Photovoltaik Stand der Technik Kosten Nutzen Finanzen

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1 Photovoltaik Stand der Technik Kosten Nutzen Finanzen Prof. Dr. F. Baumgartner; ZHAW University of. Appl. Sciences Zurich, IEFE Impulseferat Energiemodell Zürich , Zürich, Schweiz 1

2 Inhalt 1. Treiber für Solarstrom 2. Prinzip Solarzelle Wirkungsgrade 3. Kostensenkung Module /W 4. Kostenanteile Gesamtsystem 5. Kosten /kwh - Jahresmittel 6. Netze /kwh pro Stunde /Tage / Monat 7. Finanzierung: Einspeisung KEV 8. Finanzierung: Eigennutzung, PV Heater 9. Trends 2020 : Storage, Smart ohne Grid, PV Parking - EV Minuten =35 2

3 NEWS von der Klimafront Sept Ziel Over the last two decades, the Greenland and Antarctic ice sheets have been losing mass, glaciers have continued to shrink almost worldwide, and Arctic sea ice and Northern Hemisphere spring snow cover have continued to decrease in extent (high confidence) 0.8m Ziel Sept

4 News lokale Klimafront - Winterthur Tech Winit seit 2012 Studium Energietechnik und Umwelt Rettet Kohlestrom wirklich das Budget? Umwelt hat keinen Preis!! siehe ZHAW Film Brennpunkt Energie Anbieter Trianel, betreibt Kohl- und Gas- KWe ; Frankfurt, EUPVSEC Plenary Talk, 5DP.3.2 P. Korba, F. Baumgartner, B. Voellmin, A.P. Manunatha, ZHAW, EKZ, ABB; 4

5 Fracking & Flooding in Coloarado US 20. Sept 2013 More oil tank spills emerge from Colorado flooding as high water delays cleanup - The Washington Post 1900 drilling station locked at beginning of the flooding (total drilling stations in Colorado) 5

6 Energiediskussion CH 2011 Strom IEFE 11. März 2011 University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; 6

7 Energiediskussion CH 2012 Juni Strom IEFE University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; 7

8 Energiediskussion CH 2013 Juni Strom IEFE 700 Mio Invest. Sicherheit und damit längere Laufzeiten KKW Beznau Teileigner Kt. Schaffhausen Denkt kritisch nach! University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; 8

9 Warum Wandel der Energieversorgung? Das Klima der Welt: CO 2 Ressourcen -Knappheit 2100 mit +5 C? regionaler Klimawandel Risiken: Kosten / Sicherheit Lit Lit ÖL-Preis akt. 105$/bl in 2008; 40$ - 150$ 200$/bl? Ökologie der Tankerunfälle, Fukushima? Erdölreserven bis 2050?; China, Indien? Zukunftsmarkt mit Potential Gesellschaftlicher Konsens: Zukunft ist ERNEUERBAR, wenn heute investiert wird?

10 Der historische Wandel im Energiemarkt 70 Marktanteil in % Öl - Welt Gas - Welt Kohle - Welt D-Wind D-Bio D-RE-oWasser D-Solar D-Ziele RE CH-Solarziel Bundesrat CH-Solarziel Swissolar CH-RE-oWasser ; Baumgartner 2012, 10

