Mit dem Energiefluss-Simulator kannst du den Energieverbrauch, die Stromkosten und die Energieflüsse von Photovoltaikanlagen, Elektrofahrzeugen, E-Traktoren und Batteriespeichern berechnen und visualisieren.
Die Simulation zeigt, wie sich unterschiedliche Strompreise, PV-Anlagen, Fahrzeugakkus und stationäre Batteriespeicher auf den Energiebedarf und die Wirtschaftlichkeit auswirken.
Dieser Simulator ist im Rahmen meiner Masterarbeit an der TU Wien mit dem Titel Batterie-Elektrische Antriebe in der Landwirtschaft entstanden. Ziel war es, verschiedene Antriebsarten hinsichtlich Wirtschaftlichkeit zu vergleichen und das Sparpotenzial bei Umrüstung von Dieselantrieben auf E-Antriebe in Kombination mit einer PV-Anlage und eventuelles Puffern abzuschätzen. Seit dem habe ich den Simulator laufend weiter entwickelt und ist nun auch für Haushalte und Gewerbebetriebe anwendbar.
Der Simulator bildet die Energieflüsse eines Haushalts, eines landwirtschaftlichen Betriebs oder eines Gewerbebetriebs ab. Dabei werden Stromverbrauch, PV-Erzeugung, Fahrzeugnutzung und Batteriespeicher zeitlich miteinander verknüpft.
Ziel der Simulation ist es, verschiedene Szenarien miteinander vergleichbar zu machen. Zum Beispiel kann untersucht werden, ob sich ein Elektrofahrzeug, ein E-Traktor, eine größere PV-Anlage oder ein zusätzlicher Batteriespeicher wirtschaftlich lohnt.
Die elektrische Energie kann im Modell aus mehreren Quellen stammen:
Der Strom wird für den normalen Verbrauch, zum Laden der Akkus und für den Betrieb der Fahrzeuge verwendet. Überschüssige Energie kann eingespeichert oder ins Netz eingespeist werden.
Hier wird der jährliche Stromverbrauch des Hauses oder Betriebs eingetragen. Der Verbrauch der Fahrzeuge wird separat über deren Nutzung berechnet und sollte deshalb nicht zusätzlich im Jahresstromverbrauch enthalten sein. Als Ausgangswert eignet sich der tatsächliche Stromverbrauch der letzten Jahre. Je genauer der Verbrauch bekannt ist, desto aussagekräftiger ist die Simulation.
Bei einem Fixpreis werden ein gleichbleibender Strompreis sowie Einspeisevergütung für das gesamte Simulationsjahr verwendet. Das ist die Einstellung für die meisten Haushalte oder Landwirtschaften.
Bei einem Spotpreistarif verändert sich der Strompreis abhängig von der jeweiligen Stunde, seit 1. Oktober 2025 im 1/4-Stunden Intervall. Dadurch kann untersucht werden, wie sich ein zeitlich gesteuertes Laden der Fahrzeuge und Batteriespeicher auswirkt.
In dieses Feld gehören die gesamten variablen Kosten für den Strombezug. Dazu zählen insbesondere:
Fixe monatliche Grundgebühren werden in diesem Eingabefeld nicht berücksichtigt, sofern sie nicht ausdrücklich als variable Kosten angesetzt werden.
Die Einspeisevergütung gibt an, wie viel Geld für jede ins Stromnetz eingespeiste Kilowattstunde gutgeschrieben wird.
Bei einem Spotpreistarif werden die Abwicklungsgebühr, Netzkosten und Ust. angegeben. Die Kosten für eine bezogene kWh wird je 1/4-Stunde wie folgt berechnet:
(Spotpreis + Abwicklungsgebühr + Netzkosten) x (1 + Ust/100) [€/kWh]
Die EinspeisevergütungSpotpreis - Abwicklungsgebühr [€/kWh]
Es kann zwischen verschiedenen Standard-Lastprofilen (BDEW) ausgewählt werden. Zur Auswahl stehen unter anderem:
Das gewählte Profil beeinflusst die zeitliche Verteilung des Verbrauchs und damit auch den Eigenverbrauch der PV-Anlage.
