo-ning. Aangezien nu de gemiddelde jaarlijkse opbrengst vastligt, zal getracht wordende optimale opslagcapaciteit te bepalen in functie van die opbrengst. Bijgevolg zalhier het resultaat niet een welbepaald punt zijn, maar een reeks van optima.

Er wordt ook hier vertrokken vanuit de grafieken van zelfconsumptie en zelfvoor-ziening in functie van de jaarlijkse PV-opbrengst voor een varierende opslagcapaciteit(Fig. 25). Deze data wordt omgevormd naar zelfconsumptie en -voorziening in functievan de capaciteit voor verschillende groottes van PV-installatie (zie Fig. 30). Op diemanier wordt een gelijkaardige grafiek bekomen als bij het dimensioneren van nieuweinstallaties (Fig. 26) en kan dezelfde dimensioneringsmethode gebruikt worden.

Er zijn echter twee fundamentele verschillen. Ten eerste werd de zelfconsumptie hierniet gelijk gesteld aan de zelfvoorziening omdat de PV-opbrengst niet vrij gekozenkan worden. Bijgevolg zullen Zc en Zv apart moeten geevalueerd worden. Ten tweedewordt voor Zc en Zv niet een, maar verschillende grafieken bekomen, dit naargelangde PV-opbrengst. Voor elk van deze grafieken wordt het optimaal punt berekend en opdie manier ontstaat een vergelijking die de optimale capaciteit bepaalt in functie vande gemiddelde jaarlijkse opbrengst.


0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Zc

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50

0.2

0.4

0.6

0.8

Effectieve opslagcapaciteit [kWh/MWh]

Zv

Figuur 30: Zc en Zv i.f.v. capaciteit voor een jaarlijkse PV-opbrengst van respectie-velijk 0,25 (lichtblauw); 0,5; 1; 1,5 tot 2 p.u. (donkerblauw)

De verschillende optima worden op dezelfde manier berekend als bij nieuwe instal-laties, door het snijpunt van de tangentiele lijn bij geen opslagcapaciteit met het pla-teauniveau bij een capaciteit van 5kWh/MWh. Fig. 31 illustreert hoe dit praktischin zijn werk gaat. Optima werden bepaald voor discrete waarden van PV-opbrengst,gaande van 0 tot 2 p.u. in stappen van 0,01.

De groene lijn op de twee grafieken uit Fig. 31 verbindt alle optima. Naarmate deopbrengst van de PV-installatie groter wordt, stijgt ook de optimaal te installeren bat-terijcapaciteit. Verder is het opmerkelijk dat voor beide grafieken telkens een zelfdecapaciteit wordt bekomen voor een bepaalde opbrengst. Voor kleinere PV-installatiesstijgt de zelfconsumptie en daalt de zelfvoorziening, het omgekeerde geldt voor gro-tere PV-installaties.

Een punt op de twee groene lijnen uit Fig. 31 stelt dus een bepaalde PV-opbrengstvoor die gepaard gaat met een capaciteit en een Zc, respectievelijk Zv. Zo kan nude optimale opslagcapaciteit bepaald worden in functie van de gemiddelde jaarlijkseopbrengst van de PV-installatie voor de gekozen modelwoning (zie Fig. 32).

Zoals reeds eerder vermeld, zijn de berekende capaciteiten volgens Zc en volgens Zv

identiek aan elkaar. Dit uit zich in Fig. 32, boven, waar slechts een grafiek te zien isomdat beide volledig op elkaar liggen. Dit wil niet zeggen dat de berekende optima inwerkelijkheid exact gelijk zijn aan elkaar, maar wel dat de fout tussen de twee kleineris dan de discrete stap die werd gekozen bij het varieren van de PV-opbrengst (stap =0,01 p.u.) en de opslagcapaciteit (stap = 0,05kWh/MWh). Hieruit kan geconcludeerdworden dat zowel de dimensioneringsmethode gebaseerd op de zelfconsumptie- alsop de zelfvoorzieningsverhouding een aanvaardbare schatting geven van de optimaleopslagcapaciteit.

