Photovoltaik Strom aus der Sonne

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1 Photovoltaik Strom aus der Sonne Planung, Aufbau und Betrieb einer eigenen Photovoltaikanlage oder Wie wird man zu einem Kapitalisten in der EE Sven Löchner

2 Agenda Motivation Kurzer Überblick Photovoltaik Planung Aufbau Betrieb Zusammenfassung Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 2

3 Agenda Motivation Kurzer Überblick Photovoltaik Planung Aufbau Betrieb Zusammenfassung Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 3

4 Motivation Persönliches Interesse an Erneuerbaren Energien Interesse an der technischen Umsetzung Sammeln von Erfahrungen mit dem Betrieb einer eigenen Photovoltaikanlage Warum die Anlage selbst planen und aufbauen? Kontrolle über das Geschehen Differenzierte Betrachtung der Experteninformationen Kosteneinsparung Spaß an der Planung von Projekten Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 4

5 Agenda Motivation Kurzer Überblick Photovoltaik Planung Aufbau Betrieb Zusammenfassung Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 5

6 Geschichte der Photovoltaik 1839: Bequerel erfindet die Solarzelle Entdeckte bei der Beleuchtung einer Elektrolytzelle, dass eine elektrische Spannung entstand Erstmals ein direkter Zusammenhang zwischen Licht und Elektrizität Konnte jedoch den Effekt nicht erklären noch 23 Jahre: Licht eine elektromagnetische Welle noch 58 Jahre: Entdeckung des Elektrons noch 66 Jahre: Albert Einstein und der Photoeffekt noch 89 Jahre: Erklärung eines Halbleiters Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 6

7 Geschichte der Photovoltaik 1877: erste Solarzelle aus Selen 1951: erste kristalline Solarzelle aus Germanium 1958: erster Satellit mit Solarzellenversorung 1963: erstes Modul mit Si-Solarzellen von Sharp 1976: Erfindung der amorphen Si-Solarzelle 1982: erstes 1 MWp PV-Kraftwerk (USA) 1985: erste Si-Solarzelle mit 20% Wirkungsgrad Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 7

8 Geschichte der Photovoltaik : 1000 Dächer Förderprogramm 1991: Stromeinspeisegesetz : Dächer Förderprogramm, EEG ersetzt das Stromeinspeisegesetz 2004: Überarbeitung des EEG, höhere Vergütung für Biomasse und Solarstrom löst in diesen Bereichen ein Boom aus 2009: erneute Überarbeitung des EEG, stärkere Reduzierung der Einspeisevergütung, Förderung von Eigenverbrauch Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 8

9 Typen von Solarzellen Monokristalline Solarzelle Hohe Effizienz (bis zu 20%) Gleichmäßig glatte Oberfläche Herstellung aus Halbleitersilicium ( extrem teuer) Polykristalline Solarzelle Gute Effizienz (16-19%) Unregelmäßige Oberfläche (einzelne Kristalle gut zu erkennen) z.b. Si schmelzen, Gießverfahren ( mittlere Kosten) Am weitesten verbreiteter Einsatz Amorphe Solarzelle Geringe Effizienz (6-10%), dafür schon bei geringer Beleuchtungsleistung Abscheiden z.b. auf Glas, 1µm dünne, nichtkristalline Si-Schicht ( sehr preiswert) Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 9

10 Modularten Monokristallin Polykristallin String-Ribbon Zellen Polykristallin Dünnschicht mit Struktur opak Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 10

11 Vergleich Modularten Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 11

12 Prinzip einer Solarzelle Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 12

13 Typisches Herstellung Polykristallines Silizium Tigelziehprozeß Siebdruck Solarzelle Besäumen Scheiben sägen Phosphor Diffusion Verketten Laminieren Rahmung Solarmodul Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 13

14 Agenda Motivation Kurzer Überblick Photovoltaik Planung Aufbau Betrieb Zusammenfassung Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 14

15 Erneuerbare Energie Gesetz Abnahme- und Übertragungspflicht Vergütungspflicht Netzbetreiber sind verpflichtet Strom aus Erneuerbaren Energien abzunehmen und zu vergüten. Gemeinsame Vorschriften für Übernahme, Übertragung und Vergütung Vergütungsdauer: 20 Jahre (zzgl. 1. Betriebsjahr) Es gilt die Einspeisevergütung ab Zeitpunkt der Inbetriebnahme für 20 Jahre Die Einspeisevergütung ist fix über die Gesamtdauer der Vergütung Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 15

16 Vergütung für PV-Anlagen Inbetriebnahme 2009 Installation auf Dächern oder an Lärmschutzwänden bis 30 kwp 43,01 Ct./kWh kwp 40,91 Ct./kWh kwp 39,58 Ct./kWh über 1000 kwp 33,00 Ct./kWh Bei Selbstnutzung des Stroms (bis 30 kwp): 24,48 Ct./kWh Fassadenanlagen (ohne Bodenkontakt) wie Dachanlagen Freiflächenanlagen größenunabhängig: 31,94 Ct./kWh Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 16

17 Vergütung für PV-Anlagen Inbetriebnahme 2010 (bei mehr als 1,5 GWp installierter Leistung in 2009) Installation auf Dächern oder an Lärmschutzwänden bis 30 kwp 39,14 Ct./kWh kwp 37,23 Ct./kWh kwp 35,23 Ct./kWh über 1000 kwp 29,37 Ct./kWh Bei Selbstnutzung des Stroms (bis 30 kwp): 22,76 Ct./kWh Fassadenanlagen (ohne Bodenkontakt) wie Dachanlagen Freiflächenanlagen größenunabhängig: 28,43 Ct./kWh Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 17