Das Referenzjahr bestimmt, welche Aufzeichnungen zur Sonnenstrahlung und zu den Spotpreisen für die Simulation verwendet werden. Für einen realistischen Vergleich sollte ein Jahr gewählt werden, das möglichst gut zu den gewünschten Rahmenbedingungen passt.
Gib den ungefähren Breitengrad und Längengrad des Standorts ein, dann werden die passenden Werte der Sonneneinstrahlung, die an diesem Ort im Referenzjahr aufgezeichnet wurden, verwendet.
Klicke auf "Modul hinzufügen" oder "Modul entfernen", um eine beliebige Anzahl von Modulen anzulegen. Für jedes Modul kann die Leistung, die Neigung und die Ausrichtung separat angegeben werden.
Die PV-Leistung wird in Kilowatt Peak (kWp) angegeben. Sie beschreibt die maximale elektrische Leistung der Photovoltaikanlage unter standardisierten Bedingungen. Eine größere PV-Anlage erzeugt grundsätzlich mehr Energie. Sie führt aber nicht automatisch zu geringeren Kosten, da ein größerer Anteil der Erzeugung möglicherweise ins Netz eingespeist wird. Am wirtschaftlichsten ist es oft, wenn der Jahresertrag etwa gleich dem Jahresverbrauch (also Haus, Hof und Fahrzeuge) ist.
Die Modulneigung wird in Grad angegeben:
Die Ausrichtung wird ebenfalls in Grad angegeben:
Die Akkukapazität wird in Kilowattstunden (kWh) angegeben. Der Wert umfasst die Akkus aller Fahrzeuge sowie einen möglichen stationären Batteriespeicher.
Wenn keine Fahrzeuge angelegt werden, entspricht die Kapazität dem stationären Speicher. Ist die eingegebene Gesamtkapazität größer als die Summe der Fahrzeugakkus, wird die Differenz als stationärer Speicher interpretiert.
Wird eine Gesamtkapazität eingegeben, die kleiner als die Summe der Fahrzeugakkus ist, impliziert der Simulator ein Wechselakkusystem. Das ermöglicht eine Simulation, wo sich mehrere Fahrzeuge einen Pool aus Akkus teilen. Die pro Fahrzeug angegebenen Kapazität wird bei Einstzen mifgeführt und steht somit nicht zum Laden (oder bidirektionalen Entladen) während der Einsatzzeit zur Verfügung.
Die Kapazität wird beim Hinzufügen oder Entfernen eines Fahrzeugs automatisch angepasst kann aber gezielt verändert werden.
Der Ziel-Ladestand beschreibt die Reserve in Prozent, bis zu der(die) die Akku(s) mindestens geladen werden soll(en). Auf diesen Stand werden die Akkus auf jeden Fall geladen, wenn kein PV-Überschuss da ist, vom Netz. Die restliche Kapazität wird zum Puffern von überschüssigem PV-Strom genutzt. Je niedriger dieser Wert ist, desto mehr PV-Strom kann aufgenommen werden, aber es kann auch sein, dass die Akkus zu wenig Reserve haben, um eine spontane Ausfahrt zu machen. 12 Stunden vor dem Benutzen eines Fahrzeugs werden die Akkus ohnehin auf das notwendige Niveau, berechnet aus dem Tagesprofil, geladen. 0%=keine (garantierte) Reserve, maximale Kostenoptimierung, 100%=maximale Reserve, minimale Kostenoptimierung. Wenn keine Fahrzeuge angelegt werden, gibt man hier am besten 0 ein.
