Gebäude als Kraftwerke die Basis einer solaren Energiewirtschaft

Transkript

1 Gebäude als Kraftwerke die Basis einer solaren Energiewirtschaft KPH Strebersdorf Hubert Fechner 7.März 2012

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3 Wirtschaften auf einem endlichen Planeten

4 Ausbildung zum Photovoltaiktechniker und -planer

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6 Eine kurze Geschichte der Energieaufbringung DEZENTRALE Anfänge: Holz, Muskel und tierische Kraft jahrtausendelang als Hauptenergiequelle Wind- und Wasserräder ZENTRALISIERUNG ab ~ 1800: Kohle leitet die Industrialisierung ein (James Watt, ~ 1790) Erdöl als der einfach zu fördernde Primärenergieträger (Rockefeller ab ca. 1860) Erdgas als Begleiter Mobilität und Energie

7 Wo wird Energie eingesetzt Elektrochemie 1,1% Fahrzeuge 25,0% Prozeßwärme 21,2% 39,6 % Sonstige Verbraucher 26,7 % Industrie 9,2 % Haushalte 64,1 % Mech. Arbeit 10,0% Energieverbrauch: TJ Licht, EDV 3,1% Raumwärme, Warmwasser Mobilität und Energie

8 Großtechnische, zentralisierte Energiewirtschaft - ein Zwischenspiel? Zentralisierte Energiewirtschaft Mobilität und Energie

9 Heute sind die Gebäude für 40% des europäischen Gesamt-Energiebedarfes verantwortlich

10 Inhalt Definition Plusenergie-Gebäude Technologien zur Erreichung eines +Energiegebäudes Fokus: Solarenergie PV Thermisch PVT Stand der Umsetzung und Perspektiven Wie geht s den Stromnetzen mit den Plus- Energiegebäuden? Schlussfolgerungen

11 Energiekennzahl - Kennzahl für thermische Qualität der Gebäudehülle: Sie sagt aus, wie viel Energie man pro Quadratmeter Fläche im Jahr benötigt und wird in kwh/m².a angegeben. Plattenbau (50er bis 70er Jahre) Passivhaus-Siedlung (nach 2005) Energiekennzahl: kwh pro m² und Jahr Energiekennzahl: 15 kwh pro m² und Jahr

12 Ausbildung zum zertifizierten Solarwärmeinstallateur und planer Jenni Solarhaus Erstes Haus, das seinen Wärmeund Strombedarf zu 100% mit der Sonne decken konnte.

13 Welche Energietechniken? Solar-aktiv Thermisch Wasser: Heizung/WW Luft: Kühlung/Heizung Photovoltaisch PVT Hybridkollektoren Solar Passiv Wärmerückgewinnung Umweltwärme Wärmepumpen, Erdkollektoren,

14 Nächster Schritt: Das Plusenergiehaus Gebäude, die Kraftwerke von morgen

15 Definition Beim Plusenergiehaus handelt es sich um ein Gebäude auf höchstem Passivhaus-Standard, das rein rechnerisch mehr Energie gewinnt, als es verbraucht. Dazu ist es mit zahlreichen Photovoltaikzellen zur solaren Stromerzeugung ausgestattet, weitere Anlagen sind Solarkollektoren, Wärmerückgewinnung, evtl. Erdwärmeübertrager.

16 Plusenergiehaus: Im Jahresdurchschnitt wird mehr Energie an der Hülle erzeugt, als im Inneren gebraucht wird. Wichtigste Komponenten: - Wärmedämmung - Fenster (3-fach) - Lüftung (mit WRG) - Solaranlagen (thermisch und photovoltaisch)

17 Solare Potentiale

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19 Solarstrahlung in Österreich Vergleich: Jahresstrombedarf einer 4 Personen Familie in Österreich: ca kwh

20 Solare The solar Ressourcen resource Global Ref. ISET / Czisch

21 Technologien

22 Solarthermisches System zur Warmwasserbereitung/RH Unterstützung Einfamilienhaus: Standard-Solar WW (6 m², 300 l, nach Förderung): Einfamilienhaus: Solar Heizung (15 m², 1000 l, nach Förderung): Angaben nach Jänner 2011

