Wirtschaftlichkeitsbewertung von Photovoltaikanlagen im mehrgeschossigen Wohnbau

Abstract

Bisher war die Produktion und Direktnutzung von regenerativ erzeugtem PV-Strom im privaten Bereich in Österreich nur Einfamilienhausbesitzern vorbehalten. Durch entsprechende Gesetzesänderungen wird es zukünftig auch für Mieter die Möglichkeit geben, Strom von der hauseigenen PV-Gemeinschaftsanlage am Dach des Mehrparteienhauses zu beziehen. Dies wirft die Frage auf, inwieweit die jährlichen Stromkosten von Mietern durch Installation einer je nach Bedürfnis der einzelnen Wohneinheiten optimal dimensionierten PV-Anlage - und gegebenenfalls auch eines optimal dimensionierten Speichers - beeinflusst werden. Im Zuge der Diplomarbeit werden optimale PV- sowie Speicherkapazitäten, entstehende Kosten oder Erlöse, Netzbezugs- und Eigenverbrauchsanteile für unterschiedliche Fallstudien ermittelt. Hierfür wird in Matlab ein Optimierungsmodell erstellt, welches auf Basis der Sonneneinstrahlung des Standortes Wien die optimale PV-Anlagengröße (und gegebenenfalls Speicherkapazität) für eine mehrgeschossige Wohnanlage mit zehn Wohnparteien bestimmt. Die optimale PV-Anlagengröße hängt stark von den individuellen Bedürfnissen der einzelnen Wohneinheiten ab, die von minimalen jährlichen Stromkosten bis hin zu maximalem Eigenverbrauch reichen können. Um unterschiedliche Ziele untersuchen zu können, werden die beiden konträren Zielfunktionen - Kostenminimierung und Eigenverbrauchsmaximierung - mittels einer Multi-Kriterien-Analyse verknüpft. Die Berechnungen werden sowohl für einzelne Wohneinheiten als auch für das Mehrparteienhaus als Gesamtlast durchgeführt. Die Ergebnisse der Diplomarbeit zeigen, dass sich das Konzept von PV-Anlagen auf Mehrparteienhäusern, auch als Kombinationslösung mit Speichern, bei den derzeitigen österreichischen Endkundenstrompreisen sehr knapp an der Wirtschaftlichkeitsgrenze befindet. Bei deutschen Endkundenstrompreisen hingegen ist die Wirtschaftlichkeit bereits deutlich gegeben, was auf den höheren mengenbezogenen Endkundenstrompreis zurückzuführen ist. Weiters kann die Erkenntnis gewonnen werden, dass durch dynamische Allokation des erzeugten Stroms (Betrachtung des Mehrparteienhauses als Gesamtlast) bessere Ergebnisse hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit erreicht werden können, als bei statischer Allokation (Betrachtung der Lastprofile der einzelnen Wohnungen). Dies ist auf Synergieeffekte zwischen den Lastprofilen der einzelnen Wohnungen zurückzuführen. Mithilfe von Sensitivitätsanalysen kann festgestellt werden, dass die Wirtschaftlichkeit eines solchen Konzepts stark von Preisen für Überschusseinspeisung, Kalkulationszinssätzen sowie spezifischen Speicherkosten beeinflusst wird. Die in Österreich in Zukunft implementierten Mieterstrommodelle sollten von Anfang an ausschließlich eine dynamische Allokation des erzeugten Stromes unterstützen, um bestmögliche Ergebnisse zu erzielen. Dabei darf die Entwicklung neuer Geschäftsmodelle, welche zukünftig auch den lokalen Stromhandel zwischen verschiedenen Wohneinheiten und liegenschaftsübergreifend sowie die Integration von Elektrofahrzeugladestationen ermöglichen, jedoch nicht vernachlässigt werden.

In Austria, electricity production and consumption from household PV-installations in the private sector has just been possible for single-family homes so far. A change in law shall now provide the possibility of electricity consumption from communal PV-installations for tenants in multi-apartment buildings too. This raises the question, how the tenants' annual electricity costs are influenced by taking an optimal PV-installation (according to different load profiles) and, if required, an optimal storage, into account. In the course of this thesis optimal PV- and storage capacities, according costs or revenues as well as grid- or self-consumption rates are calculated for different case studies. Therefore an optimization-model is developed in Matlab, which identifies, on the basis of solar radiation for the location of Vienna, the optimal PV- and storage capacities for a multi-apartment building containing ten flats. The optimal capacities of PV-installations and storages do strongly depend on the inhabitants' requirements concerning self-consumption rates or cost reduction. To be able to investigate different goals, two opposite target functions - minimal cost and maximum self-consumption - are merged via a multi-objective optimization approach. Calculations are conducted for single flats as well as for the whole building considered as total load. Results show, that the concept of PV-installations and storages for multi-apartment buildings is right on the border of profitability in case of Austrian electricity prices. With German electricity prices however, PV-installations and storages are already highly profitable due to the higher quantity-dependent electricity price. Results also show, that dynamic allocation of produced electricity (multi-apartment building considered as total load) lead to more convenient results concerning profitability than static allocation (consideration of single flats' load profiles). This effect arises from synergy-effects between different load profiles. Furthermore sensitivity analyses are conducted to show how sensitive profitability is to prices for feed-in of surplus energy, weighted average cost of capital and storages' specific investment costs. The concept of PV-installations for tenants being first implemented in Austria should consider dynamic allocation of electricity right away to be able to achieve the best results possible. Nevertheless the development of new solutions and better business-models, which allow electricity trade between apartments in different buildings as well as the integration of electric vehicles' charging stations, must not be neglected.