Wann kommt das Solarzeitalter?

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1 Wann kommt das Solarzeitalter? Lonza Solarpark, 650kW Solar Wings Hochspannungsnetz Wind- und fossile Kraftwerke Inhalt: 1. Das Umfeld 2. Die Technik rund um die Solarzelle: 3. Die Leistung nicht die Energie zählt Prof. Franz Baumgartner, Dozent für Erneuerbare Energie, ZHAW, , NWG; 1

2 1. Zusammenfassung: Warum Solarstrom? Weil heutige Energietechnologien massive Probleme haben! Probleme Das Klima der Welt: CO 2 Ressourcen -Knappheit Planungs- und Kostensicherheit Zukunftsmarkt mit Potential Chancen Lit Lit Stromerzeugung [TWh] Strom Welt Strom EU PV Welt PV EU EU SET Plan 12% elect. from PV EPIA Germany % PV elect Franz Baumgartner, ; Slide 2

3 EEX Baseload Price x Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q EEX Baseload /MWh KWK Index Strompreis BRD: Franz Baumgartner, ; Slide 3

4 1. Kosten und Märkte Erneuerbare Energien Aktuelle Kostenanteile Strom Nur ¼ für s Kraftwerk!! Quelle: EnBW BRD 2008: 25% production; 35% grid; 40% taxes, others Bulletin SEV/AES, Okt 2009, p25 Franz Baumgartner, ; Slide 4

5 Die RICHTIGEN Solarmodule arbeiten über 25 Jahre! Cry. Si Module 13.5% efficienc. 7 m 2 / kw energy pay back 3.5 years Delamination of the moduls EVA Thin film module 8.5% efficiency 12 m2 / kw energy pay back 1.5 years DGS 2005 Franz Baumgartner, ; Slide 5

6 Solarmodulpreis sinkt mit Marktwachstum Lernkurve der Industrialisierung Bei einer Verdoppelung der Gesamtmenge an installierten Solarmodulen einer Technologiegruppe sinkt der Preis um ca. 18% 7.4GW new GW cum Anmerkung: von Dez 08 bis Mitte 09 Preisreduktion um ca. ¼ Ursachen: Überangebot an Rohsilizium; Markteinbruch in Spanien Wirtschaftskrise - Grossprojekte Franz Baumgartner, ; Slide 6

7 Dünnschicht Tandemmodule OC Oerlikon Solar Gerold Büchel, PV Industry Forum, Munich 10 June 2008 Firmenzentrale in Trübbach, Rheintal Franz Baumgartner, ; Slide 7

8 Die Vergütungssätze EEG sanken 5 bis 9% Stryi-Hipp, Intersolar München Juni 2008 Franz Baumgartner, ; Slide 8

9 2002 mit 4.7 /Wp Feldkirch / IG Grüner Solarstrom Nenn leistung 19.6kW= 112 x 175Wp Sunways MHH180Plus polykristallin Wechsel richter 4xSunways 5.02; AC/DC=1 Ertrag 1100h (2003) Inbetrieb Dezember 2002 nahme 14 Teilhaber Installation und Planung: Hr. Lins, Energiasolar, Feldkirch; Franz Baumgartner, ; Aktuelle Erträge Slide 9

10 Die Kosten von Solarstrom sinken wirklich! 9 8 Solarmodule Inverter Montage+Planung /W % Modulpreis cent/kwh Steuern + Abgaben Netz Kraftwerk /Wp Gesamt 22 Ct./kWh Hausstromkosten SW KN Franz Baumgartner, ; Slide 10 EEG Satz 39.1 bis 28.4 Ct./kWh in 2010

11 Prognose PV EEG Degression - 14%/a ab 2010 Ct. /kwh EEG PV 14%/a Haustarif +4%/a Kostengleichheit Franz Baumgartner, ; Slide 11

12 Kosten des Solarkraftwerks pro W und Solarstromkosten pro kwh 28 cent/kwh 2010 BRD 2.8 W 2010 BRD Franz Baumgartner, ; Slide 12

13 Wie sieht das Solarzeitalter aus? Über die nächsten Jahre wird die Grenze der Kostengleichheit von Solar- zu Haushaltsstrom (Grid Parity) nach Nordeuropa wandern! /W installed system price Quelle: Wim Sinke, WG3, Euro PV Technology Platform, Brüssel, 2006 Franz Baumgartner, ; Slide 13

14 2. Wieviel Dachfläche in der Schweiz? Schweiz 2008: PV Komplettanlage SFr pro 1000Wp Flächenbedarf 8 m 2 Standardmodule aus kristallinem Silizium; 950kWh jährlich; ca. 70 Rp/kWh; typ. 5000kWh ca. 30m 2 10% Planung 10 % Wechselr. 15 % Montage 65% Module Franz Baumgartner, ; Slide 14 EU-Durchschnittshaushalt: 4040kWh im Jahr (Schweiz mit 5220kWh Spitzenverbraucher) im Jahr 2003, Quelle: VDEW