23 Solarthermie Technologiestatus Technologie weitgehend ausgereift Maximaler Wirkungsgrad der Kollektoren: >80% Lebensdauer > 25 Jahre Geringes Kostensenkungspotential Grundsätzlich nur additive Energieversorgung (d.h. Backup ist erforderlich) Typische Anlagendimensionierung: 75-80% der jährlichen Warmwasserbereitung, 20-50% der Raumheizung Solarspeicher (Wärmespeicher) weiter nur auf der Basis von Wasser

24 Auch im Wärmebereich kann ein Plus erreicht werden jedoch finden sich nicht immer Abnehmer dafür Positivbeispiel: Solarsiedlung Steinfurt-Borghorst 42 Wohneinheiten 1500m³ Kies/Wasserspeicher 510m² Kollektor 550 kw Gas-Brennwertkessel Solarer Deckungsgrad 34%

25 Solare LUFT Systeme Bei der solaren Wärmenutzung kann der Wärmeträger Wasser sein (übliche Variante) oder auch Luft. Beispiel: Solarer Luftkollektor

26 Hybrid Kollektoren thermisch/elektrisch PVT

27 PHOTOVOLTAIK die zentrale Solartechnologie im Gebäude The Solar Battery (Photovoltaics) Bell Lab Engineer, New Jersey

28 Planned in 1997: Smaller contributions are foreseen from Photovoltaics (3 GW) Realität: Photovoltaik in EU-27 Ende 2010: 29.3 GW (geschätzte ca. 50 GW Ende 2011) Photovoltaik neu in 2010: 13.0 GW (geschätzte ca. 21 GW in 2011) Schätzungen lt. EPIA Bericht vom

29 Photovoltaik Weltmarkt Österreich neue PV: 2008: 4,6 MW 2009: 20 MW 2010: 42 MW 2011: > 120 MW (expct.) China APEC Rest of World North America Japan EU Quelle: EPIA

30 Photovoltaik 2011: Steigerung von 12 auf 21GW! Neue Stromerzeugungskapazitäten in Europa 2010 Quelle: European Wind Energy Association

31 Photovoltaik Enorm ambitionierte weitere Szenarien: IEA Roadmap: ver15-fachung bis 2020 EPIA: 12% des EU Stromes bis 2020

32 Photovoltaik Technologiestatus Zellenwirkungsgrade: max. 20% (43% im Labor, theoretisch möglich > 60%) Lebensdauer: > 25 Jahre, Leistungsgarantie auf 20 Jahre (80% der Nennleistung) Energetische Amortisation: 0,9 3,5 Jahre

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34 Photovoltaik im Lauf der Zeit Photovoltaik Weltmarkt: 68 MW MW Kumulierte PV Leistung in Österreich: 525 kw (2/3 Inselsysteme, 1/3 Netzgekoppelt) Kumulierte PV Leistung in Österreich: kw Kosten pro kwh in Österreich: ca. 14 Schilling (~ 1 ) Ca. 0,25 0,3

35 Photovoltaik Kostendegression

36 Solarstromanlagen seit 2006 um ca. 50% billiger

37 Solarthermie versus Photovoltaik Wirkungsgrade max. 85% ~ 4,5 Mio. m² in A gesamt ca m²/a neu A internationaler Marktführer 1 m² in A: kwh/a Kostentendenz eher stabil Niedertemperaturwärme Wirkungsgrade ~ 20% ~ 0,7 Mio. m² in A gesamt ca m²/a neu A im hinteren Mittelfeld 1 m² in A: kwh/a Kostentendenz fallend Strom Schlussfolgerung: Solarwärme für Anwendungszweck Warmwasser und Heizung einsetzen, (da System Wirkungsgrade höher sind als bei der Photovoltaik) Amortisationszeiten: ~ 5 15 und mehr Jahre

38 Was kann Gebäudeintegration sein? Dachintegration Fassaden Balkone, Parapete Sonnenschutz Atrien, Scheds, semitransparente Elemente