Merk op dat het punt waar Zc = Zv (Fig. 32, onder) de PV-opbrengst 1,12 p.u. is, deoptimale capaciteit 1,14kWh/MWh is en Zc, Zv gelijk is aan 55,7%. Dit komt bijnavolledig overeen met het optimum van de voorbeeldwoning in geval van een volledig


0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Zc

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

Effectieve]opslagcapaciteit][kWh/MWh]

Zv

Figuur 31: Bepalen van de optimale capaciteiten voor een jaarlijkse PV-opbrengst vanrespectievelijk 0,25 (lichtblauw); 0,5; 1; 1,5 tot 2 p.u. (donkerblauw)

nieuw te dimensioneren PV-opslagsysteem (zie 4.1.1).

Nu komt het er enkel nog op aan een geschikt functievoorschrift te vinden voor degrafieken uit Fig. 32. Met behulp van een curve fitting tool in Matlab worden de bestpassende curves gezocht. Om overgangsverschijnselen aan het begin van de grafiekente elimineren wordt er pas gerekend vanaf een PV-opbrengst van 0,1 p.u. Een poly-noom van de vijfde orde blijkt telkens het meest geschikt te zijn. Deze polynoom kangeschreven worden als

f(x) = a0 + a1x+ a2x2 + a3x

3 + a4x4 + a5x

5 (7)

waarbij x de varierende PV-opbrengst is en a0 tot en met a5 de verschillende coefficien-ten zijn. De waarde van deze coefficienten is terug te vinden in Tabel 5. Daarnaastis in de tabel ook nog de correlatiecoefficient (R-waarde). Dit is een maat voor deovereenkomst tussen de gefitte curve en de originele data. Een R-waarde van 1 duidtop een perfecte overeenkomst.

Grafisch werden de best passende functies uitgezet in Fig. 32 met de oranje stippelijn.Uit de grafieken volgt dat de polynoom telkens een goede representatie is voor dewerkelijke curve. Ook de R-waardes in Tabel 5 die zeer dicht bij 1 liggen bevestigendit.

Er kan besloten worden dat de dimensioneringsmethode gebaseerd op de zelfconsumptie-en de zelfvoorzieningsverhouding hetzelfde resultaat geven. Beide zijn goede para-meters om van te vertrekken bij het bepalen van opslagcapaciteit. Uiteindelijk werd


0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 20

0.5

1

1.5

Ops

lagc

apac

iteitZ

[kW

h/M

Wh]

0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 20

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Opbrengst/verbruikZ[p.u.]

Zc,

ZZv

Figuur 32: Optimale opslagcapaciteit (boven) en de bereikte Zc (onder, blauw) en Zv

(onder, groen) i.f.v. de jaarlijkse PV-opbrengst; best passende curves werden weerge-geven door de oranje stippelijn

Tabel 5: Coefficienten van de 5-de ordevergelijkingen voor optimale capaciteit, zelf-consumptie en zelfvoorziening, berekend voor de voorbeeldwoning

a0 a1 a2 a3 a4 a5 R-waarde

Optimale capaciteit 0,0 0,65 3,2 -4,8 2,5 -0,45 0,9992

Zelfconsumptie Zc 1,0 -0,62 0,42 -0,41 0,22 -0,040 0,9990

Zelfvoorziening Zv 0,0 1,0 -0,80 0,41 -0,15 0,027 0,9997

voor de voorbeeldwoning berekend hoe de optimale capaciteit zich verhoudt tot dejaarlijkse PV-opbrengst.


De bekomen resultaten uit het vorige zijn natuurlijk enkel en alleen geldig voor dieene woning die als voorbeeld genomen werd. Daarom zou het interessant zijn om ookhier eens de dimensioneringsmethode af te toetsen met het gemiddeld lastprofiel S21en het gemiddeld opbrengstprofiel.

