Strom vom eigenen Dach

Transkript

1 Strom vom eigenen Dach Prof. Konrad Mertens Labor für Optoelektronik und Sensorik, Photovoltaik-Prüflabor Fachbereich Elektrotechnik und Informatik Fachhochschule Münster Folie 1

2 Gliederung: 1. Einführung zur Photovoltaik 2. Markt- und Preisentwicklung 3. Wirtschaftlichkeit von konkreten Anlagenbeispielen 4. Speicherung von Solarstrom 5. Photovoltaik und Elektroautos? 6. Fazit Folie 2

3 Zur Person Seit 1992 im Solarenergie-Förderverein Aachen (SFV): Vorführung: Schweißen mit Solarenergie Folie 3

4 Zur Person Vorführung: Betrieb von Geräten mit Solarenergie (Halle, 1990) Wo ist die versteckte Batterie? Bohrmaschine Toaster Radio Küchenmaschine Solarmodule Folie 4

5 Zur Person Einsatz für kostendeckende Vergütung Folie 5

6 Zur Person 1996: Bau einer eigenen Photovoltaikanlage (2 kw) Folie 6

7 Zur Person Studium und Promotion (Elektrotechnik) an der RWTH Aachen Industrietätigkeit im Bereich Erneuerbare Energien und Intelligente Netze Seit 2000 Professor an der Fachhochschule Münster: Lehre: Photovoltaik Sensorik Lichtwellenleitertechnik Forschung: Photovoltaik-Prüflabor Qualitätsüberprüfung von Photovoltaikanlagen Folie 7

8 Photovoltaik-Prüflabor Solarmodul-Leistungsmessung unter Standardtestbedingungen Xenon Blitzlampe Elektronische Last Referenzzelle Reihenuntersuchungen für Hersteller und Importierer Erstellung von Gutachten in Gerichtsverfahren (Garantie etc.) Folie 8

9 Photovoltaik-Prüflabor Vor-Ort-Untersuchung von Anlagen Leistungsmessung: Gemessene Kurve Erwartete Kurve Thermographie: Folie 9

10 Photovoltaik-Prüflabor Elektrolumineszenz-Untersuchung zur Detektion von Modulfehlern Bestromung eines Strings: Erkennung von Modulfehlern: Foto: M. Diehl Foto: M. Diehl Folie 10

11 Photovoltaik-Prüflabor Simulation von PV-Anlagen z.b. Kreishaus in Steinfurt: Folie 11

12 1. Einführung zur Photovoltaik Folie 12

13 Prinzipieller Aufbau einer klassischen Photovoltaikanlage: Solarzelle Solarmodul Folie 13

14 Wirkungsgrad von Solarmodulen: Optische Leistung Zelle Elektrische Leistung η Modul = Elektrische Leistung Optische Leistung = P Elektrisch P Optisch z.b. Wirkungsgrad η Modul = 17,5 % Was heißt das? Bei voller Sonneneinstrahlung (1000 W/m 2 ) bringt ein Solarmodul (Fläche 1,6 m 2, Wirkungsgrad 17,5 %) eine maximale Leistung (Peakleistung) von: Modul: Watt P Modul = m ,6 m 17,5 % 280 Watt 2 P Peak Ganze Anlage: z.b. 18 Module: P Anlage = Watt P = 5,04 kwp 5 kwp Merke: z.b. knapp 30 Quadratmeter reichen für eine 5 kwp Anlage! Folie 14

15 Beispiel des Energieertrags realer Anlagen: a) Anlage Aachen Baujahr: 1996 Leistung: 2 kw Ausrichtung: Süd Dachneigung: 45 alte Technik Spezifischer jährlicher Ertrag in kwh/kwp Jahr Durchschnittlicher Ertrag: 830 kwh/kwp b) Anlage Steinfurt Baujahr: 2008 Leistung: 25 kw Ausrichtung: Süd Neigung: 25 moderne Technik Ertrag in kwh/kwp Jahr Durchschnittlicher Ertrag: 1012 kwh/kwp 900 kwh/kwp sind in unseren Breiten ohne Weiteres machbar! Folie 15