Das ermöglicht folgendes praktisches Verhalten zu Simulieren: Jemand, der schnellstmöglich immer alle Akkus voll haben möchte, gibt 100% ein. Damit hat man die höchstmögliche Verfügbarkeit der Akkus und somit maximale Flexibilität für die Arbeiten. Jemand, der möglichst viel PV-Überschussstrom aufnehmen möchte, plant die Aufladung so, dass die Akkus gerade rechtzeitig und nur auf das für die Arbeiten notwendige Niveau geladen werden, sofern sie nicht ohnehin schon mit Überschussstrom ausreichend voll sind. In diesem Fall gibt man 0% ein. Jemand, der eine gewisse Reserve haben möchte, aber auch PV-Überschussstrom nutzen möchte, gibt z.B. 50% ein.
Gerade in der Landwirtschaft ist es nicht sinnvoll, betrachtet man einen vollektrisierten Bauernhof, immer alle Akkus sofort vollzuladen. Manche Maschinen werden oft nur wenige Wochen im Jahr intensiv genutzt. Der Akku eines elektrischen Mähdreschers z.B. kann während der Standzeiten als Pufferakku genutzt werden kann.
Bei Fahrzeugen wird ohnehin zusätzlich berücksichtigt, wann das Fahrzeug benötigt wird und vor der geplanten Nutzung wird der Akku auf den erforderlichen Ladezustand gebracht. Wenn Fahrzeuge vorhanden sind, aber keine PV-Anlage (PV-Leistung = 0), am besten 80-100% eingeben. Wenn nur ein Puffer vorhanden ist, ist es am sinnvollsten, 0% einzugeben, um den Puffer komplett zu nutzen.
Die Ladeleistung wird in Kilowatt (kW) angegeben. Die Ladeleistung wird von allen Fahrzeuge + Puffer geteilt. Der Hintergrund ist, dass in der Regel die Hausanschlussleistung der limitierende Faktor ist.
Verschiedene Fahrzeugtypen können in die Simulation aufgenommen werden, wobei folgende Vorlagen zur Verfügung stehen:
Nachdem der Ursprung des Simulators der ist, das Kostensparpotential zu berechnen, wenn Verbrennungsantriebe durch Elektroantriebe ersetzt werden, wird die benötigte elektrische Energie ausgehende vom ursprünglichen Benzin- oder Dieselverbrauch berechnet. Daher wird, vielleicht etwas verwirrend, der Treibstoffverbrauch eingegeben. Zusätzlich wird der Benzin- und Dieselpreise angegeben. Dadurch lässt sich simulieren, wie sich die Energiekosten durch die Umstellung auf einen elektrischen Antrieb reduzieren.
Die Treibstoffart ist insbesondere relevant, weil Benzin und Diesel unterschiedliche Heizwerte haben. Aus dem Verbrauch wird der Energiebedarf errechnet, der wiederum relevant für die Berechnung des erwarteten Stromverbrauchs nach Umrüstung auf E-Antrieb ist.
Mit Treibstoffverbrauch, Treibstoffart und Wirkungsgrad wird die benötigte Antriebsenergie abgeschätzt. Der Wirkungsgrad kann stark unterschiedlich sein, so ist er z.B. bei einem Mähdrescher wegen der vielen Keilriemenantriebe, Variatoren, Hydrauliksystem, etc. relativ niedrig. Dies wiederum lässt ein sehr hohes Sparpotential bei Umrüstung auf effiziente E-Antriebe erwarten.
Für jedes Fahrzeug sollte möglichst realistisch angegeben werden, wann und wie lange es genutzt wird. Bei landwirtschaftlichen Maschinen sind insbesondere saisonale Arbeitsspitzen üblich, wie beispielsweise der Mähdrescher praktisch nur in den Sommermonaten im Einsatz sein wird. Das kann im monatlichen Treibstoffverbrauch abgebildet werden. Bei konstanter Nutzung übers gesamte Jahr, wie es oft beim Auto der Fall ist, kann einfach der Jahresbedarf eingegeben werden.