18 Baurechtliche Genehmigung Schlichte Genehmigungsfreiheit Gilt für Solarenergieanlagen und Sonnenkollektoren in und an Dachund Außenflächen keine Anzeige oder Bauantrag erforderlich aber materielles Baurecht muss beachtet werden: wie z.b.: PV-Anlage muss sich in die Gegend einfügen Erschließung muss gesichert sein PV-Anlagen müssen standsicher errichtet werden Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 18

19 Pachtvertrag Pachtvertrag mit Grundstücks- oder Gebäudeeigentümer Nutzungsbeschreibung Laufzeit des Pachtvertrages: 20 Jahre + Optionen auf weitere Jahre Eintragung einer Grunddienstbarkeit ins Grundbuch Eigentumsregelung hinsichtlich der PV-Anlage Gewährleistungsregeln für Zustand der Dachflächen Geregeltes Konzept über den Rückbau der Anlage am Ende des Pachtvertrages Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 19

20 Sicherheiten Sorgfältige Planung Verwendung von zertifizierten Komponenten Garantien auf Komponenten: Module: 10 Jahre 90%, 25 Jahre 80% der Anfangsleistung Wechselrichter: ca. 5 Jahre, Erweiterung auf 10 Jahre möglich Sicheres Finanzierungskonzept (Zinssicherheit) Versicherung der PV-Anlage Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 20

21 Schritte bis zur Inbetriebnahme 1. Checkliste, Vor-Ort-Termin, Einspeise-Situation 2. Kostenschätzung und Ertragsprognose (techn. Auslegung, Statik, Modultyp, Verschattung, elektr. Dimensionierung, Leitungsverluste, ) 3. Finanzierungskonzept (KfW, Bausparkasse, Fördermittel) 4. Detailplanung, Zuarbeiten der Unterlagen für Bank 5. Behördenwege (EVU Anmeldung, Bauvorschriften, Prüfung des EEG Status, ) 6. Bau-/Liefervertrag, Bauleistungsversicherung 7. Start Bau / Beginn Zahlungsplan 8. Lieferung Materialien, Aufbau der Anlage, Koordination 9. Inbetriebnahme Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 21

22 Ertragsaussichten Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 22

23 Ertragsaussichten European Commission, Joint Research Centre (JRC) Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 23

24 Verschattungsberechnung z.b. Sombrero (Uni Siegen Fachgebiet Bauphysik & Solarenergie) Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 24

25 Übersicht Komponenten A Module B Wechselrichter C Einspeisezähler D Bezugszähler E öffentliches Netz Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 25

26 Auslegung Wechselrichter z.b. SMA Sunny Design (Firma SMA) Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 26

27 Modul-Verschaltung Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 27

28 Agenda Motivation Kurzer Überblick Photovoltaik Planung Aufbau Betrieb Zusammenfassung Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 28

29 Projekt I (vor Aufbau) angemietetes Dach eines Bürogebäudes (~300 m²) Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 29

30 Projekt I (Vorbereitung Elektrik) Wechselrichter Keller Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 30

31 Projekt I (Lieferung) Montagegestell Solarmodule Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 31

32 Projekt I (Aufbau) Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 32

33 Projekt I (Aufbau) Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 33

34 Projekt II (vor Aufbau) angemietetes Dach eines Vereinsclubhauses (~270 m²) Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 34

35 Projekt II (Vorbereitung) Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 35

36 Projekt II (Aufbau) Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 36

37 Agenda Motivation Kurzer Überblick Photovoltaik Planung Aufbau Betrieb Zusammenfassung Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 37

38 Betrieb Anfahren der Anlage erfolgt vollautomatisch Automatische Mpp-Tracking (Bestimmung des Maximum Power Point) Sofortige Trennung der PV-Anlage vom Netz im Falle eines Spannungsabfalls (z.b. um eine ungewollte Inselbildung zu verhindern) bisher nicht vorgefallen Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 38

39 Betriebsüberwachung Überwachung via SMA WebBox RS485 Schnittstelle zu Wechselrichtern Ethernet-Schnittstelle bis zu 50 überwachte Wechselrichter Speicherung auf SD-Karte (bis zu 2 GB) integrierter Webserver FTP-Push Funktionalität RPC-Schnittstelle automatische Datenübermittelung an zentrale Anlagenüberwachung (SMA Sunny Portal) Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 39

40 Betriebsüberwachung Sunny-Portal Kostenloses Überwachungsportal Frei konfigurierbare Auswertungen Grundlage: alle Daten der Anlage gemittelt über 5 Minuten Eigene Webseite aktuelle Leistungsdaten (via RPC) SMS-Tagesstatusbericht bei Anlagenstörung Ertragsabweichungen Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 40

41 Betriebsdaten Monatserträge für das 1. Jahr 20,20 MWh 975 kw/kwp 4% über dem kalkulierten Betrag Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 41

42 Agenda Motivation Kurzer Überblick Photovoltaik Planung Aufbau Betrieb Zusammenfassung Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 42

43 Zusammenfassung Eigene Planung und Kalkulation der PV-Anlagen Einfache Montage der Anlagen durch Familie, Freunden und Bekannten Deckt den Stromverbrauch von ca. 12 Haushalten (4-köpfiger Haushalt, ca kwh/a) Reduziert ca. 38 t CO 2 /a Eigenleistungen sparten ca. 20% der Kosten Verkürzung der Amortisierungsphase auf ca. 10 Jahren Jährliche Rendite von ca. 5% Die nächste Anlage kommt bestimmt Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 43