11 Ohne echten Willen kein Erfolg 2013 Strom: 6%PV, 8% Wind, 7%Bio, 4%Wa. 40 Anteile erneuerbarer Energien an der Energiebereitstellung in Deutschland Anteile in [%] BMU - E I % pro Dekade 7,8 mind. 35,0 1) 22,9 Anteile EE am gesamten Bruttostromverbrauch 4,3 10,4 Anteile EE an der gesamten Wärmebereitstellung 14,0 1) 0, Ziele: 2020 Erneuerbare Energien in Deutschland ,5 10,0 1,2) Verkehrssektor Anteile EE am gesamten Kraftstoffverbrauch (2) 4,5 12,6 18,0 1) Bruttoendenergieverbrauch Anteile EE am gesamten Endenergieverbrauch (Strom, Wärme, Kraftstoffe) 3,2 11,7 Anteile EE am gesamten Primärenergieverbrauch (3) 1) Quellen: Ziele der Bundesregierung; Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG); Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz (EEWärmeG), EU-Richtlinie 2009/28/EG; 2) Der gesamte Verbrauch an Motorkraftstoff, ohne Flugbenzin, Militär und Binnenschifffahrt; 3) Berechnet nach Wirkungsgradmethode - Quelle: Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen e.v. (AGEB); EE: Erneuerbare Energien; Quelle: BMU - E I 1 nach Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien-Statistik (AGEE-Stat); Hintergrundbild: BMU / Brigitte Hiss; Stand: Februar 2013; Angaben vorläufig

12 Verantwortung mit billiger Energie?? Schweizer Energiemarkt 5.5% BIP Die Gewinne werden in unsere Industrie investiert, die lokale Wertschöpfung minimiert BFE 2012, Gesamtenergiestatistik Treibhausgasemission versus BILLIGE Energie 12

13 Der Kunde will Leistung: Bereitstellung durch Mensch, Tier, PV 270W 810W 13

14 Solarzelle Solarmodul - System IEFE solar cell 15cm x 15cm 3.5 Watt costs 3 SFr Solar module: 230W / 60 Zellen PV Fascade; University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; 14

15 Forschungserfolge/Effizienz ist nicht alles! ; Frankfurt, EUPVSEC Plenary Talk, 5DP.3.2 P. Korba, F. Baumgartner, B. Voellmin, A.P. Manunatha, ZHAW, EKZ, ABB; 15

16 Cost reduction cr-si PV Modules

17 Kostenanteil PV Modulfertigung 2013 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) 0.21$/W (wafer in 2013); 2013-Nov 18 Other info: running costs 0.19 /W Germany cell line without financing

18 CO 2 Fussabdruck ein Zehntel von GAS Franz Baumgartner; bauf@zhaw.ch; ; slide 16 18

19 PV am Schweizer Dach IEFE CH Solarpreis: Wüthrich Uettlingen, Bern, 23 kwp 2010 EKZ Elektrizitätswerk Kanton Zürich, Dietikon CH Solarpreis: Migros Luzern Stans, 567 kwp CH-Solarpreis: Tanner, Schocheswil /TG, 13 kwp +14m 2 therm. University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; 19

20 Kostensenkung / Lernkurve Industrie 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%) Franz Baumgartner; bauf@zhaw.ch; ; slide 16 20

21 Global PV Market Growth IEFE University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; 21 Report IEA-PVPS T1-22:2013

22 Weltmarktfüher Konkursrisiko! 22

23 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 Franz Baumgartner; bauf@zhaw.ch; ; 23

24 Berechnungsbeispiel: Rp/kWh 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 2% SFr Faktor für Finanzierung, Betrieb 1.74 Dachfläche: 25 m 2 mit Modulwirkungsgrad von 17% KEV Kostendeckende Einspeisevergütungsätze vom Bund Warteliste, heute unzureichendes Finanzierungsvolumen; geplante Kürzungen; 24 Franz Baumgartner; bauf@zhaw.ch; ; slide 16

25 Berechnungsbeispiel: Rp/kWh Gesamtkosten PV Anlage 2.0SFr*4200= 8400 SFr Jahresproduktion 4.2kW * 1000h = 4200 kwh Produktion Lebendsdauer 20 Jahre kwh Investionskosten/Produktion 0.10 SFr inklusive Finanzierungs 6%, Betriebskosten 2% SFr Faktor für Finanzierung, Betrieb 2.14 Dachfläche: 25 m 2 mit Modulwirkungsgrad von 17% KEV Kostendeckende Einspeisevergütungsätze vom Bund Warteliste, heute unzureichendes Finanzierungsvolumen; geplante Kürzungen; 25 Franz Baumgartner; bauf@zhaw.ch; ; slide 16