Dezelfde procedure wordt terug doorlopen. De PV-opbrengst wordt gevarieerd tussen0 en 2 p.u. en voor elke situatie wordt het ideale opslagniveau bepaald tot uiteindelijkeen curve bekomen wordt met een best passende polynoom. De coefficienten voordeze vergelijkingen zijn terug te vinden in Tabel 6.

Zoals uit de R-waarden in Tabel 6 af te leiden is, is de correlatie tussen de data en debeste fit wel iets minder, maar wel nog steeds meer dan aanvaardbaar. Bij de grafiekenvoor zelfconsumptie en -voorziening is de R-waarde wel zeer dicht bij 1. Het verloopvan optimale capaciteit en Zc, Zv is gelijkaardig aan dat van de voorbeeldwoning. De


Tabel 6: Coefficienten van de 5-de ordevergelijkingen voor optimale capaciteit, zelf-consumptie en zelfvoorziening, berekend voor SLP S21 in combinatie met gemiddeldopbrengstprofiel


Optimale capaciteit -0,12 1,43 1,80 -4,13 2,52 -0,50 0,9962

Zelfconsumptie Zc 1,03 -0,26 -0,03 -0,39 0,38 -0,09 0,9995

Zelfvoorziening Zv -0,03 1,44 -1,66 1,30 -0,57 0,10 0,9994

optimaal te installeren capaciteit ligt over het algemeen wel iets lager bij het SLP.

4.2.3 Dataset Leest/Hombeek

Ook het dimensioneren van bestaande installaties wordt geevalueerd voor 25 reelewoningen, samen met het zonneopbrengstprofiel vanuit Lemcko. Wanneer deze di-mensioneringsmethode wordt toegepast, dan worden uiteindelijk 25 grafieken beko-men die de optimale capaciteit geven in functie van de jaarlijkse opbrengst, samen metde zelfconsumptieen zelfvoorzieningsverhouding. Deze grafieken kennen allen eengelijkaardig verloop als de vorige curves in Fig. 32.

De bekomen grafieken zijn echter niet zeer overzichtelijk, vandaar dat het interessantzou zijn om ergens tot een gemiddelde te komen. De grafieken voor opslagcapaciteit,Zc en Zv werden bekomen door discrete berekeningen waarbij de opbrengst werdgevarieerd van 0 tot 2 p.u. in stappen van 0,01. Wanneer nu bij elke discrete staphet gemiddelde genomen wordt, dan ontstaat terug een grafiek die de gemiddeldeoptimale capaciteit weergeeft, alsook de gemiddelde Zc en Zv. De uitkomst hiervanis weergegeven in Fig. 33 en de parameters van de best passende curve zijn terug tevinden in Tabel 7.

Tabel 7: Coefficienten van de 5-de ordevergelijkingen voor gemiddelde optimale ca-paciteit, zelfconsumptie en zelfvoorziening, berekend voor 25 woningen


Optimale capaciteit 0,06 0,44 2,14 -2,66 1,12 -0,16 0,9988

Zelfconsumptie Zc 1,13 -1,46 2,08 -1,68 0,60 -0,07 0,9937

Zelfvoorziening Zv 0,00 1,02 -0,73 0,31 -0,08 0,01 0,9999

De best passende curves kennen een sterke correlatie met de originele data en zijndan ook betrouwbaar. Ook de grafieken op zich voldoen aan de verwachtingen enhebben een verloop die niet veel afwijkt met dat van de voorbeeldwoning en het SLPS21. Ook hier komt het punt waar de lijnen Zc en Zv elkaar snijden overeen met deoptimale capaciteit bij nieuwe PV-installaties 4.


