Photovoltaik auf Gewerbedächern: Lohnt sich das noch?

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1 Photovoltaik auf Gewerbedächern: Lohnt sich das noch? 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. Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen 4. Sonderfall Gewerbebetriebe 5. Wozu Speicherung von Solarstrom? 6. Fazit Folie 2

3 Prof. Dr.-Ing. Konrad Mertens Studium der Elektrotechnik an der RWTH Aachen Promotion zum Dr.-Ing. 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 3

4 Photovoltaik-Prüflabor Solarmodul-Leistungsmessung unter Standardtestbedingungen Xenon lamp Electronic load Reference cell Reihenuntersuchungen für Hersteller und Importierer Erstellung von Gutachten in Gerichtsverfahren (Garantie etc.) Folie 4

5 Photovoltaik-Prüflabor Elektrolumineszenz-Untersuchung zur Detektion von Modulfehlern Normale Modulansicht: EL-Bild: Folie 5

6 Photovoltaik-Prüflabor Vor-Ort-Untersuchung von Anlagen Leistungsmessung: Measured curve Expected curve Thermographie: Folie 6

7 Photovoltaik-Prüflabor Simulation von PV-Anlagen Design: Folie 7

8 Photovoltaik-Prüflabor Simulation von PV-Anlagen Einfluss von Verschattungen: Ertragsberechnung: Folie 8

9 1. Einführung zur Photovoltaik Folie 9

10 Prinzipieller Aufbau einer Photovoltaikanlage: Solarzelle Solarmodul Folie 10

11 Wirkungsgrad von Solarmodulen: P Optisch Zelle P Elektrisch η Modul = P Elektrisch P Optisch z.b. Wirkungsgrad = 17 % Was heißt das? Bei voller Sonneneinstrahlung (1000 W/m 2 ) bringt ein Solarmodul (Fläche 1,5 m 2, Wirkungsgrad 17 %) eine maximale Leistung (Peakleistung) von: Modul: P Modul = Watt ,5 m 17 % = 2 m 250 Watt P Peak Ganze Anlage: z.b. 40 Module: P Anlage = Watt = P 10 kw P Merke: z.b. 60 Quadratmeter reichen für eine 10 kw Anlage! Folie 11

12 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: 832 kwh/kwp b) Anlage Steinfurt Baujahr: 2008 Leistung: 25 kw Ausrichtung: Süd Neigung: 25 moderne Technik Folie kwh/kwp sind im Münsterland ohne Weiteres machbar! Ertrag in kwh/kwp Jahr Durchschnittlicher Ertrag: 994 kwh/kwp

13 2. Markt- und Preisentwicklung Folie 13

14 Weltweites Wachstum der Photovoltaik Bislang weltweit installierte Leistung in GWp: Wachstumsraten von 30 bis 40 % weltweit inzwischen knapp 180 GWp installiert davon in Deutschland gut ein Fünftel Folie 14

15 Ausbau der Photovoltaik in Deutschland Installierte Leistung in GWp: jährlicher Zubau zwischenzeitlich bei ca. 7 GWp/Jahr inzwíschen sind knapp 38 GWp installiert aktuell nur geringer Zubau Folie 15

16 Stromerzeugung durch erneuerbare Energien in Deutschland Stromerzeugung in Mrd. kwh Aktueller Status (2015): Anteil der erneuerbaren Energien am Strombedarf: 27 % Anteil der Photovoltaik: 6 % Folie 16

17 Preisentwicklung: Modulpreise seit 1980: Reduzierung von 27 Euro/Wp auf unter 60 cent/wp! Marktanreizprogramme sind erfolgreich! Folie 17

18 Preisentwicklung: Modulpreise als Lernkurvendarstellung: Aktuell kaum Preisreduktion aufgrund von Einfuhrzöllen (56 ct/wp Minimalimportpreis) Folie 18

19 Preisentwicklung: Entwicklung der Einspeisevergütung seit 2004: Photovoltaikstrom ist inzwischen günstiger als Biomasse und Offshore-Windkraft! Folie 19

20 Preisentwicklung: Einspeisevergütung und Strompreis Eigenverbrauch lohnt sich! Folie 20

21 3. Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen Folie 21

22 Aktuelle Vergütungssätze: Vergütung hängt von Inbetriebnahmemonat ab Aktuelle Preisdegression: 0,25 % pro Monat Beispiel: Dachanlagen: Inbetriebnahme bis 10 kwp 10 bis 40 kwp ,43 ct/kwh 12,09 ct/kwh ,40 ct/kwh 12,06 ct/kwh ,37 ct/kwh 12,03 ct/kwh ,34 ct/kwh 12,00 ct/kwh ,31 ct/kwh 11,97 ct/kwh ,28 ct/kwh 11,94 ct/kwh Beispiel: Vergütung von 12 ct/kwh Folie 22

23 Beispiel A: 20 kwp-anlage ohne Eigenverbrauch Solarmodule Folie 23

24 Beispiel A: 20 kwp-anlage ohne Eigenverbrauch Investitionskosten: Stromertrag pro kwp: z.b Euro (entspricht Euro/kWp) 900 kwh/jahr Einnahmen: 12 ct/kwh x 900 kwh/jahr x 20 = Euro/Jahr Laufende jährliche Kosten: 1,5 % der Investitionskosten: 420 Euro/Jahr Ausgaben: 420 Euro/Jahr Überschuss: ( ) Euro/Jahr = Euro/Jahr Amortisationszeit: Euro / 1740 Euro/Jahr = 16,1 Jahre Rendite: = 2,2 % nicht herausragend! Was kann man tun, um die Rendite zu verbessern? Folie 24