26 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 Nov BRD: EEG 9.7 bis 14.1 Ct./kWh (Preis 1703 /W) Franz Baumgartner; bauf@zhaw.ch; ; slide ct./kwh Hausstromkosten SW KN 26

27 IEFE DEUTSCHLAND University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; 27

28 Will Bern die rasche Energiewende wirklich? JA Vorlage BFE für parlamentarischen Genehmigungsprozess Sept. 2013; Energieverordnung (EnV) ; Änderung in 2014 Reduktion von 25 Jahre auf 20 Jahre entspricht einer Reduktion von 10.9% -11% -10% Franz Baumgartner; bauf@zhaw.ch; ; 28

29 Energiepolitik Bern BFE, Bundesrat Herbst 2013 IEFE KEV Finanzzusage 2013 für 5TWh Bundesrat Ziele 4.4TWh für 2020!! 2% PV 2020 Stand 1. Okt 2013 University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; 29

30 Einmalvergütung mögliche EnV Revison ab April 2014 IEFE Quelle: Swissolar + BFE Fazit: Aktueller KEV Stand In 2014 sollten mit dem erhöhten Beitrag von 1.5 KEV Rp/kWh weitere 150MW neue PV Anlagen finanziert werden (ca. +20W/Kopf) (Damit ist die Warteliste bis Einreichung Juni 2011 vermutlich abgebaut) University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; 30

31 Eigenverbrauch NEU ab 2015 IEFE University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; 31

32 Finanzierung von EE Grossprojekten CH 32

33 33

34 Grobanalyse mit Webrechner EVALO IEFE University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; 34

35 Warmwasser Bedarf: ca. 3kWh/Tag/Per. Physikalische Grundlagen: Die Erwärmung von 20 Liter Wasser von 10 C auf 55 C benötigen 1.05kWh Energiezufuhr ins Wasser. (Beispiel Österreich mit 1kWh nur 10 Liter Warmwasser!! Effizienz ca. 50% Im Haushalt Liter Warmwasser pro Tag & Einwohner Energiebedarf kwh pro Tag & Einwohner Deutschland ca Österreich 32 3 Schweiz 45 Referenzen ; Frankfurt, EUPVSEC Plenary Talk, 5DP.3.2 P. Korba, F. Baumgartner, B. Voellmin, A.P. Manunatha, ZHAW, EKZ, ABB; 35

36 Die Kostenreduktion der Photovoltaik erlaubt kostengünstiges PV Warmwasser IEFE Very Low-cost PV Boiler 100l ca. >500 ca. 1500W ca. >1000 (ohne Montage) University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; 36 Aus der 2013 Firmenbroschüre - refusol.com Bereits mit sechs Photovoltaikmodulen, also einer Fläche von neun Quadrat-metern, können 1500 kwh regenerativer Strom erzeugt werden. Eine vierköpfige Familie mit einem Energiebedarf von 3000 kwh pro Jahr für Warmwasser kann mit der PV HeatingSolution bis zu 75 % der Ölkosten sparen und Gutes für die Umwelt tun.

37 Heizen mit dem Strom von der Sonne- Solarwärmepumpe Solarstrom 5 kwh 12kW, CH Wärme 15kWh Netzstrom Umgebungswärme 10 kwh Wärmepumpe el. Strom 5 kwh Ref: 37

38 6.9 Solarstrom+Batterie versus 7.1 FOSSILE IEFE Fahrzeug: Smart Batterie Solarer Ladestrom Benzin spezifische Kosten 780 Leasing pro Jahr km 0.20 /kwh 1.7 pro Liter bei 4.2l /100km Kosten pro Kilometer University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; 38

39 Hohe PV Produktion BRD passt zur E-Mobilität 1 Million EV 1EV: 7kWh/Tag 7GW x 1h B. Giesler et. al.; EUPVSEC Paris 2013; F. Baumgartner Seite 42 39

