Wirtschaftlichkeit von PV Hybridsystemen
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- Karlheinz Fischer
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1 Wirtschaftlichkeit von PV Hybridsystemen Georg Dielmann Produktmanagement Off-Grid Solutions
2 Disclaimer Diese Präsentation kann zukunftsgerichtete Aussagen enthalten. Zukunftsgerichtete Aussagen sind Aussagen, die nicht Tatsachen der Vergangenheit beschreiben. Sie umfassen auch Aussagen über unsere Annahmen und Erwartungen. Diese Aussagen beruhen auf Planungen, Schätzungen und Prognosen, die dem Vorstand der (SMA oder Gesellschaft) derzeit zur Verfügung stehen. Zukunftsgerichtete Aussagen gelten deshalb nur an dem Tag, an dem sie gemacht werden. Zukunftsgerichtete Aussagen enthalten naturgemäß Risiken und Unsicherheitsfaktoren. Verschiedene bekannte wie auch unbekannte Risiken, Ungewissheiten und andere Faktoren können dazu führen, dass die tatsächlichen Ergebnisse, die Finanzlage, die Entwicklung oder die Performance der Gesellschaft wesentlich von den hier gegebenen Einschätzungen abweichen. Diese Faktoren schließen diejenigen ein, die SMA in veröffentlichten Berichten beschrieben hat. Diese Berichte stehen auf der SMA Webseite zur Verfügung. Die Gesellschaft übernimmt keinerlei Verpflichtung, solche zukunftsgerichteten Aussagen fortzuschreiben und an zukünftige Ereignisse oder Entwicklungen anzupassen. Diese Präsentation dient lediglich zur Information und ist keine Aufforderung zum Kauf, Halten oder Verkauf von Wertpapieren. 2
3 Gliederung 1 Einleitung zu zu SMA SMA SMA Hybrid-Systeme Kostenanalyse Optimierung eines Systems Vergleich mit Dieselsystemen 6 Zusammenfassung 3
4 Unsere Vision Die Menschheit wird weltweit zunehmend durch erneuerbare Energien versorgt. Dezentral erzeugte elektrische Energie aus Photovoltaiksystemen wird dabei einen wesentlichen Anteil übernehmen. 4
5 Solarstrom wird kontinuierlich preisgünstiger Strompreis in Cent je Kilowattstunde Erzeugungskosten für Solarstrom Haushaltsstrompreis (Arbeitspreis) > Allein in den vergangenen zehn Jahren sind die Erzeugungskosten für Solarstrom um über 60 Prozent gesunken. > Solarstrom ist bereits günstiger als Haushaltsstrom. > Eine langfristig günstige Energieversorgung erfordert kurzfristig eine weitere Förderung, um Anreize für zusätzliche Investitionen in die Systemtechnik und Speichertechnologie zu geben. Strom vom Dach ist heute bereits günstiger als Strom aus der Steckdose. Quellen: Bundesumweltministerium (Leitstudie 2010), Bundesverband Solarwirtschaft (PV-Roadmap) 5
6 Das Unternehmen SMA ist weltweiter Markt- und Technologieführer von Photovoltaik Wechselrichtern: > Umfassende Produktpalette > Globale Präsenz > Divisionale Struktur > Exzellenter Service > Hohe Innovationskraft > Besondere Unternehmenskultur 6
7 SMA bedient weltweit alle Marktsegmente Alle Photovoltaikanwendungen Alle Leistungsbereiche Alle Modultypen On-Grid Residential < 2 kw Kristalline Module Off-Grid Backup Residential 2 kw bis 30 kw Commercial 30 kw bis 500 kw Industrial Bis > 1 MW Dünnschicht- Module Konzentrator- Module Jedes Marktsegment hat andere Produktanforderungen. 7