Hier wird eingegeben, um welche Stunde geschätzt etwa wie viele kWh verbraucht werden. Bei einem Auto könnte beispielsweise um 7:00 10 kWh stehen und um 13:00 nochmal 10 kWh. Dazwischen steht das Auto zum Laden (oder Entladen bei bidirektionaler Nutzung) zur Verfügung. Sollte das Auto von 8 bis 18 Uhr unterwegs sein (z.B. man fährt in die Arbeit) und verbraucht in Summe geschätzte 20 kWh, gibt man einfach in jeder Stunde von 8 bis 17 h je 2 kWh ein. Der Simulator errechnet aus dem ursprünglichen Treibstoffverbrauch an wie vielen Tagen das Fahrzeug mit diesem Profil im Einsatz sein wird, platziert diese per Zufallsgenerator und skaliert den Verbrauch so, dass eine möglichst genaue Übereinstimmung des errechneten Verbrauchs erreicht wird. Ja, es ist halt eine Simulation, ganz realistisch ist das nicht, aber es geht ja schließlich um eine bestmögliche Abschätzung.
Wichtiger Hinweis: Die Akku-Kapazität unter Akku - Gesamt ist die gesamte vorhandene Kapazität, also die Summe aller Fahrzeug-Akkus plus stationären Puffer, falls vorhanden. Die Kapazität bei den Fahrzeugen ist nur die, die man "mitninnt", also in der Zeit des Gebrauchs nicht zum Laden zur Verfügung steht. So können z.B. auch mehrere Profile für ein Fahrzeug angelegt werden, wie etwa Arbeit: Auto ist von 8-17h weg, Einkaufen oder Urlaub, in dem Fall legt man mehrere Autos mit der gleichen Kapazität an und lässt die Gumme gleich. Oder es kann z.B. ein Mähdrescher angelegt werden, der nur 300 kWh mitnimmt, aber 700 kWh in Summe vorhanden sind. Der Simulator impliziert, dass Akkus gewechselt werden oder dass in einer Pause Energie von anderen Fahrzuegen oder vom Pufferakku übertragen wird. In diesem Fall verbleiben nämlich 400 kWh "am Hof" und können während dem Einsatz mit Sonnenstrom geladen werden.Die PV-Kosten werden in Euro pro kWp eingetragen. Dieser Wert wird für die wirtschaftliche Bewertung und die Berechnung der Investitionskosten verwendet.
Die Akkukosten werden in Euro pro kWh angegeben. Bei Fahrzeugen sollte möglichst der zusätzliche Preis des Elektrofahrzeugs gegenüber einem vergleichbaren Fahrzeug mit Verbrennungsmotor betrachtet werden.
Beispiel: Kostet ein Elektrofahrzeug gegenüber einem vergleichbaren Verbrenner 5.000 Euro mehr und besitzt der Akku eine Kapazität von 50 kWh, ergibt sich ein Vergleichswert von:
5.000 € ÷ 50 kWh = 100 €/kWh
Die Kapitalkosten berücksichtigen Zinsen für einen Kredit oder entgangene Erträge aus einer alternativen Verwendung des Kapitals. Sie werden in Prozent angegeben.
Die Kreditlaufzeit legt fest, über welchen Zeitraum eine Investition finanziert wird. Eine längere Laufzeit kann die jährliche Belastung reduzieren, führt aber in der Regel zu höheren gesamten Finanzierungskosten.
Die Lebensdauer beschreibt den Zeitraum, über den eine Anlage oder ein Fahrzeug wirtschaftlich betrachtet wird. Sie wird für die Berechnung der jährlichen Kosten und der Amortisation verwendet.
Für einen aussagekräftigen Vergleich sollten zunächst die aktuellen Gegebenheiten möglichst realistisch eingegeben werden. Danach können einzelne Werte verändert werden, um verschiedene Szenarien zu vergleichen.
Das Leistungsdiagramm zeigt, wie sich Erzeugung, Verbrauch, Ladeleistung, Akkustand und Energiebezug/Einspeisung im zeitlichen Verlauf verhalten.