39 Solarthermie DI Hubert Fechner

40 ENERGYbase, Wien 21 - Passivhausstandard - Effiziente Energiesysteme - Innovative Bautechnik - Solar - Thermal - Photovoltaik - Cooling - Wärmepumpentechnologie Bachelor und Master Erneuerbare Urbane Energie Standort für über 300 Studenten und Experten in EE

41 Energybase Wien 21

42 Kosten gebäudeintegrierter Photovoltaik Quelle: Überblick über Solarfassadentechnologien, M. Kirschner HEI Eco Technology GmbH, Wien, Vortrag am Foto: Power Tower, Energie AG, Linz, 66 kwp

43 Energie Plus und das Stromnetz

44 Plus Energie ist nicht gleich Plus Leistung Der Tages Verlauf der Erzeugung durch Sonne am Dach entspricht nicht dem Verlauf des Tages Bedarfes im Haus HH Stromprofil Werktag > Mangel am Abend Überfluss zu Mittag > SPEICHERUNG

45 Jahresverlauf 7,0 Strahlung [kwh/d] 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 Sonnblick Salzburg Graz Langjährige Monatsmittelwerte der täglichen Einstrahlung (globale Strahlung auf eine horizontale Fläche in kwh/m²d) 1,0 0,0 Jan. Feb. Mär. Apr. Mai Juni Juli Aug. Sept. Okt. Nov. Dez. Monat An einem schönen Jänner-Tag wird durch die Solar-Anlage etwa 1/6 dessen erzeugt, was an einem schönen Juli Tag erzielt werden kann. > Mangel im Winter Überfluss im Sommer > SPEICHERUNG

46 Vorranging ist das Stromnetz der Speicher Ist das aber ein endloser Speicher der PLUS Energie? Bei Einspeisung ins Niederspannungsnetz kommt es zu Spannungsanhebung Die Spannungshöhe im Verteilnetz muss immer innerhalb den in den Normen festgelegten Bereichen liegen. (EN 50160)

47 Energiespeicher Wasserspeicher Batteriespeicher Druckluftspeicher Wasserstoff (Elektrolyse, ) Solarwärmespeicher Gebäudespeichermassen,

48 Wenn Ökostrom in hoher Dichte anfällt Aktuelles Beispiel: Deutschland Strom (2011): Maximale Last: Minimale Last: PV installiert: Wind installiert: 80 GW 40 GW > 27 GW ~ 35 GW

49 16.Juli Uhr MW Strombedarf (in Deutschland): MW Photovoltaik MW Wind MW konventionelle KW s Steinkohle und Gaskraftwerke wurden abgeschaltet, nur mehr Grundlastkraftwerke in Betrieb. Ab ca. 2020?: an sonnigen Tagen übernehmen die auf den Gebäuden installierten Solaranlagen in den Tagesstunden die gesamte Erzeugung. Die anderen Kraftwerke werden ihre Einsatzzeiten massiv verringern bzw. bei guter Entwicklung der Speicher evtl. mehr und mehr unnötig werden.

50 Die Zukunft

51 Projekt Sun Power City Testgebiet Aspern Seestadt Baufeld J9 Wohnbau Bauklasse IV Baufeld J10 Bürobau Bauklasse IV Projekt analysiert Möglichkeiten eines voll-solaren Stadtteiles Energie für Strom und Wärme (über WP) aus Photovoltaik Projekt im Rahmen von Neue Energien 2020, Projektleitung: Tatwort

52 Seite 52 Sun Power City: Energie Bilanz nach Gebäudetypen Best Case Worst Case Gebäudetyp Best Case Worst Case Gesamtdeckung % Gesamtdeckung % Supermarkt Wohngebäude (6 Geschosse) 218 % 112 % 134 % 82 % Büro (6 Geschosse) 90 % 56 %

53 Platz auf Österreichs Dächern? Photovoltaik: Etwa 30 TWh könnten auf den geeigneten Dächern und Fassaden gewonnen werden. (IEA PVPS Task 7) Zum Vergleich: Gesamtstrombedarf Österreichs: ca. 70 TWh Solarpotentialkataster Wien

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55 Kiyomino Saizo Japan

56 Cybertecture- Egg James Law