Financial benefit of electric vehicles within a microsystem

Abstract

In the past few years, prices for energy have already been rising, but due to war on the european continent, this has dramatically accelerated. New components such as photovoltaic panels, heat pumps, home storages batteries and electric vehicles bring new possibilities and challenges for the home energy management away from fossil fuels towards a larger electricity usage. Setting up the system and managing it is a crucial but non-trivial task. This thesis investigates the financial optimization of a single family home which uses electricity as it main source of energy for heating and mobility. It is equipped with a photovoltaic system (PV) for electricity production, a heatpump for heating and warm water production and relying on one electric vehicle for mobility. For the financial optimization, the following solutions are investigated: introduction of a smart energy management system, sizing the PV, sizing a potential home storage battery and finally introducing vehicle to home capabilities. To answer these questions, a single family home in Germany is simulated over one year. An algorithm developed within the project mimics a smart energy management system, which uses forecasts for of the next 24 hours of all components. This algorithm can decide when to charge or discharge the electric vehicle and the home storage, but can not influence the other actors. The results indicate, that electric vehicles are not ideal as an energy storage from a financial point of view. Home storage batteries are currently a better choice.

Die Strompreise in Deutschland gehören zu den höchsten der Welt. In den letzten Jahren sind die Energiepreise bereits gestiegen, aber durch den Krieg auf dem europäischen Kontinent hat sich diese Entwicklung dramatisch beschleunigt. Elektrische Komponenten wie Photovoltaikanlagen, Wärmepumpen, Heimspeicher und Elektrofahrzeuge bringen neue Möglichkeiten und Herausforderungen für das Energiemanagement im Haushalt mit sich, weg von fossilen Brennstoffen und hin zu einem größeren Stromverbrauch. Das Einrichten und Verwalten der verschiedenen Komponenten ist eine wichtige, aber nicht triviale Aufgabe. In dieser Bachelorarbeit wird die finanzielle Optimierung eines Einfamilienhauses untersucht, das Strom als Hauptenergiequelle für Heizung und Mobilität nutzt. Es ist mit einer Photovoltaikanlage (PV) für die Stromerzeugung, einer Wärmepumpe für Heizung und Warmwassererzeugung und mit einem Elektrofahrzeug für die Mobilität ausgestattet. Für die finanzielle Optimierung werden folgende Lösungen untersucht: die Einführung eines intelligenten Energiemanagementsystems, die Dimensionierung der PV-Anlage, die Dimensionierung einer potenziellen Hausspeicherbatterie und schließlich die Einführung von bidirektionaler Ladetechnologie für das Elektrofahrzeug. Um diese Fragen zu beantworten wird ein Einfamilienhaus in Deutschland über ein Jahr simuliert. Ein im Rahmen des Projekts entwickelter Algorithmus fungiert als ein intelligentes Energiemanagementsystem, das Prognosen für die nächsten 24 Stunden für alle Komponenten verwendet. Dieser Algorithmus kann entscheiden, wann das Elektrofahrzeug und der Hausspeicher geladen oder entladen werden, kann aber keinen Einfluss auf die anderen Komponenten nehmen. Die Ergebnisse zeigen, dass Elektrofahrzeuge als Energiespeicher aus finanzieller Sicht nicht ideal sind. Heimspeicherbatterien sind derzeit die bessere Wahl.