Dadurch wird sichtbar, zu welchen Zeiten PV-Strom direkt genutzt, gespeichert, aus dem Netz bezogen oder eingespeist wird.
Ist die Akkukapazität zu klein, um alle geplanten Fahrten oder Arbeiten abzudecken, kann die Simulation negative Ladezustände anzeigen. Dies weist darauf hin, dass die eingegebene Kapazität unter den angenommenen Bedingungen nicht ausreicht. Im Plot werden Bereiche mit negativen Ladeständen rot markiert. In diesem Fall sollte die Gesamt - Kapazität erhöht oder die Ladeleistung erhöht werden oder auch PV-Anlage passender dimensioniert werden, denn der Simulator verwendet zum Laden vorrangig PV-Überschaussstrom.
In der Tabelle "Vergleich: technologieabhängige Kosten" siehst du in der letzten Zeile wie viel Geld man sich pro Monat unter den gegebenen Annahmen für verschiedene Szenarien sparen kann. Das Ganze gilt für den unter "Lebensdauer" angegebenen Zeitraum. In der Zeile "Treibstoff + Öl" wird berücksichtigt, dass - eine Faustformel - zu den Treibstoffkosten bei Verbrennungsmotoren noch etwa 10% für Schmieröl hinzugerechnet werden müssen, die bei Elektrofahrzeugen weitgehend entfallen. Wichtig ist, dass hier nur technologieabhängige Kosten aufgelistet sind, nicht etwa die Anschaffung des eigentlichen Autos, oder das Bremsenservice, diese Kosten hat man so oder so.
Im Plot "Kapitalentwicklung" kannst du auch die Amortisationszeit ablesen, nämlich dort, wo die Linie des jeweiligen Szenarios die Nullinie schneidet. Die Amortisationszeit gibt an, nach wie vielen Jahren sich eine Investition durch eingesparte Energie- und Betriebskosten rechnerisch bezahlt gemacht hat.
Die tatsächliche Wirtschaftlichkeit hängt unter anderem von folgenden Faktoren ab:
Wenn ein Spotpreistarif ausgewählt wurde, kann zusätzlich der Zusammenhang zwischen Strompreis, Energieverbrauch und "Geldfluss" betrachtet werden. Der Geldfluss wird in € je 1/4 Stunde angezeigt.
Ein niedriger Strompreis wird beispielsweise möglichst zum Laden der Akkus genutzt. Bei hohen Preisen wird möglichst gespeicherte Energie genutzt, um den Netzbezug zu reduzieren. Gespeicherte Energie wird nur im Haus (oder Betrieb) genutzt (Power-to-Home, PtH), eine Einspeisung ins Netz (Power-to-Net, PtN) ist (noch) nicht vorgesehen.
Die Diagramme können interaktiv ausgewertet werden:
Ein Betrieb kann untersuchen, wie groß eine PV-Anlage sein sollte, damit möglichst viel Solarstrom direkt für Gebäude, Maschinen und Batteriespeicher genutzt wird. Lege dafür einen Fuhrpark bestehend aus mehreren Traktoren und/oder Mähdrescher(n) an. Wähle das Profil "Landwirtschaft" oder "Landwirtschaft, Milchbetrieb" und gib den Jahresstromverbrauch ein.
Mit den Arbeitszeiten des Traktors lässt sich prüfen, welche Akkukapazität notwendig ist und ob der Traktor zwischen den Einsätzen ausreichend geladen werden kann. Man kann auch das Szenario Wechselakkus simulieren: Gib z.B. 300 kWh beim Kapazität beim Traktor ein, und 600 kWh gesamt-Kapazität. Der Simulator interpretiert, dass während der Einsatzzeit (siehe Tagesprofil) nur 300 kWh zum Laden zur Verfügung stehen. Der Akku wird während dem Einsatz gewechselt.