15 1000W in Oberstammheim, Weinland liefert jährlich ca. 880kWh Solarstrom Solareinstrahlung: 1200 kwh / 35 S Franz Baumgartner, ; Slide 15

16 EKZ/ZHAW untersucht Modultechnologien Das Referenzfeld und der Solarmessbus Gemeinschaftsprojekt: EKZ, ZHAW, OC Oerlikon Start: 2009 SFr/kWh Franz Baumgartner, Nicolas Allet, Timon Achtnich Dozent für Erneuerbare Energien, ZHAW, Winterthur Weitere Publikationen zum Solarmessbus siehe: Franz Baumgartner, ; Slide 16

17 Solar Wings Tracking System 650kW 22% Mehrertrag relativ zu fix installiert 1308kWh/kWp in m GRC=0.25 String: 2.5m 3x8=24 SM210U kWp Lonza Solarpark in Waldshut Germany; Ownership Gewerbepark Hochrhein and Stadtwerke Waldshut-Tiengen Modules and Inverters from Sunways.de; ( 8 x 60 x 6 ploy Si modules SM210U; 21 pieces of 30kW Inverters PK30) Franz Baumgartner, ; Slide 17 Weitere Publikationen

18 Weiterentwicklung der Solarnachführung mit Seilen Dez Solar Wings Solaranlage der Flumroc AG (Errichtet von der BMF AG in Flums ) Franz Baumgartner, ; Slide 18

19 BRD: Windstrom fordert Netzmanagement! Negativer EEX Strompreis Gutes Netzmangement ist gefragt auch bei negativer Regelleistung! (Anmerkung: PV Stromanteil in BRD ca. um den Faktor 8 geringer als Wind) BRD negativer Strompreis BRD Vergleichstag 18 Uhr Spitze Speicherkraftwerk WIND WIND: 20GW URAN Steinkohle URAN: 12GW Gas Braunkohle: 10GW Braunkohle - 19 cent/kwh negativer EEX Börsenpreis!! ca. -1 Mio Franz Baumgartner, ; Slide 19 BRD DENA Netzstudie 2005: Schwachlast 37GW Starklast 74GW

20 Liste von Stromausfällen Wann Wo Opfer Schaden 9. Nov April Jan 2001 US und Kanada Ägypten Nordindien 30 Mio 60 Mio 200 Mio W. Boltz, e-control, Netzregulator Wien, Elektrotechnik & Informationstechnik (2007) 124/9: für nicht gelieferte kwh, Brauner TU Wien, e&i Aug Sept Nov Nov 2009 US 50 Mio 3Mrd $ Dänemark Schweden 4 Mio EU 15 Mio Glück Brasilien 60 Mio 1 Tag! Itaipu BRD 30min Netzausfall (Summenhäufigkeit 50%) Franz Baumgartner, ; Slide 20

21 Totaler Stromausfall in Europa knapp abgewendet. Der Notfallplan Speicherkraft 4. Nov GW Produktion abgeworfen 15 Mio Menschen Blackout 5 GW Wind zuviel Probleme beim Anfahren Franz Baumgartner, ; Slide 21

22 1. Wandel des Strommix Strommix Prognose bis 2050 SCHWEIZ % Strom aus Wind, Bio, PV 0.05% mit 45MW_2008 DEUTSCHLAND % Strom aus Wind, PV 1%, Bio Konzept: Stromlücke mit EE decken Wokaun, PSI, 2007 Franz Baumgartner, ; Slide 22 J. Nitsch et. al. ZSW; DLR, Wupp.; Ausbau EE BRD 2020 Studie Bundesministerium Umwelt Berlin, Dez 2005

23 2. PV Potential PV und Stromspeicher Schweiz ca.25% des PV Strom liesse sich auf den verfügbaren Dachflächen der Schweiz installieren (Nowak, SEV 2009); Dies würde eine PV Nennleistung von ca. 15 GWp entsprechen. (ohne Berücksichtigung Lastprofil) ca.7-10% Stromanteil mit 6GW PV würden Wasserspeicher entlasten, Speicherstrom frei für Spitzenstromexport! >10% : je 1GW neue Pumpspeicher in der Schweiz könnten Potential für ein weiteres 1GW PV schaffen! Austausch mit EU-Netzen verstärken, Lastverschiebung auf Sommermittag, Stromspeicher E-Mobilbatterie; weiterer Eingriff in Grundlastproduktion durch Abregelung der Produktion der thermische Kraftwerke. 6GW PV 1.4GW Pumpspeicher Bergspeicher im April leer! Stromerzeugung Schweiz 3. Mittwoch im Monat Franz Baumgartner, ; Slide 23