8 Gliederung 1 Einleitung zu SMA 2 SMA Hybrid-Systeme Kostenanalyse Optimierung eines Systems Vergleich mit Dieselsystemen 6 Zusammenfassung 8
9 Wozu Hybrid-Systeme? > Elektrische Energie allein genügt nicht als einzige Voraussetzung für wirtschaftliches Wachstum, aber sie ist nahezu unabdingbar um Entwicklungsmöglichkeiten zu schaffen und zunehmender Armut entgegen zu wirken > Die IEA* schätzt, dass1,5 Milliarden Menschen (22% der Weltbevölkerung) im Jahr 2008 keinen Zugang zu Elektrizität hatten > Ca. 2 Milliarden Menschen haben keinen Zugang zu sauberem Trinkwasser. 85% dieser Menschen leben in ländlichen Gebieten * International Energy Agency Quelle: Alliance for Rural Electrification 9
10 Netzferne Gebiete 10
11 Anwendungen PV Hybridsysteme Industrial (Mines / Factories ) Special Applications (Desalination / Hospitals ) Tourism (Hotels / Gamefarms ) Rural Electrification (Villages / Waterpumps.. ) 11
12 Investitionskosten Gegenüberstellung PV-Inselsystem/öffentliches Netz > Erschließung von abgelegenen Gebieten am öffentlichen Netz ist nicht immer wirtschaftlich Öffentliches Netz 3 kwp Systemleistung 5 kwp Systemleistung 12 kwp Systemleistung 30 kwp Systemleistung Kilometer Quelle: Alliance for Rural Electrification 12
13 SMA PV Hybrid-Systeme mit Batterien 13
14 DC-Kopplung > Verbindung von Erzeuger und Last über einen DC-Energiebus Beispiel 1: DC-Wasserpumpe (ohne Batterie) DC-Energiebus Erzeuger Last Beispiel 2: Solar Home System (mit Batterie) PV-Modul Batterie Laderegler Verbraucher (12V DC ) Batterie (12 V) DC-Energiebus Laderegler DC-Energiebus Erzeuger Last 14
15 AC-Kopplung > Verbindung von Erzeuger und Last über einen AC-Energiebus Beispiel: SMA Inselanlage (Mini-Grid) Batterie PV-Generator Batterie-Wechselrichter PV-Wechselrichter AC-Energiebus Last 15
16 Leistungsspektrum Sunny Island SI 2012 SI 2224 SI 3324 SI 4248 SI 5048 MC-Box-6 MC-Box-12 MC-Box-36 3,6 3,8 5,0 7,0 8, kw 1min. AC-Leistung bei 25 ºC 2,7 2,9 4,2 5,4 6, kw 30min. AC-Leistung bei 25 ºC 2,0 2,2 3,3 4,2 5, kw AC-Dauerleistung bei 25 ºC 16
17 Dreiphasige Sunny Island Systeme SI 2012 SI 2224 SI 5048 MC-Box-6 MC-Box-12 MC-Box-36 3,6 3,8 8, kw 1min. AC-Leistung bei 25 ºC 2,7 2,9 6, kw 30min. AC-Leistung bei 25 ºC 2,0 2,2 5, kw AC-Dauerleistung bei 25 ºC 17
18 AC Verteilung mit Multicluster-Box PV-Module Sunny Mini Central PV-Hauptverteiler (nicht Lieferbestandteil) Generator Generatorschütz Lastabwurfschütz Verbraucher Sunny Island -Schütz Multicluster-Box (AC-Hauptverteiler) Batterie Batterie Sunny Island 5048 Sunny Island
19 DC-Verteilung mit BatFuse > Die BatFuse sichert als externe DC-Sicherung die Batterieanschlussleitungen und ermöglicht das DC- Freischalten (ohne Last) 19
20 Verdrahtung Multiclusterbox 20
21 Batterie im PV Hybridsystem > Die Batterie soll die Ungleichzeitigkeit von Energieangebot und Energieverbrauch ausgleichen > Jedes Sunny Island System benötigt eine Batterie > Im Inselsystem ist die Bleibatterie als elektrischer Speicher am weitesten verbreitet Batterie Sunny Island 21
