Was kann der Solarstrom leisten?

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1 Was kann der Solarstrom leisten? Vortragsreihe ZHAW Energie Apero: , Winterthur Technik 1.5MW Freifläche Singen Prof. Dr. Franz Baumgartner Dozent für erneuerbare Energie Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften ZHAW in Winterthur Zürcher Fachhochschule 1

2 Übersicht Energie global und Strom in der Schweiz Beispiele Solarmodule am Dach Solarmodul Technologien Potential für PV im Gebäude Jobs und Trends Zürcher Fachhochschule; Prof. Dr Franz Baumgartner;

3 Woher bezieht die Schweiz die Energie? Zürcher Fachhochschule; Prof. Dr Franz Baumgartner;

4 Eines der Folgen der CO 2 Emission Zürcher Fachhochschule; Prof. Dr Franz Baumgartner; bauf@zhaw.ch;

5 Stromverbrauch Schweiz Real BIP +1% ; Strom +1.9% Zürcher Fachhochschule; Prof. Dr Franz Baumgartner; bauf@zhaw.ch; Ref: Axpo Stromperspektive 2020, Dat: 2007

6 Stromerzeugung durch die Axpo Schweiz Zürcher Fachhochschule; Prof. Dr Franz Baumgartner; Ref: Axpo Stromperspektive 2020, Dat: 2007

7 Leistungsbreite CO 2 freier Stromerzeugung Zürcher Fachhochschule; Prof. Dr Franz Baumgartner; bauf@zhaw.ch;

8 Was die kann der Solarstrom im Haus leisten? These 1 Die Integration von Photovoltaikmodulen in die Gebäudehülle wurde in den letzten zwei Jahrzehnten auf vielfältige Art realisiert. Mit einer optimalen Dachfläche von 6m x 6m kann der typische Strombedarf von 4000 kwh eines Haushalts gedeckt werden. Zürcher Fachhochschule; Prof. Dr Franz Baumgartner; bauf@zhaw.ch;

9 Photovoltaik Gebäudeintegration Schweiz 16kW/290m2/Schweizer Solarpreis kW/Wohnung /WP voll versorgt /zusätzlich 3700kWhel Zürcher Fachhochschule; Prof. Dr Franz Baumgartner;

10 Energiedach von Solarworld Zürcher Fachhochschule; Prof. Dr Franz Baumgartner;

11 PV-Systemkomponenten und Kosten 4.5 /Wp 0.5 /kwh 10% Planung 10 % Wechselr. Schweiz 2008: PV Komplettanlage SFr pro 1000Wp Flächenbedarf 8 m 2 Standard cr-si ca. 70 Rp/kWh 15 % Montage 65% Module Zürcher Fachhochschule; Prof. Dr Franz Baumgartner; bauf@zhaw.ch;

12 Beispiel: 20 kw Flachdachanlage / Feldkirch Nenn leistung 19.6kW= 112 x 175Wp Sunways MHH180Plus polykr. Wechsel richter 4xSunways 5.02; AC/DC=1 Ertrag 1100h (2003) Inbetrieb nahme Dezember Teilhaber Realisierung durch Feldkirch Zürcher Fachhochschule; Prof. Dr Franz Baumgartner; bauf@zhaw.ch;

13 PV-Fassade 44kW, Tübingen Arena, BRD Zürcher Fachhochschule; Prof. Dr Franz Baumgartner;

14 Ertragsvergleich: Fassade / Dach / Feldkirch 918 h/a Monatsertrag 2001 kwh/kwp Fassade 30 Dach 4.3kW, KC 120-1, WR F.midi Volkschule Nofels, Feldkirch h/a typ. 70% Ertrag einer Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez 4.0kW, KC 110-1, WR F. sunr. Firma Lingenhöle, Feldkirch optimalen Analge PV-Inst. Doku.: PV-Komponenten: Zürcher Fachhochschule; Prof. Dr Franz Baumgartner; bauf@zhaw.ch;

15 Solardachziegel, 18kW, Newtec, FL 36W LKW Liechtensteinische Kraftwerke AG, Schaan Zürcher Fachhochschule; Prof. Dr Franz Baumgartner;

16 PV-Aufdach,13kW/95m 2, Batschuns Rietzler Realisierung durch Feldkirch Zürcher Fachhochschule; Prof. Dr Franz Baumgartner;

17 Der Bauer als Energiewirt, 110kW, CH Zürcher Fachhochschule; Prof. Dr Franz Baumgartner; Béat und Elsbeth Aeberhard; Barberêche FR;110 kwp PV Indachsystem SOLRIF