25 Beispiel B: 20 kwp-anlage mit Eigenverbrauch Solarmodule Folie 25

26 Beispiel B: 20 kwp-anlage mit Eigenverbrauch z.b. die Hälfte des erzeugten Stroms wird selbst verbraucht: Gewerbestrom kostet z.b. mittlere Vergütung : 22 ct/kwh 1/2 12 ct/kwh + 1/2 22 ct/kwh = 17 ct/kwh Neue Rechnung: Einnahmen: Euro/Jahr Überschuss: ( ) Euro/Jahr = Euro/Jahr Amortisationszeit: Euro / Euro/Jahr = 10,6 Jahre Rendite: = 7,0 % Rendite ist deutlich verbessert! Folie 26

27 Aber: es gibt Sigmar Gabriels Sonnensteuer! Pflichtabgabe auf selbst genutzten Solarstrom (ab 10 kwp): 2,5 ct/kwh Gewerbestrom kostet z.b. mittlere Vergütung : 22 ct/kwh 1/2 12 ct/kwh + 1/2 (22 2,5) ct/kwh = 15,75 ct/kwh Neue Rechnung: Einnahmen: Euro/Jahr Überschuss: ( ) Euro/Jahr = Euro/Jahr Amortisationszeit: Euro / Euro/Jahr = 11,6 Jahre Rendite: = 5,9 % Rendite etwas verschlechtert Einflussgrößen auf die Rendite: Preis der Anlage (z.b statt Euro/kWp) Konkreter eigener Stromtarif Eigenverbrauchsanteil Folie 27

28 4. Sonderfall Gewerbebetriebe Folie 28

29 Sonderfall Gewerbebetriebe Große Dachflächen stehen zur Verfügung Bezugsstrompreis ist relativ hoch Oftmals liegt der Hauptstrombedarf tagsüber Idealfall für lohnenden Eigenstromverbrauch! Folie 29

30 Beispiel A: Krankenhaus: Typischer Lastgang an verschiedenen Wochentagen: Quelle: Solarpraxis AG Verbrauch: kwh/jahr Folie 30

31 Beispiel A: Krankenhaus: Tagesgänge einer PV-Anlage (200 kwp): Solarleistung in kw Solarleistung in kw sonniger Tag ( ) schlechter Tag ( ) Folie 31

32 Beispiel A: Krankenhaus: Zusammenspiel von solarem Angebot und Lastgang: Quelle: Solarpraxis AG Der Strom einer 200 kw - Anlage kann praktisch vollständig selbst genutzt werden Amortisationszeiten von wenigen Jahren möglich! Folie 32

33 Beispiel B: Produktionsbetrieb: Typischer Lastgang an verschiedenen Wochentagen: Verbrauch: kwh/jahr Quelle: Solarpraxis AG Folie 33

34 Beispiel B: Produktionsbetrieb: Tagesgänge einer PV-Anlage (200 kwp): Solarleistung in kw Solarleistung in kw sonniger Tag ( ) schlechter Tag ( ) Folie 34

35 Beispiel B: Produktionsbetrieb: Zusammenspiel von solarem Angebot und Lastgang: Der Strom einer 200 kw - Anlage kann fast vollständig selbst genutzt werden Folie 35

36 Empfehlungen: Dacheignung prüfen Installierbare PV-Leistung abschätzen Lastganganalyse machen lassen Verschiedene Varianten durchrechnen lassen Geeignete Solaranlage installieren Ebenfalls zu überlegen: Gibt es Energieeinsparpotential? (z.b. Beleuchtung) Macht z.b. eine Wärmepumpe Sinn? (Brauchwasser oder Heizung) Folie 36

37 5. Wozu Speicherung von Solarstrom? Folie 37

38 Prinzip Ein Teil des Stroms wird zwischengespeichert, um den Eigenverbrauchsanteil zu erhöhen PV-Generator Wechselrichter öffentliches Netz = Hausverbraucher Akkumulator (Blei oder Lithium-Ionen) Folie 38

39 Intelligentes System zur Erhöhung des Eigenverbrauchs: Smart Home Manager Wechselrichter mit Akku Funksteckdosen Steuerbare Verbraucher Wettervorhersage integriert E-Auto integrierbar Notstromfunktion Waschmaschine Mini- BHKW Folie 39

40 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 40

41 Aktuelle Situation: 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 Speicher können ggf. zur Kappung von Leistungsspitzen genutzt werden (niedrigerer Leistungspreis!), oft ist ein Energiemanagementsystem aber sinnvoller Folie 41

42 6. Fazit Folie 42

43 Fazit Solarstrom ist inzwischen günstiger als Biomasse- und Offshore-Windkraft Die Einspeisevergütung reicht bei aktuellen Anlagenpreisen nicht für einen auskömmlichen Betrieb Durch Eigenverbrauch ist die Rendite dennoch akzeptabel bis sehr gut Gewerbebetriebe können besonders vom Eigenverbrauch profitieren Die Kombination aus Speichern und intelligentem Lastmanagement wird immer attraktiver Photovoltaik verstehen? Vielen Dank! Folie 43

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