Bei einem variablen Stromtarif kann simuliert werden, ob das automatische Laden zu günstigen Zeiten die Energiekosten senkt. Ist eine PV-Anlage vorhanden (PV-Leistung > 0), dann wird möglichst bei niedrigem Spotpreis der Puffer geladen, und bei höheren Preisen ins Netz eingespeist, wenn PV-Überschussstrom vorhanden ist. Noch etwas experimentell: wenn die PV-Leistung 0 ist und kein Fahrzeug angelegt ist (oder per Checkbox(en) deaktiviert sind), wird der Puffer zu Niedrigtarifzeiten aus dem Netz geladen und während höheren Preisen wird der Netzbezug reduziert. So kann z.B. simuliert werden, ob sich ein Gewerbespeicher lohnt, oder wie groß die optimale Größe ist.
Eine Ost-West-Ausrichtung kann mit einer Südausrichtung verglichen werden. Dabei lässt sich untersuchen, elche Variante besser zum täglichen Verbrauchsprofil passt. Für eine Ost-West-PV-Anlage lege zwei Module an, wobei eines nach Osten (z.B. -90°) und eines nach Westen (+90°) ausgerichtet ist. Natürlich können die genauen Werte der Dachausrichtung eingegeben werden, wenn das Haus nicht genau Ost-West orientiert ist.
Nachdem ein Mähdrescher oft nur wenige Wochen im Jahr im Einsatz ist, aber dann sehr lange Einsatzeiten mit hohem Verbrauch pro Tag hat, ist es hier besonders interessant, den Akku während der Standzeiten zum Puffern zu verwenden. Wenn der Mähdrescher z.B. mit 500 kWh Akkus bestückt wird, und am Hof insgesamt 1000 kWh zur Verfügung stehen, macht es Sinn, den Ziel-Ladestand auf 50% einzustellen. Wenn der Mähdrescher benötigt wird, werden ohnehin alle Akkus, beginnend 12 Stunden vorher auf den erforderlichen Stand gebracht, während der restlichen Zeit können 500 kWh komplett zum Puffern genutzt werden.
kWp steht für Kilowatt Peak und bezeichnet die maximale Nennleistung einer Photovoltaikanlage unter standardisierten Testbedingungen.
kW beschreibt eine Leistung, also wie viel Energie pro Zeit umgesetzt werden kann. kWh beschreibt eine Energiemenge. Ein Gerät mit 10 kW Leistung, das eine Stunde betrieben wird, verbraucht 10 kWh Energie.
Eine größere PV-Anlage erzeugt zwar mehr Strom, kann aber auch mehr Energie zu Zeitpunkten erzeugen, an denen der Strom nicht selbst verbraucht wird. Dann wird ein größerer Anteil eingespeist oder benötigt zusätzliche Speicherkapazität. Das ist abhängig von den Anlagenkosten, dem Stromtarif, Verbrauchsprofil, Standort, Kapitalkosten, etc.
Ein negativer Ladezustand weist darauf hin, dass die eingegebene Akkukapazität für die geplante Nutzung nicht ausreicht. Die Anzeige macht sichtbar, an welchen Zeitpunkten ein zusätzlicher Akku, eine höhere Ladeleistung oder eine Anpassung des Nutzungsprofils erforderlich wäre.
Verwende möglichst tatsächliche Verbrauchsdaten, realistische Arbeits- und Fahrzeiten, die geplante PV-Leistung sowie aktuelle Investitions- und Energiekosten. Je besser die Eingabedaten sind, desto hilfreicher ist der Vergleich verschiedener Szenarien.
Der Energiefluss-Simulator hilft dabei, die Auswirkungen von Photovoltaik, Batteriespeichern und elektrischen Fahrzeugen auf den Energieverbrauch und die Kosten zu untersuchen.
Besonders aussagekräftig wird die Analyse, wenn mehrere Varianten miteinander verglichen werden – zum Beispiel unterschiedliche PV-Leistungen, Akkukapazitäten, Fahrzeugnutzungen oder Stromtarife.