40 Solar-Spitze = Verbrauchs-Spitze Sonniger Frühlingstag 1% Netzeinspeisung bei 102kW; 12% Netzeinspeisung bei 164kW; Verbrauch 490 MWh ; F. Baumgartner, 40

41 F&E Projekt: Performance Outdoor 4% Verlust bei Begrenzung auf 70%, Standort Zürich 30 Neigung, Süd Orientierung; cr-si F. Baumgartner, Electrosuisse, Bulletin 11 / ; F. Baumgartner; 41

42 Higher grid PV share lower yield load A10-8% losses B17 PV PV PV PV PV PV PV fixed baseload B17-2% losses A10-14% over 20 years 1% PV /a -50% F. Baumgartner et. al, Progress of PV 2010, EUPVSEC Valencia; 5EP.2.1 annual PV % 42

43 Verantwortung übernehmen JA/NEIN Wer kann es sich nicht leisten 1) Verantwortlich zu HEIZEN 2) Verantwortlich zu DUSCHEN 3) Verantwortlich zu FAHREN Es kostet nicht mehr wie heute SMART zu telefonieren 43

44 Die Grundlage der Verantwortung IEFE Energieversorgung muss mit lokal erzeugter Betriebsenergie effizient erfolgen (Transportkosten/risiken-Ölkriege?) unabhängig sein von zentralistischen Strukturen (Monopolbildung) nicht zu billig (Verschwendung) und nicht zu teuer sein (Volumen) Akzeptable Energierücklaufzahl PV 20 Rp/kWh FL; Büchel-Hoop 3 Jahre Betriebsdauer 35 Jahre University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; 44

45 ; Frankfurt, EUPVSEC Plenary Talk, 5DP.3.2 P. Korba, F. Baumgartner, B. Voellmin, A.P. Manunatha, ZHAW, EKZ, ABB; 45

46 Anhang - Zusatzinfo 46

47 KEV Tarife Schweiz Stand 20. Nov 2013, Swissolar IEFE University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; 47

48 BRD EEG Vergütung 2013 IEFE University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; 48

49 Aktuelle Energieträger Schweiz Liechtenstein IEFE x Strom Gas % 13% Öl Mob. Öl - Heizen 33% 22% Trend: Weniger FOSSILIEN mehr ELEKTRIZITÄT University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; 49 Schweizer Strom heute 56% Wasserkraft Wann ist die Schweiz 100% ERNEUERBAR?

50 Success story - Liechtenstein All new heat pumps powered by PV!!! IEFE MWh/a Lässt sich der Mehrbedarf für Wärmepumpen mit Photovoltaikstrom aus Liechtenstein decken? 12MW PV inst. in 2013 ca. 300W PV/Kopf Jun 08 Sep 08 Dez 08 Strombedarf WP Stromproduktion PV Mrz 0 9 Jun 09 Sep 09 Dez 09 Mrz 10 Jun 10 Sep 10 Dez 10 Mrz 11 und University of Applied Science Zurich; ; bauf@zhaw.ch; 50 Vergleichsgrundlagen: Wärmepumpen JAZ= 3.0 Photovoltaik 800kWh/kWp Anträge mit Zusicherungen Jun 11 Sep 11 Dez 11 Mrz 12 Jun 12 Energiefachstelle FL, August EurObserver

51 Berechnungsbeispiel: Rp/kWh Gesamtkosten PV Anlage 2.0SFr*4200= 8400 SFr Jahresproduktion 4.2kW * 1000h = 4200 kwh Produktion Lebendsdauer 25 Jahre kwh Investionskosten/Produktion 0.08 SFr inklusive Finanzierungs 6%, Betriebskosten 2% SFr Faktor für Finanzierung, Betrieb 2.46 Dachfläche: 25 m 2 mit Modulwirkungsgrad von 17% KEV Kostendeckende Einspeisevergütungsätze vom Bund Warteliste, heute unzureichendes Finanzierungsvolumen; geplante Kürzungen; 51 Franz Baumgartner; bauf@zhaw.ch; ; slide 16