Solarstrom auf meinem Dach: Wie geht das? Lohnt sich das?

Transkript

1 Solarstrom auf meinem Dach: Wie geht das? Lohnt sich das? Prof. Konrad Mertens Labor für Optoelektronik und Sensorik, Photovoltaik-Prüflabor Fachbereich Elektrotechnik und Informatik Fachhochschule Münster Folie 1 Gliederung: 1. Einführung zur Photovoltaik 2. Markt- und Preisentwicklung 3. Wirtschaftlichkeit von konkreten Anlagenbeispielen 4. Wozu Speicherung von Solarstrom? 5. Kleinstanlagen 6. Fazit Folie 2

2 Zur Person Seit 1992 im Solarenergie-Förderverein Aachen: Vorführung: Schweißen mit Solarenergie Folie 3 Zur Person Vorführung: Betrieb von Geräten mit Solarenergie (Halle, 1990) Wo ist die versteckte Batterie? Bohrmaschine Toaster Radio Küchenmaschine Solarmodule Folie 4

3 Zur Person Einsatz für kostendeckende Vergütung Folie 5 Zur Person Mitarbeit am Solarbrief Folie 6

4 Zur Person 1996: Bau einer eigenen Photovoltaikanlage (2 kw) Folie 7 Zur Person Studium und Promotion (Elektrotechnik) 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 8

5 Photovoltaik Prüflabor Solarmodul-Leistungsmessung unter Standardtestbedingungen Xenon Blitzlampe Elektronische Last Referenzzelle Reihenuntersuchungen für Hersteller und Importierer Erstellung von Gutachten in Gerichtsverfahren (Garantie etc.) Folie 9 Photovoltaik Prüflabor Vor-Ort-Untersuchung von Anlagen Leistungsmessung: Gemessene Kurve Erwartete Kurve Thermographie: Folie 10

6 Photovoltaik Prüflabor Elektrolumineszenz-Untersuchung zur Detektion von Modulfehlern Bestromung eines Strings: Erkennung von Modulfehlern: Foto: M. Diehl Foto: M. Diehl Folie 11 Photovoltaik Prüflabor Simulation von PV-Anlagen z.b. Kreishaus in Steinfurt: Folie 12

7 1. Einführung zur Photovoltaik Folie 13 Prinzipieller Aufbau einer klassischen Photovoltaikanlage: Solarzelle Solarmodul Folie 14

8 Wirkungsgrad von Solarmodulen: Optische Leistung Zelle Elektrische Leistung Modul Elektrische Leistung P Optische Leistung P Elektrisch Optisch z.b. Wirkungsgrad Modul = 17,5 % Was heißt das? Bei voller Sonneneinstrahlung (1000 W/m 2 ) bringt ein Solarmodul (Fläche 1,6 m 2, Wirkungsgrad 17,5 %) eine maximale Leistung (Peakleistung) von: Modul: Watt PModul m ,6 m 17,5 % 280 Watt 2 P Peak Ganze Anlage: z.b. 18 Module: PAnlage WattP 5,04 kwp 5 kwp Merke: z.b. knapp 30 Quadratmeter reichen für eine 5 kwp Anlage! Folie 15 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: 835 kwh/kwp b) Anlage Steinfurt Baujahr: 2008 Leistung: 25 kw Ausrichtung: Süd Neigung: 25 moderne Technik Ertrag in kwh/kwp Jahr Durchschnittlicher Ertrag: 1000 kwh/kwp 900 kwh/kwp sind im Münsterland ohne Weiteres machbar! Folie 16

9 Ertragsabhängigkeit von der Dachausrichtung z.b. Westdach mit 30 Grad Neigung: 17 % Minderung (entspricht Ertrag von rund 755 kwh/kwp Folie 17 Ertragsabhängigkeit von der Dachausrichtung (Norddach) z.b. Nordostdach mit 30 Grad Neigung: 31 % Minderung (entspricht Ertrag von rund 621 kwh/kwp) Folie 18