24 Speichkraftwerke Beste Anlagen bis 85% Wirkungsgrad Franz Baumgartner, ; Slide 24 Erzeugung Speicherkraftwerke Generatorleistung Speicher CH 9.5GW davon ca. 1.4GW reine Pumpspeicher zum Vergleich BRD 7GW mit ca. 7TWh/a

25 % Typische Wochenlast in einem Schweizer Verteilernetz Sommerwoche Winterwoche Tagesmax[%] Tagesmin [%] ca. 6% PV Stromanteil Jahresmittel Leistung Jahresmittel % % 30% rel. 45% ca. 13% PV Stromanteil Jahresmittel Pmax_Last=0.85Pn_PV Dieses Lastprofilpotential entspricht etwa dem halben Dachflächenpotential. Es könnte erhöhte werden wenn ausreichend Stromspeicher dezentral oder zentral gebaut werden. (z.b. Tracking) Franz Baumgartner, ; Slide 25

26 50 GWp ins Deutsche Stromnetz integrierbar Wachenholz, SMA: Mehr als 50 GWp PV ohne weiteres ins Deutsche Stromnetz integrierbar ohne neue Netze und ohne Speicher. ca. 8 % PV Stromanteil am Gesamtstromverbrauch Franz Baumgartner, ; Slide 26

27 3. Ökostromnetze Erneuerbare Kombikraftwerk BRD hier PV ca. 15%, Wind 55% Jahresstromanteil seit dezentrale Kraftwerke in Deutschland als Stromversorgung einer Kleinstadt mit Einwohnern Projektinitiator dieser Modelrechnung, Dr. Rohrig erhielt Klimaschutzpreis BRD, Berlin, 26. Oktober 2009 Franz Baumgartner, ; Slide 27

28 3. Ökostromnetze EU Ökostromnetze im Süden 3000km DC Hochspannung 10% Verluste 2050: 700THW/a elect. transf. Wertschöpfung Schweiz, ABB Invest 400Mrd ca. 10 Mrd /a currently consumed by the World (17,000 TWh/y), by Europe (EU-25, 3,200 TWh/y) and by MENA (600 TWh/y) Franz Baumgartner, ; Slide 28

29 Strom von der Sonnenwärme Andersol Fertigstellung MW Kraftwerk Strom für etwa Menschen Franz Baumgartner, ; Slide 29

30 Hochspannungs Gleichstromleitung Kostenvergleich 10 Mrd $ für 4000km Weltmarktfüher ABB Schweiz!! Quelle: ABB Technik 2/2007 Franz Baumgartner, ; Slide 30

31 5. Smart Inverters Der PV-Inverters als Notstromversorgung Am Markt sind heute schon PV Inverter verfügbar die bei Netzausfall das 230V Hausnetz aufrecht erhalten. (UPS) 5kW AC Ausgangsleistung; PV Nennleistung 5.7kWp; Batterie 6.8kWh, 48Vdc; Franz Baumgartner, ; Slide 31

32 5. Smart Inverters 2020 Die lokale Strombilanz Sie sind ihr eigener Oil-SCHEICH Strom täglich [kwh/d] typ. E-Autobatterie Kapazität Wärmepumpe Haushaltsgeräte Solarstrom PV Überschuss E-Mobilität 10kW PV, 50 m 2 ; 30kWh/m2/a Das Stromnetz ist nötig als Stromspeicher und Handelsplattform 12kWh/100km, 25km Tagesfahrt; 1.2kWp Wärmepumpe Leistungz kWh/a SUNNY Franz Baumgartner, ; Slide : 5% aller Autos E-Mobile

33 Karte: Installierter Solaranlagen CH 44 MW in Franz Baumgartner, ; Slide 33

34 Schlussfolgerungen Wann kommt das Solarzeitalter? Antwort: In Stufen 1. Stufe: bis 2020 ca. 7% PV CH 2. Stufe: bis 2030 ca. 15% PV CH neue Speicher: Pumpspeicher, E-mobil 3. Stufe: bis 2050 Import Solar und Windstrom aus Süd und Nordeuropa Die aktuelle Energiediskussion in der Schweiz reduziert sich zu stark auf die Frage Kernkraft oder nicht für 12 bis 20 Mrd SFr! Persönliche Empfehlung: Innovative Lösung 1. Ausbau Pumpspeicherkraftwerke / E-mobil 2. gleichzeitig Investition im Inland in EE Photovoltaik, Geothermie und etwas Wind Franz Baumgartner, ; Slide Investion in DC Stromnetze für Stromimport