Photovoltaik in einer Stunde

Transkript

1 Photovoltaik in einer Stunde Franz Baumgartner Prof. Dr. Dozent Erneuerbare Energie 1

2 Was sind Solarzellen/Module? solar cell 15cm x 15cm 4 Watt costs 3 SFr Solarmodule: 210W-260W / 60 Zellen PV Fascade; 2

3 Solarzelle: Funktionsprinzip Generation of charge carries: opt. Absorption / minimum cell thickness/ Losses: opt. reflection and elect. recombination Carrier transport in semiconductors: Diffusion / Drift; continuity equation Diode in the dark Energy band diagram, charge carrier profile Diode illuminated: Solar generated carrier, charge carrier profile, surface recombination Electrical equivalent circuit Spectral photo current Foto: Quaschnigg, Berlin A. Goetzberger;1994; ISBN

4 Solarzelle: Verluste Long Wavelength Photons E ph < E gap Excess Photon Energy E ph > E gap Voltage Factor V OC /E gap Curve Factor Recombination Diode Non-Ideality Series / Shunt Resistance Reflection Loss Useable Power Ref. H. Ossenbrink, NTB NET 2002 Reihe 4

5 Solarzelle: Einteilung Silizium- Materialstruktur amorph monokristallin polykristallin 5

6 : Kenngrössen v.solarmodulen Kenngrössen: Wp: Nennleistung Peakleistung Gleiche Produktionslinie unterschiedliche Nennleistungsklassen 6

7 Modul: Schichtaufbau Ethyl-Vinyl-Acetat Delamination of the moduls EVA 7

8 Energierücklaufzeiten kristalline Silizium Module 8

9 CO 2 Fussabdruck 9

10 Schweizer Solardächer CH Solarpreis: Wüthrich Uettlingen, Bern, 23 kwp 2010 EKZ Elektrizitätswerk Kanton Zürich, Dietikon CH-Solarpreis: Tanner, Schocheswil /TG, 13 kwp +14m 2 therm. CH Solarpreis: Migros Luzern Stans, 567 kwp 10

11 Die Kosten von Solarstrom sinken! 9 8 Solarmodule Inverter Montage+Planung /W % Modulpreis cent/kwh Steuern + Abgaben Netz Kraftwerk /Wp Gesamt EEG Vergütung 39.1 bis 28.4 Ct./kWh in 2010 in 2013 auf ½ 22 Ct./kWh Hausstromkosten SW KN 11

12 Modul: Lernkurve SOLARMODULE KERNKRAFTWERKE Lernkurve der Industrialisierung Beispiel Solarmodulproduktion Bei einer Verdoppelung der Gesamtmenge an installierten Solarmodulen einer Technologiegruppe sinkt der Preis um ca. 20% (siehe LR 22.8 bzw. 19.3%) 12

13 Investitionen Solardach 2013/Q3 total CHF kW Nennleistung 5000 W = 5kW; Gesamtkosten: ca. SFr Quadratmeter Solarkraftwerk (Standardmodule 15%) 2/3 area related costs potentail for cost reduction F. Baumgartner, Zum Vergleich Preisniveau ca /kw, BRD, August 2009, in 2013/Q1 nur 1700 /kw für typ. Anlagengrösse 10kW 13

14 MW Kostenanteile Process Step cent/w cent/w cent/w Poly Silizium 9 Wafer 11 wafer 20 other mat. cell 11 op + financ cell 2 cell 13 glass 8 other mat. Module 11 op + financ module 3 module 22 PV module 55 mounting mechanical 15 installation 15 inverter + electr 12 plant planing 10 BOS Balance of 52 Systems 52 Grid connected PV 107 Plant System 107 Total 107 F. Baumgartner; Jan 2013 (Basis, EUPVSEC 2012 data and other) 14

15 Berechnungsbeispiel Berechnen der Stromkosten für Photovoltaik-Anlage: Fläche: 30 m 2 Nennleistung bei Einstrahlung: 1000 W/m 2 Modulwirkungsgrad: 14% Vorgehen: 1. Peak Leistung der Anlage berechnen 2. Kosten der Anlage berechnen 3. Stromproduktion der Anlage 4. Kosten pro kwh Annahme 1000 Sonnenstunden pro Jahr mit Nennleistung Lebensdauer: 30 Jahre Investitionskosten pro kwp: Fr Die Kapitalverzinsung soll in diesem ersten Rechenbeispiel nicht berücksichtigt werden. 15

