Excel-Tools für die Energietechnik [Update]

In den letzten Semestern haben Studierende bei mir am Institut unterschiedliche Tools in MS Excel erstellt, um typische Aufgabenstellungen in der Energietechnik zu bearbeiten. Diese Tools sind nun über die Institutsseite online geschaltet und frei verfügbar, sodass Interessierte die Tools nutzen können.

Weblink zu den Energietechnik-Tools:
https://www.umwelt-campus.de/energietools

In der (regenerativen) Energietechnik gibt es Fragestellungen, die immer wiederkehren und für die sich Studierende oder Nutzer in der Regeln in Excel ein entsprechendes Tool erstellen, um die Aufgabenstellung zu bearbeiten. Wir haben begonnen, für diese typischen Themenfelder Excel-Tools zu entwickeln. Die Zusammenstellung der Tools umfasst bisher:

Umwandlung von Zeitreihenwerten. Regelmäßig müssen (Energie-)Daten aus Zeitreihen im 15-Minuten- oder im Stundenintervall auf Tages- bzw. Monatswerte aggregiert werden. Um diese wiederkehrende Aufgabe zu automatisieren, können die Zeitreihendaten in das Excel-Sheet übertragen werden, um direkt die aggregierten bzw. umsortierten Daten weiterverarbeiten zu können.

Modellierung der solaren Einstrahlung. Mithilfe dieses Tools kann ausgehend von stündlichen Globalstrahlungsdaten in die Horizontale die Direktstrahlung und die Diffusstrahlung ausgehend von statistischen Verteilungen ermittelt werden. Die Strahlungsinformationen dienen zur Simulation von Stromerträgen von Photovoltaikanlagen oder solarthermischen Anlagen.

Photovoltaik-Ertragssimulation. Dieses Excel-Tool ermöglicht eine vereinfachte Ertragssimulation von Photovoltaikanlagen. Aus Wetterdaten (horizontale Direkt- und Diffusstrahlung sowie Umgebungstemperatur) und Standortangaben erfolgt einer stundengenaue Berechnung der Stromproduktion einer Photovoltaikanlage. Falls lediglich Globalstrahlungsinformationen vorliegen, kann mithilfe des Tools zur Modellierung der solaren Einstrahlung die Globalstrahlung in Anteile zur Direktstrahlung und Diffusstrahlung aufgeteilt werden.

Photovoltaik mit Batteriespeicher. Die Ertragsdaten einer Photovoltaikanlage sowie die Stromverbrauchsdaten können in das Tool eingepflegt werden. Zur Optimierung des Eigenstromverbrauchs aus der PV-Anlage kann ein Batteriespeicher dimensioniert und analysiert werden. Statt eigener Ertrags- und Verbrauchsdaten kann auch auf Referenzenergiedaten zurückgegriffen werden.

Auslegung eines Blockheizkraftwerks. Mithilfe dieses Tool kann auf Basis von Strom- und Wärmelastprofilen ein Blockheizkraftwerk (BHKW) ausgelegt werden. Neben der Wahl der Betriebsweise (stromgeführt oder wärmegeführt) können unterschiedliche Brennstoffe selektiert werden. Neben einer technischen Auslegung werden auch betriebswirtschaftliche Kennzahlen ausgegeben.

Auslegung eines Wärmespeichers. Entsprechend zur Auslegung einer PV-Anlage mit Batteriespeicher kann auch ein Wärmespeicher geplant und dimensioniert werden. Aus Wärmelastgangdaten sowie Erzeugungsdaten eines Heizsystems werden die relevanten Kennzahlen zum Wärmespeicher ermittelt.

Synthese von Standardstromlastprofilen nach BDEW. Anhand der Standardlastprofile des BDEW für Strom können mithilfe dieses Excel-Tools unterschiedliche Stromprofile für ein Kalenderjahr in 15-Minutenintervallen generiert werden. Neben den unterschiedlichen Verbraucherklassen (Haushalte, Gewerbe etc.) werden die jahresspezifischen Feiertage in der Synthese berücksichtigt.

Lastprofilanalyse. Ein zentraler Bestandteil der Energiedatenanalyse ist die Untersuchung von Lastgangdaten (Strom oder Wärme). Mithilfe der Excel-Datei können die Lastgänge hinsichtlich der Verteilung über den Tag und bezogen auf Referenztage (Werktag, Samstag, Sonntag/Feiertag) analysiert werden.

Synthese von Strom- und Wärmelastdaten. In Anlehnung an die VDI 4655 werden für Ein- und Mehrfamilienhäuser Strom-, Heizwärme- und Trinkwarmwasserverbräuche im 15-Minutenintervall synthetisiert. Neben der Angabe der Jahresverbrauchswerte müssen die Umgebungstemperatur und der Wolkenbedeckungsgrads eingetragen werden.

Wirtschaftlichkeit von energietechnischen Anlagen. Die Wirtschaftlichkeit der Investition in energietechnische Anlagen kann mithilfe dieses Excel-Tools auf Basis der Kapitalwertmethode untersucht werden. Das Tool ermittelt unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Kosten und Erlöse sowie von Preissteigerungen den Kapitalwert und trifft damit eine Aussage über das wirtschaftliche Konzept.

In der nächsten Zeit werden weitere Tools entwickelt und kostenfrei zur Verfügung gestellt. Wir haben die Nutzung der Tools unter die GNU General Public License gestellt. Über Rückmeldungen und Kommentare bei der Anwendung der Excel-Energietools sind wir dankbar.