10 2. Markt- und Preisentwicklung Folie 19 Ausbau der Photovoltaik in Deutschland Installierte Leistung in GWp: Zielkorridor Inzwischen sind rund 43 GWp installiert Jährlicher Zubau zwischenzeitlich bei ca. 7 GWp/Jahr Aktuell nur geringer Zubau trotz Zielzahl von 2,5 GWp/Jahr Folie 20

11 Weltweites Wachstum der Photovoltaik Bislang weltweit installierte Leistung in GWp: Wachstumsraten über 40 % 2017: rund 100 GWp zusätzlich installiert! Europa spielt aktuell kaum noch eine Rolle Folie 21 Stromerzeugung durch erneuerbare Energien in Deutschland Stromerzeugung in Mrd. kwh Aktueller Status (2018): Anteil der erneuerbaren Energien am Nettostrombedarf: 38 % Anteil der Photovoltaik am Nettostrombedarf: 7 % Folie 22

12 Preisentwicklung: Modulpreise seit 1980: Reduzierung von 27 Euro/Wp auf unter 40 Cent/Wp! Folie 23 Preisentwicklung: Entwicklung der Einspeisevergütung seit 2004: Photovoltaikstrom ist inzwischen günstiger als Biomasse und Offshore-Windkraft! Aktuelle Ausschreibung von Freiflächenanlagen: Betreiber bieten 4,5 Ct/kWh! Folie 24

13 Preisentwicklung: Einspeisevergütung und Strompreis Eigenverbrauch lohnt sich! Folie Wirtschaftlichkeit von konkreten Anlagenbeispielen Folie 26

14 Beispiel A: 5 kwp-anlage ohne Eigenverbrauch Solarmodule Folie 27 Beispiel A: 5 kwp-anlage ohne Eigenverbrauch (Nettopreise) Investitionskosten: Stromertrag pro kwp: z.b Euro (entspricht Euro/kWp) 900 kwh/jahr Einnahmen: 12 ct/kwh x 900 kwh/jahr x 5 = 540 Euro/Jahr Laufende jährliche Kosten: 1,5 % der Investitionskosten: 112,50 Euro/Jahr Ausgaben: 112,50 Euro/Jahr Überschuss: ( ,50) Euro/Jahr = 427,50 Euro/Jahr Amortisationszeit: Euro / 427,50 Euro/Jahr = 17,5 Jahre Rendite: = 1,3 % nicht herausragend! Was kann man tun, um die Rendite zu verbessern? Folie 28

15 Beispiel B: 5 kwp-anlage mit Eigenverbrauch Solarmodule Folie 29 Beispiel B: 5 kwp-anlage mit Eigenverbrauch z.b. 1/3 des erzeugten Stroms wird selbst verbraucht: Tarifstrom kostet z.b. mittlere Vergütung : 28 ct/kwh 2/3 12 ct/kwh + 1/3 28 ct/kwh = 17,33 ct/kwh Neue Rechnung: Einnahmen: 779,85 Euro/Jahr Überschuss: (779,85 112,50) Euro/Jahr = 667,35 Euro/Jahr Amortisationszeit: Euro / 667,35 Euro/Jahr = 11,2 Jahre Rendite: = 6,3 % Rendite ist deutlich verbessert! Folie 30

16 Aber: es gibt Sigmar Gabriels Sonnensteuer! Pflichtabgabe auf selbst genutzten Solarstrom (ab 10 kwp): 2,8 ct/kwh Tarifstrom kostet z.b. mittlere Vergütung : 28 ct/kwh 2/3 12 ct/kwh + 1/3 (28 2,8) ct/kwh = 16,4 ct/kwh Neue Rechnung: Einnahmen: 738 Euro/Jahr Überschuss: ( ,50) Euro/Jahr = 625,50 Euro/Jahr Amortisationszeit: Euro / 625,50 Euro/Jahr = 12,0 Jahre Rendite: = 5,5 % Rendite etwas verschlechtert Einflussgrößen auf die Rendite: Preis der Anlage (z.b statt Euro/kWp) Konkreter eigener Stromtarif Eigenverbrauchsanteil Folie 31 Konkrete Empfehlungen bei Planung und Kauf einer PV-Anlage: Dacheignung prüfen (steht ggf. Sanierung an?) Installierbare PV-Leistung abschätzen Verschiedene Varianten durchrechnen lassen Mehrere Angebote einholen! Geeignete Solaranlage installieren Folie 32

