Solarthermie versus Photovoltaik was macht heute mehr Sinn?

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1 Solarthermie versus Photovoltaik was macht heute mehr Sinn? in Triesdorf am von Prof. Dr.-Ing. Ralph M. Schaidhauf

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5 Jenni-Speicher: 2 x 75m³ H max =15,85m D i =2,5m mit 30cm Außendämmung D S < 90% Foto: Quelle: [1] Abb. 1.1: Sonnenhaus I am alten Sportplatz in Weißenburg(Bezug: 10/2016) 5

6 D S =100 % Quelle: [2] Jenni-Speicher: 38m³ H max =9,25m / D i =2,3m mit Isofloc-Zellulose- Dämmung Quelle: [2] Quelle: [2] Abb. 1.2: Sonnenhaus Lehner in Regensburg(Bezug: 2006) 6

7 Gesamtendenergiebedarf in Deutschland: TWh(2015) 50,0% 21,1 % 28,9% Sektor-Anteil der Erneuerbaren Energien 12,6% 30,1 % 4,8% (15,7%) Quellen: nach[3] Abb.11; 29und 81 und [4] -Tabelle6 (AA**) Abb. 2.1: Brutto-Energiebereitstellung aus erneuerbaren Energien(D/2015) 7

8 Gesamt-Wärmebedarf 1233 TWh(D/2015) Anteil Gesamtendenergiebedarf 50,0 % (D/2015) Quellen: [5] Abb. 11 und [4] -Tabelle6 (AA:**) Abb. 2.2: Struktur der Wärmebereitstellung aus erneuerbaren Energien (D/2015) 8

9 Gesamtstand(2016): 2,24 Mio Anlagen 19,9 Miom² 8,88 m²/anlage 6,2 kwp/anlage = 13,9 GW p W th,nutz = 7,5 TWh/a t V =540 h/a CO 2 = 2 Mioto 266,67 g CO 2 /kwh el Quelle: [6] Seite 1+2 Abb. 2.3: Zubau der installierten Solarwärmesysteme(D) 9

10 Gesamtstand(2016): 1,58 Mio Anlagen P el,p = 41,2 GW p 26,1 kw p /Anlage P el,p = 41,2 GW p W el,nutz = 38,3 TWh/a t V =930 h/a CO 2 = 24 Mio to 626,63 g CO 2 /kwh el Quelle: [7] Seite 1+2 Abb. 2.4: Entwicklung der Solarstromproduktion(D) 10

11 Abb : POLYSUN Anlagenschema für ein EFH mit Solarthermie-Anlage (Standort: Weidenbach / KfW-Effizienzhaus 40 / 4 Personen) 11

12 D S = 42,6% Pellet-Feuerung über 5 Monate nicht erforderlich Abb : POLYSUN Simulationsergbnis für ein EFH mit Solarthermie-Anlage (Standort: Weidenbach / KfW-Effizienzhaus 40 / 4 Personen) 12

13 Dachplan Abb : POLYSUN Anlagenschema für ein EFH mit PV-Anlage(Power toheat) (Standort: Weidenbach / KfW-Effizienzhaus 40 / 4 Personen) 13

14 Pellet-Feuerung auch Mai Sept. immer wieder aktiv Abb : POLYSUN Simulationsergebnis für ein EFH mit PV-Anlage(Power toheat) (Standort: Weidenbach / KfW-Effizienzhaus 40 / 4 Personen) 14

15 Pellet-Feuerung zugeschalten Abb : POLYSUN Simulationsergebnis für ein EFH mit PV-Anlage(Power toheat) (Standort: Weidenbach / KfW-Effizienzhaus 40 / 4 Personen) 15

16 Q Sol (ST) = E tot (ST) = e P (ST) = 0,78 Abb : POLYSUN Simulationsergebnis für ein EFH mit PV-Anlage(Power toheat) (Standort: Weidenbach / KfW-Effizienzhaus 40 / 4 Personen) 16

17 Ökologische Analyse (LCA): Kombinierte Bewertung der solarthermisch/fossilen Trinkwarmwasser(TWW)- bereitstellung Systemkennung Einheit EFH-II Technik - Gas-BW Kesselleistung kw th,n 4 TWW-Nachfrage MWh/a 1,77 Raumwärme-Nachfrage MWh/a 5,25 Sol. Deckungsgrad D S (TWW/Gesamt) Quelle: [8] Seiten / % 73,4 15,9 Hilfsenergie (Strom) MWh/a 0,6 Anlagenaufwandszahl - 1,74 Spez. CO 2,äq -Emissionen g/kwh 313,2 Anlagen-Kennzahlen: Installierte Netto-Kollektorfläche: 6,4 m² TWW-Speicher: 300 l Spez. Kollektorertrag: 260 kwh th. /(m²a) 17

18 Ökologische Analyse (LCA): Kombinierte Bewertung der solarthermisch/fossilen Trinkwarmwasser-/ Raumwärmebereitstellung Systemkennung Einheit EFH-II Technik - Gas-BW Kesselleistung kw th,n 4 TWW-Nachfrage MWh/a 1,77 Raumwärme-Nachfrage MWh/a 5,25 Sol. Deckungsgrad D S (TWW/Gesamt) Quelle: [8] Seiten / % 44,1 45,0 Hilfsenergie (Strom) MWh/a 0,623 Anlagenaufwandszahl - 1,23 Spez. CO 2,äq -Emissionen g/kwh 255,6 Anlagen-Kennzahlen: Installierte Netto-Kollektorfläche: 22 m² Solarer Kombi-Speicher: l Spez. Kollektorertrag: 359 kwh th. /(m²a) 18