16 Berechnungsbeispiel: Lösung Gesamtkosten PV Anlage 2.5SFr*4200= SFr Jahresproduktion 4.2kW * 1000h = 4200 kwh Produktion Lebendsdauer 20 Jahre kwh Investionskosten/Produktion 0.13 SFr inklusive Finanzierungs 3%, Betriebskosten 1% 0.19 SFr Faktor für Finanzierung, Betrieb

17 2013 Switzerland PV Feed in ca. 500MW Anlagen auf Warteliste KEV Jan 2012: https://www.guarantee-of-origin.ch/reports%5cdownloads%5cwarteliste_de.pdf 17

18 Will Bern die rasche Energiewende wirklich? Vorlage BFE für parlamentarischen Genehmigungsprozess Sept. 2013; Energieverordnung (EnV) ; Änderung in 2014 Zwei drastische Kürzungen Von 25 auf 15 Jahre Satz von 26 auf 18 Rp/kWh Summe ca. 50%!! 18

19 /kwh versus /Wp PV 19

20 Progonose EE-Stromkosten BRD EEG /kwh Q1/2012 C. Kost, T. Schlegl; ISE Freiburg, Dez

21 Solarthermische Anlagen zur Stromerzeugung Typical solar thermal electrical power plant nominal power 50MW Roadmap

22 Solarstrom vom PV-Carport 22

23 PV-Carports in Frauenfeld The potential of photovoltaic carports to cover the energy demand of road passenger transport Hans-Martin Neumann,, Daniel Schär, Franz Baumgartner,, Progress in Photovoltaics, Wiley Journal, 3 NOV 2011, DOI: /pip

24 PV-Carports in Frauenfeld The potential of photovoltaic carports to cover the energy demand of road passenger transport Hans-Martin Neumann,, Daniel Schär, Franz Baumgartner,, Progress in Photovoltaics, Wiley Journal, 3 NOV 2011, DOI: /pip

25 60kW Solarmodule auf Skilift Eröffnung Dez 2011, Tenna, Graubünden siehe Bericht NZZ 16. Dez Liftverbrauch Wintermonate ca kWh weitere Infos 25

26 Solarzellentechnologien - Markt 26

27 Das Referenzfeld und der Solarmessbus Das EKZ Referenzfeld und der Solarmessbus Gemeinschaftsprojekt: EKZ, ZHAW, OC Oerlikon Start: 2009 SFr/kWh kwh kwp Investitionskosten prop. in SFr/kWp 27

28 Ertrag: Temperaturkoeff. und Schwachlichtverhalten 28

29 Abschätzung Ertrag Quelle: 29

30 PV GIS Berechnung des Photovoltaik-Potenzials: Oder Google: jrc pvgis apps4 30

31 Ökostrom in Deutschland Anteil Strom aus Wind, Sonne, Biomasse 18% 16% 14% 12% 10% 8% 6% 4% 2% 0% EE Anteil am Bruttostromverbrauch BRD Photovoltaik Stromkosten pro kwh Quelle: Bundesumweltministerium Berlin, Stand März 2010 Photovoltaikkosten ab 2004 gesetzlicher EEG Vergütungstarif Grafik: F. Baumgartner, Kosten Solarstrom /kwh Zusammensetzung aktueller Strompreis: ca. 1/4 Kraftwerk ca. 1/3 Netz Aktueller PV BRD Investkosten für <100kW bei 2000 /kw Q1/

32 Flächenbedarf für Solarelektrizität versus Elektrizität aus Silomais/Gas Torraumfläche: 101m Photovoltaikfläche: 106m ZHAW, Daniel Schär, Franz Baumgartner Quelle Zahlen: Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe, Deutschland 32

33 Potential der Sonnenenergie Quelle: ts/ecobalance_of_a_solar_electricity_transmission.pdf 33

34 Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Franz Baumgartner weiterer Fachinfos unter 34