16 2. Markt- und Preisentwicklung Folie 16

17 Ausbau der Photovoltaik in Deutschland Installierte Leistung in GWp: Zielkorridor Jährlicher Zubau zwischenzeitlich bei ca. 7 GWp/Jahr Aktuell (2018): 3 GWp/Jahr Eigentlich brauchen wir 10 GWp/Jahr Folie 17

18 Weltweites Wachstum der Photovoltaik Bislang weltweit installierte Leistung in GWp: Wachstumsraten über 40 % 2018: rund 100 GWp zusätzlich installiert! Europa spielt aktuell kaum noch eine Rolle Folie 18

19 Stromerzeugung durch erneuerbare Energien in Deutschland Stromerzeugung in Mrd. kwh Aktueller Status (2018): Anteil der erneuerbaren Energien am Nettostrombedarf: 40 % Anteil der Photovoltaik am Nettostrombedarf: 8,4 % Folie 19

20 Preisentwicklung: Modulpreise seit 1980: Reduzierung von 27 Euro/Wp auf unter 27 Cent/Wp! Folie 20

21 Preisentwicklung: Entwicklung der Einspeisevergütung seit 2004: Photovoltaikstrom ist inzwischen günstiger als Biomasse und Offshore-Windkraft! Aktuelle Ausschreibungen von Freiflächenanlagen: Betreiber bieten 4,5 Ct/kWh! Folie 21

22 Preisentwicklung: Einspeisevergütung und Strompreis Eigenverbrauch lohnt sich! Folie 22

23 3. Wirtschaftlichkeit von konkreten Anlagenbeispielen Folie 23

24 Beispiel A: 5 kwp-anlage ohne Eigenverbrauch Solarmodule Folie 24

25 Beispiel A: 5 kwp-anlage ohne Eigenverbrauch (Nettopreise) Investitionskosten: Stromertrag pro kwp: z.b Euro (entspricht Euro/kWp) 900 kwh/jahr Einnahmen: 11 ct/kwh x 900 kwh/jahr x 5 = 495 Euro/Jahr Laufende jährliche Kosten: 1,5 % der Investitionskosten: 112,50 Euro/Jahr Ausgaben: 112,50 Euro/Jahr Überschuss: ( ,50) Euro/Jahr = 382,5 Euro/Jahr Amortisationszeit: Euro / 382,50 Euro/Jahr = 19,6 Jahre Rendite: = 0,2 % nicht herausragend! Was kann man tun, um die Rendite zu verbessern? Folie 25

26 Beispiel B: 5 kwp-anlage mit Eigenverbrauch Solarmodule Folie 26

27 Beispiel B: 5 kwp-anlage mit Eigenverbrauch z.b. 1/3 des erzeugten Stroms wird selbst verbraucht: Tarifstrom kostet z.b. mittlere Vergütung : 28 ct/kwh 2/3 11 ct/kwh + 1/3 28 ct/kwh = 16,67 ct/kwh Neue Rechnung: Einnahmen: 750,15 Euro/Jahr Überschuss: (750,15 112,50) Euro/Jahr = 637,65 Euro/Jahr Amortisationszeit: Euro / 637,65 Euro/Jahr = 11,8 Jahre Rendite: = 5,7 % Rendite ist deutlich verbessert! Folie 27

28 Konkrete Empfehlungen bei Planung und Kauf einer PV-Anlage: Dacheignung prüfen (steht ggf. Sanierung an?) Installierbare PV-Leistung abschätzen Verschiedene Varianten durchrechnen lassen Mehrere Angebote einholen! Geeignete Solaranlage installieren Folie 28

29 Welche Art von Modulen? multikristallin: monokristallin: Bilder: Solarwatt Wirkungsgrad: bis 18 % Wirkungsgrad: bis 22 % Folie 29

30 Ebenfalls zu überlegen: Gibt es Energieeinsparpotential? (z.b. Beleuchtung) Macht ggf. Wärmeerzeugung mit Strom Sinn? (Brauchwasser oder Heizung) Folie 30