17 Welche Art von Modulen? multikristallin: monokristallin: Bilder: Solarwatt Wirkungsgrad: bis 18 % Wirkungsgrad: bis 22 % Folie 33 Ebenfalls zu überlegen: Gibt es Energieeinsparpotential? (z.b. Beleuchtung) Macht ggf. Wärmeerzeugung mit Strom Sinn? (Brauchwasser oder Heizung) Folie 34

18 Eigenverbrauchserhöhung durch Wärmeproduktion: Mit Heizstab Folie 35 Eigenverbrauchserhöhung durch Wärmeproduktion: Mit Wärmepumpe Quelle: Folie 36

19 4. Wozu Speicherung von Solarstrom? Folie 37 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

20 Aktuelle Situation: Lithium-Ionen-Speicher haben sich praktisch durchgesetzt ggü. Bleispeichern Quelle: DGS Zusatzfeatures: z.b. Notstromfunktion, Anbindung an Elektroauto, etc. Folie 39 Aktuelle Situation: Folie 40

21 Aktuelle Situation: Bislang wurden in Deutschland ca Heimspeicher installiert 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 Folie 41 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 42

22 Intelligentes System zur Erhöhung des Eigenverbrauchs: Bildquelle: SMA Wechselrichter mit Speicher Energiemanagement-System Elektroauto Internet Funkverbindung Wechselstrom Gleichstrom LAN Warmwasser- Speicher Brauchwasser- Wärmepumpe Mikro-BHKW Folie 43 Speicher-Förderprogramm (KFW): Bedingung für Förderung: Nie mehr als die halbe Spitzenleistung einspeisen! Folie 44

23 Speicher-Förderprogramm (KFW): Folie 45 Speicherauslegung mit pv-now-easy: Fall A: ohne Speicher: Fall B: mit Speicher: Folie 46

24 5. Kleinstanlagen Folie 47 Guerilla-Photovoltaik: Kleinstanlage aus ein oder zwei Modulen Im Garten An der Garage Als Fensterladen An der Hauswand Fotos: DGS, Markus Vietzke Folie 48

25 DGS SolarRebell: Komplettpaket: Solarmodul (250 Wp) Miniwechselrichter Unterkonstruktion Zubehör Preis: 500 Euro (brutto) Anschlussbedingungen sind aktuell in der Normung Ziel: Modulstecker direkt in (spezielle) Steckdose stecken dürfen Folie 49 Die Dächer müssen genutzt werden: Es ist noch genug Platz Beispiel Ladbergen Suchmaschine: Solarkataster Kreis Steinfurt Folie 50

26 Nutzt die Dächer auch für das Elektroauto Folie 51 Nutzt die Dächer auch für das Elektroauto Folie 52

27 Wie man es nicht machen sollte: Foto: Frank Neuhaus Folie 53 Gewöhnungsbedürftig Foto: Bildarchiv Bayerisches Landesamt für Denkmalpflege, München; Fotograf: Joachim Gattenlöhner, Kitzingen Folie 54

28 So bekommt man einen hohen Eigenverbrauchsanteil Folie 55 Wie man es nicht machen sollte: Foto: Jörg Philipp Folie 56

29 Wie man es nicht machen sollte: Bild: photon-pictures.com Folie 57 Wie man es nicht machen sollte: Foto: Jörg Philipp Folie 58

30 6. Fazit Folie 59 Fazit Solarstrom ist inzwischen günstiger als Biomasse- und Offshore-Windkraft Die Einspeisevergütung reicht bei aktuellen Anlagenpreisen so gerade für einen auskömmlichen Betrieb Durch Eigenverbrauch ist die Rendite dennoch akzeptabel bis sehr gut Speicher rechnen sich im Moment i.a. noch nicht, werden aber immer günstiger Die Elektromobilität wird den weiteren Ausbau der Photovoltaik beschleunigen Macht die Dächer voll, woher soll der Strom denn sonst kommen??? Photovoltaik verstehen? Folie 60