19 Ökologische Analyse (LCA): Bewertung der Photovoltaischen Stromerzeugung Systemkennung Einheit EFH Technik - Si-mono Nennleistung (STC) kw el,peak 5 Hilfsenergie (Strom) MWh/a - Spez. Primärenergiebedarf E prim. /E Nutzen 0,2264 Spez. CO 2,äq -Emissionen g/kwh 51 Anlagen-Kennzahlen: Installierte Nennleistung: 5,0 kw p Installierte PV-Modulfläche: 28,1 m² Batteriespeicher: - Spez. Jahresertrag: 160 kwh el. /(m²a) Erntefaktor 3,42:1 Alternativen(5,0 kw p ): Si-polykristallin: 4,35:1 CIGS (Dünnschicht): 6,84:1 Quelle: [8] Seiten / Nachteil: höherer Flächenbedarf 19

20 Frage: Welche Zielgröße ist heute bei der Auslegung einer solarthermischen Anlage relevant? Ökonomie D S Effizienz Ökologie 20

21 56 12'27.7"N 9 33'16.3"E, = 110 MW p W th,a = MWh/a t V = 727 h/a V Sp = 4 x m³ Quelle: [9] energynet.de CO 2 = to/a [10] Abb. 4.1: Weltgrößtes Solarkollektorfeld( m 2 Aperturfläche/ Kollektoren) für solarunterstützte(ca. 20%) Fernwärmeversorgung in Silkeborg(DK) 21

22 W th,a = MWh/a V Sp = (2.000 m³) Quelle: [11] lr-online.de Foto: Patrick Paul (dpa Zentralbild) Abb. 4.2: Größtes Solarkollektorfeld (8.300 m 2 Kollektorfläche / Vakuumröhren-CPC-Kollektoren) für solarunterstützte(ca. 4%) Fernwärmeversorgung in Senftenberg(D) [12] 22

23 W th,a = k.a. V Sp = 2 x 50 m³ Quelle: [13] solarcomplex.de Foto: Abb. 4.3: 1. Bioenergiedorf (D) mit großer solarthermischer Anlage für eine solarunterstützte Nahwärmeversorgung in Büsingen (1.000 m 2 Kollektorfläche mit Vakuumröhren-CPC-Kollektoren) 23

24 5m³ Tages-Speicher 75m³ Jenni-Speicher Beidseitiger Wärmetransfer über die Heizzentrale Heizzentrale 2 x Erdgas- Brennwerttherme 2. BA 1. BA Quelle: [nach 14] Abb. 4.4: Jenni-Sonnenhaus I + II in Weißenburg am alten Sportplatz zur solarunterstützten Nahwärmeversorgung der energetisch sanierten Bestandsgebäude(Wohnungsgenossenschaft) Option: Nur TWW 24

25 Technik: - Solarthermie und Photovoltaik seit Jahren am Markt verfügbar Ökologie: - Ökobilanzen (kumulierte Energieaufwendungen / Umweltauswirkungen über kompletten Lebenszyklus) sind für solarthermische und PV-Systeme vorhanden, hängen aber stark von dem gewählten Referenzsystem und den Nutzungsgraden (u.a. Solarer Deckungsgrad, Volllaststunden, etc.) ab. Ökonomie: Zusammenfassung: -Aktive Solarthermie-Systeme und Photovoltaik-Anlagen sind bei Neubauten sinnvoll in das Energiekonzept einzuplanen. Am Anfang steht immer die Minimierung des zukünftigen Energiebedarfs des Gebäudes (Wärmeschutz, passive Sonnenergienutzung, Lüftung mit Vorwärmung / Wärmerückgewinnung). Als weiteres Ziel sollte die Reduzierung des externen Strombezugs (LED-Technik, Weiße Ware, PV-Eigenstromnutzung mit Lastmanagement und Batteriespeicher) verfolgt werden. - Wärmegestehungskosten (aufgrund fehlender Skaleneffekte) bei der Solarthermie in Deutschland deutlich zu hoch, während die PV-Technologie (EEG 2017) wirtschaftlich ist 25

26 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 26

27 [1] Bittner, Michaela (Architekturbüro Bittner/91792 Ellingen/Ellinger Straße 24), Planungsstand [2] (abgerufen am ) [3] (abgerufenam ) [4] Bundesministerium für Wirtschaft und Energie: Zahlen und Fakten Energiedaten; Stand: ; (abgerufen am ) [5] (abgerufen am ) [6] BSW-Solar: Statistische Zahlen der deutschen Solarwärmebranche (abgerufen am ) [7] BSW-Solar: Statistische Zahlen der deutschen PV-Strombranche (abgerufen am ) [8] Kaltschmitt, Martin; Streicher, Wolfgang; Wiese, Andreas (Hrsg.): Erneuerbare Energien Systemtechnik, Wirtschaftlichkeit, Umweltaspekte, Springer Vieweg, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2014 (korrigierter Nachdruck), 5., erweiterte Auflage ISBN

28 [9] (abgerufen am ) [10] [11] (abgerufen am ) [12] [13] (abgerufen am ) [14] Bittner, Michaela (Architekturbüro Bittner/91792 Ellingen/Ellinger Straße 24), Plan der Außenanlagen (M 1:500), Planungsstand