0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 20

0.5

1

1.5

Ops

lagc

apac

iteitZ

[kW

h/M

Wh]

0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 20

0.2

0.4

0.6

0.8

1


Zc,

ZZv

Figuur 33: Gemiddelde optimale opslagcapaciteit (boven) en de bereikte Zc (onder,blauw) en Zv (onder, groen) i.f.v. de jaarlijkse PV-opbrengst en de gefitte curves voor25 woningen

4.2.4 Validatie

Uiteindelijk werd een vergelijking gevonden die bepaalt wat de optimale effectieveopslagcapaciteit is bij een bepaalde jaarlijkse PV-opbrengst. Dit maakt het mogelijkom voor gebruikers die reeds een PV-installatie bezitten de technisch optimale capa-citeit te berekenen in functie van hun gemiddelde jaarlijkse opbrengst. Teneinde deresultaten correct te valideren, kan het interessant zijn om ook de fout in rekening tebrengen die gemaakt wordt bij het gebruik van deze gemiddelde curves.

In principe zou voor elke discrete waarde van de jaarlijkse opbrengst een normale ver-deling voor de capaciteit, Zc en Zv kunnen opgesteld worden, analoog aan de nieuweinstallaties (zie 4.1.4). Praktisch is dit echter geen goede en overzichtelijke oplossing.Vandaar wordt eerst de standaardafwijking berekend voor elke stap. De foutmargeop een enkele stap wordt terug gedefinieerd als tweemaal de standaardafwijking. Ditbetekent dat de kans 95% is dat de werkelijke waarde binnen die grenzen ligt. Vervol-gens wordt dit voor de drie parameters in een grafiek uitgezet, positief en negatief tenopzichte van het gemiddelde. Op die manier ontstaat Fig. 34.

Net zoals bij nieuwe installaties is de spreiding, en dus de gemaakte fout, het grootstbij het bepalen van de optimale capaciteit. Die fout wordt ook groter naarmate deverhouding jaarlijkse opbrengst tegenover verbruik stijgt. Voor een PV-installatie dieexact de jaarlijkse vraag dekt ligt de fout op ongeveer ±30%, gelijkaardig aan defoutmarge bij nieuwe installaties. De fout is heel wat kleiner bij het inschatten van dezelfconsumptie en de zelfvoorziening.

Verder zijn op Fig. 34 ook de resultaten uitgezet van de berekeningen met het SLP(rode lijn). Voor de optimale capaciteit sluiten beide grafiek behoorlijk goed aan, zekervoor installaties groter dan 1 p.u. De zelfconsumptie en zelfvoorziening verkregen uithet SLP licht ook (nipt) binnen de foutmarges, als is deze wel systematisch hoger.

36

0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 20

0.5

1

1.5

Ops

lagc

apac

iteitZ

[kW

h/M

Wh]

0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 20

0.2

0.4

0.6

0.8

1


Zc,

ZZv

Figuur 34: Gemiddelde optimale opslagcapaciteit (boven) en de bereikte Zc (onder,blauw) en Zv (onder, groen) i.f.v. de jaarlijkse PV-opbrengst voor 25 woningen metinbegrip van foutmarges; de resultaten van het SLP zijn weergegeven door de rodelijnen

5 Besluit

Uit dit document mag duidelijk blijken dat voor de netontlasting een soort consensuszal moeten bereikt worden voor het voorzien van opslag. Het doel moet er steeds opgericht zijn dat zowel de verbruiker zijn eigen verbruik sterk kan verhogen mits eenkleine meerprijs voor de batterijbank, maar dat ook het distributienet op piekmomen-ten kan ontlast worden zodat de invloed van decentrale productie eenheden op hetdistributienet sterk kan verminderd worden. In een volgende studie zal onderzochtworden welke algoritmen het meest geschikt zijn voor decongestie.

Voor deze analyse is gewerkt met jaarmodellen die dan uiteindelijk gebruikt wor-den op 15 minuten basis. Het is belangrijk om op een zo klein mogelijke basis al-les te berekenen zodanig dat de werkelijke impact van deze systemen correct kangeınterpreteerd worden. Er wordt gebruik gemaakt van het verbruiksprofiel afkomstigvanuit de VREG en een opbrengstprofiel van een standaard zonnejaar (verspreid oververschillende jaren), zodanig dat beide met elkaar kunnen vergeleken worden.