22 PV Hybridsysteme ohne Batterien Solar-Diesel-Hybrid-Lösungen SUNNY CENTRAL > Industrielle Verbraucher in entlegenen Gebieten werden heute überwiegend mit Strom aus Dieselaggregaten versorgt. PV -MODUL SUNNY BOY KONTROLLEINHEIT DIESELAGGREGAT > Durch intelligente Systemtechnik lässt sich PV hervorragend in Dieselnetze integrieren. > Solar-Diesel-Hybrid-Systeme produzieren Strom deutlich günstiger und effektiver als Verbrennungsaggregate. 22
23 Beispiel 1 für Sunny Island Hybridsystem > Dorfstromversorgung Long Bedian (Malaysia) > Systemleistung 220KW > installierte PV Leistung 198KWp > Batteriekapazität Ah 23
24 Beispiel 2 für Sunny Island Hybridsystem > Dorfstromversorgung Reao Island (franz. Polinesien) > Systemleistung 190KW > installierte PV Leistung 140KWp > Batteriekapazität Ah 24
25 Gliederung 1 2 Einleitung zu SMA SMA Hybrid-Systeme 3 3 Kostenanalyse 4 5 Optimierung eines Systems Vergleich mit Dieselsystemen 6 Zusammenfassung 25
26 Dimensionierung Batteriewechselrichter PV Generator Batteriegröße Dieselgenerator 26
27 Bestimmung der Verbraucherleistung anhand Jahresenergieverbrauch 27
28 Simulationen mit dem SMA Off-Grid Configurator 28
29 Simulationen mit dem SMA Off-Grid Configurator > Verwendung Standard-Lastprofile > Ermittlung des Dieselkraftstoff-Verbrauchs 29
30 Kostenanalyse Total Cost of Ownership / LCOE Acquisition Continuous Costs Replacements PV Modules Module Mounting PV Inverters DC Cabling PV PV Module Cleaning Inverter Maintenance Diesel Gen Maintenance Batteries Diesel Gen Set Batteries Battery Fuses Battery Inverters DC Cabling Batteries Fuel Consumption (incl. Increase) Diesel Gen Set MC Box AC Cabling Transport Installation 30
31 Kostenanalyse Beispiel für ein System mit kwh, Auslegungs-Deckungsanteil 80%, Autonomiezeit 2 Tage TCO Analyse Kostenanteile ,7% 2,4% ,1% 8,6% 3,4% ,3% 24,3% ,6% ,2% 2,8% t / a > Größte Kostenanteile Dieselkraftstoff und Batterien > Geringer Anteil PV Module in dieser Konfiguration 31
32 Einflussfaktoren Location Load Annual Allocation Irradiation Peak Load Load Profile PV Size Battery Size Module Type LCOE Battery Type Module Price CapEx OpEx Battery Price PV-inverter Price Batt-inverter Price Module Tilt Genset Type Genset Price Fuel Price Maintenance Lifetime 32
33 Einflussfaktoren mit Gewichtung Location Load Annual Allocation Irradiation Peak Load Load Profile PV Size Battery Size Module Type LCOE Battery Type Module Price CapEx OpEx Battery Price PV-inverter Price Batt-inverter Price Module Tilt Genset Type Genset Price Fuel Price Maintenance Lifetime > Optimierung auf Stromgestehungskosten (LCOE) > Größter Einfluss durch PV Modul-/Batterie-/Diesel-Preis sowie solare Einstrahlung 33
34 Einflussfaktoren Location Load Annual Allocation Irradiation Peak Load Load Profile PV Size Battery Size Module Type LCOE Battery Type Module Price CapEx OpEx Battery Price PV-inverter Price Batt-inverter Price Module Tilt Genset Type Genset Price Fuel Price Maintenance Lifetime > Optimierung auf Investitionskosten (CapEx) > Größter Einfluss durch PV-/Batterie-Größe sowie solare Einstrahlung > Geringerer Einfluss durch Diesel-Preis und PV Modul-Preis 34
35 Gliederung Einleitung zu SMA SMA Hybrid-Systeme Kostenanalyse 4 4 Optimierung eines eines Systems Systems 5 Vergleich mit Dieselsystemen 6 Zusammenfassung 35
36 Beispiel einer Optimierung Mittelgroßes Minigrid für kwh/a, Standort Türkei ,00 1, ,00 1, ,00 0, , ,00 0,60 0,40 CapEx OpEx LCOE ,00 0,20 0, Auslegungs-Deckungsanteil PV [%] 0,00 36