31 Eigenverbrauchserhöhung durch Wärmeproduktion: Mit Heizstab Folie 31

32 Eigenverbrauchserhöhung durch Wärmeproduktion: Mit Wärmepumpe Quelle: Folie 32

33 4. Speicherung von Solarstrom Folie 33

34 Prinzip Ein Teil des Stroms wird zwischengespeichert, um den Eigenverbrauchsanteil zu erhöhen PV-Generator Wechselrichter öffentliches Netz = Hausverbraucher Akkumulator (Blei oder Lithium-Ionen) Folie 34

35 Aktuelle Situation: Lithium-Ionen-Speicher haben sich praktisch durchgesetzt ggü. Bleispeichern Quelle: DGS Zusatzfeatures: z.b. Notstromfunktion, Anbindung an Elektroauto, etc. Folie 35

36 Aktuelle Situation: aktuell: ca Speicher Folie 36

37 Intelligentes System zur Erhöhung des Eigenverbrauchs (EFH): a) Ohne Speicher und Lastmanagement: direkt verbrauchte PV-Energie eingespeiste PV-Energie aus Netz bezogene Energie ca. 30 % Eigenanteil b) Mit Speicher und Lastmanagement: gespeicherte PV-Energie ca. 60 % Eigenanteil aus Speicher bezogene Energie Quelle: SMA Folie 37

38 Nicht jedes Speichersystem ist gleich gut: Unterschiede von fast 10 % Performance! Folie 38

39 Aktuelle Situation: Bislang wurden in Deutschland ca Heimspeicher installiert Kosten von Speichern sinken (insb. Lithium-Ionen-Speicher) Kosten zur Speicherung einer Kilowattstunde liegen aber immer noch über 15 bis 20 Cent Speicher rechnen sich bislang nur in Ausnahmefällen! Speicherung in Wärme (z.b. in Kombination mit Wärmepumpen) ist eher wirtschaftlich! Folie 39

40 Speicherauslegung mit pv-now-easy: Fall A: ohne Speicher: Fall B: mit Speicher: Folie 40

41 Was ist hier falsch? Foto: K. Mertens Folie 41

42 Die Dächer müssen genutzt werden: Es ist noch genug Platz Beispiel Osnabrück Folie 42

43 Die Dächer müssen genutzt werden: Es ist noch genug Platz Beispiel Osnabrück Folie 43

44 5. Photovoltaik und Elektroautos? Folie 44

45 Nutzt die Dächer auch für das Elektroauto Folie 45

46 Nutzt die Dächer auch für das Elektroauto z.b. 5 kwp - Anlage: km pro Jahr! besser: 10 kwp - Anlage: km pro Jahr kwh für Haushalt Folie 46

47 Wie man es nicht machen sollte: Foto: Frank Neuhaus Folie 47

48 Gewöhnungsbedürftig Foto: Bildarchiv Bayerisches Landesamt für Denkmalpflege, München; Fotograf: Joachim Gattenlöhner, Kitzingen Folie 48

49 So bekommt man einen hohen Eigenverbrauchsanteil Folie 49

50 Wie man es nicht machen sollte: Foto: Jörg Philipp Folie 50

51 Wie man es nicht machen sollte: Bild: photon-pictures.com Folie 51

52 Wie man es nicht machen sollte: Foto: Jörg Philipp Folie 52

53 6. Fazit Folie 53

54 Fazit Solarstrom ist inzwischen deutlich günstiger als Biomasse- und Offshore-Windkraft Die Einspeisevergütung allein reicht aktuell kaum noch für einen auskömmlichen Betrieb Durch Eigenverbrauch ist die Rendite dennoch akzeptabel bis sehr gut Speicher rechnen sich im Moment i.a. noch nicht, werden aber immer günstiger Die Elektromobilität wird den weiteren Ausbau der Photovoltaik beschleunigen Macht die Dächer voll, woher soll der Strom denn sonst kommen??? Photovoltaik verstehen? Folie 54

55 Infos zur Homepage: Über 200 Abbildungen zum freien Download Folie 55

56 Software: Renditeberechnung Folie 56

57 Software: Renditeberechnung Folie 57

58 Vortragsfolien zum Download: (ganz unten ) Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! Folie 58