Voorlopig werd enkel het lokaal beheersniveau bekeken. Het groter beheersniveauzal vooral uitgetest worden in de praktijk en dan getoetst worden met de simulaties.Op die manier wordt inzicht verkregen in de invloed van het koppelen van meerdereverbruikers op de decongestie.

Uit het vorige is bovendien gebleken dat een goed PV-opslagsysteem niet zomaar een-duidig te dimensioneren valt. Het effect van een bepaald opslagniveau op de stijgingin zelfconsumptie en zelfvoorziening hangt vooral af van het verbruiksprofiel van eenbepaalde woning op jaarbasis. Bovendien is dit profiel voor een zelfde verbruikerverschillend van jaar tot jaar. De voorgestelde methode is gebaseerd op een moment-

5 Besluit 37

opname en zal dus nooit volledig correct zijn. Vandaar dat hier enkel kan gestreefdworden naar richtwaarden die een optimale opslagcapaciteit trachten in te schatten.

Om niet afhankelijk te zijn van het specifiek lastprofiel van een bepaalde verbruikerwerd gekeken naar het synthetisch lastprofiel S21. De vraag is echter in welke mate ditprofiel representatief is voor werkelijke woningen. Daarom werd dit gevalideerd aande hand van 25 realistische profielen. Het moet vermeld worden dat de uitkomst ookafhankelijk is van het opbrengstprofiel. De variatie op opbrengstprofielen is heel watkleiner dan voor de lastprofielen, daarom is ook het effect ervan op de dimensioneringlaag.

Een belangrijk onderscheid werd gemaakt tussen nieuw te dimensioneren PV-opslag-systemen en bestaande PV-installaties. Voor nieuwe systemen is de jaaropbrengst eenextra vrijheidsgraad waardoor uiteindelijk een optimum bekomen wordt. De optimaleopslagcapaciteit bij bestaande installaties is afhankelijk van de jaarlijkse opbrengstvan die PV-installatie.

Voor nieuwe systemen blijkt een effectief opslagniveau van ongeveer 1kWh/MWheen aanvaardbaar gemiddelde. Hiermee wordt een zelfconsumptie en -voorzieningbereikt van 55%. Om de omzettingsverliezen te compenseren, wordt best een PV-installatie geplaatst die ongeveer 10% meer opbrengst genereert dan het jaarlijks ver-bruik. De foutmarges zijn terug te vinden in Tabel 4. De uitkomst vanuit het SLPligt binnen deze grenzen kan dus gebruikt als representatief profiel. Het geeft eengoed idee van de optimale capaciteit die best voorzien wordt, de zelfconsumptie en-voorziening ligt over het algemeen wel iets lager bij de werkelijke profielen.

Voor het bepalen van de optimale capaciteit van systemen waar de PV-installatie reedsaanwezig is, werd een grafiek opgesteld die functie is van de opbrengst van die instal-latie. Dit is uitgevoerd voor de 25 woningen en voor het SLP. De optimale capaciteitstijgt sterk voor een groter wordende PV-installatie tot ongeveer 1 p.u., daarna is destijging heel wat minder uitgesproken. De optimale capaciteit bekomen met het SLPloopt ongeveer gelijk met het gemiddelde van de 25 woningen, de zelfconsumptie enzelfvoorziening ligt ook hier systematisch hoger dan het gemiddelde.

Een paar zaken werden in de berekeningen verwaarloosd. De dimensioneringsme-thode geeft een bepaald effectief opslagniveau, maar dit staat los van batterijtechnischeparameters. Het is aan de installateur of de leverancier van de batterijen om een batte-rijbank samen te stellen die aan deze effectieve capaciteit voldoet. Daarnaast werd ooktelkens uitgegaan van een gegeven jaarlijkse opbrengst van de PV-installatie. Het ver-mogen aan zonnepanelen dat hier voor instaat, is afhankelijk van heel wat technischeparameters, waar hier niet op ingegaan werd.