37 LCOE / /kwh Variation Größe, Standort Türkei 1,50 1,40 1,30 1,20 1,10 1,00 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 Small Medium Large Auslegungs-Deckungsanteil PV / % > Small: kwh/a > Medium: kwh/a > Large: kwh/a 37
38 LCOE / /kwh Optimierung Betriebsführung, Standort Türkei 1,50 1,40 1,30 1,20 1,10 1,00 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 Small Small (Optimised) Medium Medium (Optimised) Large Large (Optimised) Auslgeungs-Deckungsanteil PV / % > Optimierung durch Betriebsführung Generator und Batteriegröße > An optimalen Standorten LCOE im Bereich 0,40-0,50 /kwh erreichbar > Bei geringeren Dieselkraftstoff- und Batterie-Preisen LCOE bis 0,30 /kwh denkbar 38
39 P / W SOC P / W SOC Optimierung Dieselgenerator-Startzeiten :00 6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 t / h PV max PV use Diesel SOC 0 0,00% 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 t / h PV max PV use Diesel SOC 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 80,00% 70,00% 60,00% 50,00% 40,00% 30,00% 20,00% 10,00% 39
40 Gliederung Einleitung zu SMA SMA Hybrid-Systeme Kostenanalyse Optimierung eines Systems 5 5 Vergleich mit mit Dieselsystemen 6 Zusammenfassung 40
41 LCOE / /kwh Vergleich 24/7 Dieselgenerator und PV Hybrid Türkei 1,80 1,60 1,40 1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00 PV Hybrid Diesel - 30min load Diesel - 30min load * Jährlicher Energieverbrauch / kwh > Kleine Dieselgeneratorsysteme sehr teuer wegen hohem Leerlaufverbrauch und notwendiger Überdimensionierung > Hybridsysteme im kleineren Leistungsbereich auch an schlechten Standorten konkurrenzfähig > Größere Systeme auch ohne Batterie möglich 41
42 0:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 Pow er [k W ] Beispiel eines PV Hybridsystems ohne Batterien > Inselsystem > Peak power: 1000 kw > 3 x 400 kw Diesel > Irradiation: 1998 kwh/m² a > Location: Antalya (Average sunbelt country) > Diesel Retail Price (est. Dec 2011): 1,30 $/L % Diesel PV GEN1 GEN2 GEN3 Last Time 42
43 00:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 Pow er [k W ] Beispiel eines PV Hybridsystems ohne Batterien > Reines PV System ohne Batterien reduziert die LCOE eines großen Dieselsystems in jedem Fall O ptimum PV PV GEN1 GEN2 GEN3 Last Time Assumptions Diesel price of 130 US ct/l disregarding Maintenance costs LCOE for PV based on study from the EPIA for the Sunbelt countries 43
44 Gliederung Einleitung zu SMA SMA Hybrid-Systeme Kostenanalyse Optimierung eines Systems Vergleich mit Dieselsystemen 6 6 Zusammenfassung 44
45 Zusammenfassung > Realisierung von PV Hybridsystemen mit Multicluster-Technologie von SMA > Aktuelle Rahmenbedingungen: geringere PV Modulpreise, hohe Batteriekosten > Daher: keine Erhöhung der Stromgestehungskosten durch höhere PV Anteile > Gute Standorte und kleinere Systeme (<100 kw) mit Batterien heute flächendeckend wirtschaftlich > Systeme ohne Batterien auch in großen Systemen heute flächendeckend wirtschaftlich 45
46 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 46
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