De resultaten geven een mooi beeld van wat er kan verwacht worden bij het imple-menteren van opslag in een residentiele installatie. Toch moeten enkele belangrijkekanttekeningen gemaakt worden. Bij het bepalen van de optimale opslag werd nogop geen enkele wijze rekening gehouden met financiele parameters. De ’optimale’opslagcapaciteit waarover eerder gesproken werd, is dus niet de optimale economi-sche capaciteit, maar louter een indicatieve waarde die het evenwicht zoekt tussen eenvoldoende stijging van de zelfconsumptie en de stagnatie ervan bij groter wordende

38 Referenties

capaciteit. Het bepalen van het economisch optimum is op dit moment moeilijk uit tevoeren gezien de grote onduidelijk omtrent de netvergoeding. Deze netvergoeding iseen essentiele parameter bij het berekenen van mogelijke winst.

De uitkomst van dit onderzoek is belangrijke input voor het opstellen van een dimen-sioneringstool. De bedoeling van deze tool is dat installateurs en leveranciers op eeneenvoudige wijze de opslagcapaciteit kunnen gaan inschatten door het invoeren vanslechts enkele parameters. Zij krijgen dan ook meteen een idee van de te bereikenzelfconsumptie- en zelfvoorzieningsgraad.

Referenties

[1] Carlos Gonzalez, Jurgen Geuns, Sam Weckx, Graduate Student Member, Tho-mas Wijnhoven, Student Member, Pieter Vingerhoets, Tom De Rybel, JohanDriesen, and Senior Member. LV Distribution Network Feeders in Belgium andPower Quality Issues due to Increasing PV Penetration Levels. In ISGT Europe,pages 1–8, Berlin, 2012.

[2] Aldo Canova, Luca Giaccone, Filippo Spertino, Michele Tartaglia, and SeniorMember. Electrical Impact of Photovoltaic Plant in Distributed Network. IEEETransactions on Industry Applications, 45(1):341–347, 2009.

[3] Felix Kever. Basic Information About Designing Systems for Self-consumption,2013.

[4] Vlaamse Regulator Gas en Elektriciteit. VREG.

[5] Eandis. Verbruiksprofielen Meetcampagne Leest en Hombeek.

[6] ELIS. Standaard jaarprofiel voor zonne-opbrengst.

[7] E Matallanas and F Monasterio. Analysis of the Self-consumption Possibilitiesin Small Grid-connected Photovoltaic Systems in Spain. In 26th European Pho-tovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, number 1, pages 4619–4624,Hamburg, 2011.

[8] C Breyer, C Werner, A Gerlach, and O Beckel. Photovoltaic with Energy Stor-age: An Overview on Economics, System Design and Politics. pages 4560–4569, 2012.

[9] Johannes Weniger, Tjarko Tjaden, and Volker Quaschning. Sizing of ResidentialPV Battery Systems. Energy Procedia, 46:78–87, 2014.

[10] SMA. The System Solution for more Independence Join the Clean Energy Tran-sition Energy management from SMA, 2013.

[11] Energy Storge Journal. Bye Bye FIT Hello Self-consumption, 2013.

Referenties 39

[12] Grietus Mulder, Fjo De Ridder, and Daan Six. Electricity storage for grid-connected household dwellings with PV panels. Solar Energy, 84(7):1284–1293,July 2010.

[13] Maximilian Bruch and Martin Muller. Calculation of the Cost-effectiveness of aPV Battery System. Energy Procedia, 46:262–270, 2014.

Documents

Invloed van opslag op netbelasting en bepalen van de ......6 2.2 Deﬁnities E ev = E pv;ov (2) Voor het verbruiks- en opbrengstproﬁel van de voorbeeldwoning in Fig. 4 kan dit voor