18 Potential für Bauernhof in Bubikon Potential der 290m2 Dachfläche für die Stromversorgung von 7 Haushalten Zürcher Fachhochschule; Prof. Dr Franz Baumgartner; bauf@zhaw.ch; C. Günter, D. Stump; ZHAW Projekt Bubikon 2008, ErEn2 18

19 Hilti Logistik Nendeln, 70kW, LKW, FL Zürcher Fachhochschule; Prof. Dr Franz Baumgartner;

20 Dachintegration Dünnschicht Module C. Helmke, UNI-SOLAR, Jan 2006 Zürcher Fachhochschule; Prof. Dr Franz Baumgartner;

21 Aufdach, 1 MW, Messe München, BRD PV-Kraftwerk in BRD 1997 Baukosten 7Mio E.ON, Staat Bayern, Stadtw. PV-Technik: Siemens Solar Okt 2002 Erweiterung auf 2.1MW mit 5 Mio Yield 991 h/a Vergütung: 0.48 /kwh 8000 mono Si-Module Siemens Shell Solar SINVERT Zentral WR Zürcher Fachhochschule; Prof. Dr Franz Baumgartner; bauf@zhaw.ch;

22 Der Photovoltaik Markt These 2 Kontinuierliches Marktwachstum durch Förderprogramme wird zur weiteren Kostenreduktion führen, womit im Jahr 2011 Grid Parity in Südeuropa erreicht wird. Zürcher Fachhochschule; Prof. Dr Franz Baumgartner; bauf@zhaw.ch;

23 Der Weltmarkt wächst mit +40%/a PV Production [MW] Rest of World United States China & Taiwan Europe Japan 3900 MW in Umsatz Module Mrd. ca. 5% BIP Austria 1GW Pro. a-si 1.9Mrd$ A. Jäger Waldau, EU Com., JRC Ispra; Oct 2007 ISSN ; JRC Zürcher Fachhochschule; Prof. Dr Franz Baumgartner; bauf@zhaw.ch;

24 Solarfirmen MW Production Volume [MW] Sharp (JP) Q-Cells (DE) Kyocera (JP) Suntech (PRC) Sanyo (JP) Mitsubishi Electric (JP) Motech (TW) Schott Solar (DE/US) BP Solar (INT) Solarworld (DE/US) Others Zubau Deutschland 2006 mit 830MW; Quelle: Photon Consulting A. Jäger Waldau, EU Com., JRC Ispra; Oct 2007 Zürcher Fachhochschule; Prof. Dr Franz Baumgartner; bauf@zhaw.ch;

25 Köpfe der Solarindustrie News Juni 08 Applied Suntech Qcells Ersol mit Mat China BRD 0.5Mrd von USA #1 #1 Cell Bosch 2Mrd$ Modul 1.4 Mrd übernommen Podiumsdiskussion Intersolar, München, Zürcher Fachhochschule; Prof. Dr Franz Baumgartner;

26 2010 Märkte - Prognose : MW/a EU Ziel für 2010 allein durch Deutschland verdoppelt zum Vergleich 2007: Jahresproduktion 3.9GW/a Produktionskosten Prognose Modul 1.1 /Wp (Verkaufspreis EEG ca.1.8 ) Zürcher Fachhochschule; Prof. Dr Franz Baumgartner; bauf@zhaw.ch; Quelle: Photon Consulting; Stand:

27 Neue Solaranlagen im Jahr 2007 Schweiz ca. 2 MW, 0.3W pro Kopf 5cm 5cm Deutschland 1300 MW Deutschland 16 W pro Kopf 35cm 35cm Zürcher Fachhochschule; Prof. Dr Franz Baumgartner; bauf@zhaw.ch;

28 Der globale PV und Strommarkt Today EU target 3GWp for 2010 already reached Stromerzeugung [TWh] Strom Welt Strom EU PV Welt PV EU Limit Indium 20% EU 1% Welt 0.5% Welt 80GW Thin film market share <10% PV electricity share today: Bavaria 2%; EU approx. 0.1%; World 0.04% Expansion planes PV no effective expansion limits compared to 10 Hydro, Wind, Biomass 3GW Exception CIGS approx. 80 GW Limit 1 0.5% global electricity cons Zürcher Fachhochschule; Prof. Dr Franz Baumgartner; bauf@zhaw.ch;

29 Der globale Hunger nach Elektrizität China: von 1990 bis 2005, Stromverbrauch x4 Zürcher Fachhochschule; Prof. Dr Franz Baumgartner;

30 SOLARMODUL TECHNOLOGIEN These 3 Dünnschichtmodule werden in den nächsten Jahren Marktanteile gegenüber kristallinen Siliziummodulen gewinnen. Vor allem in der Produktionstechnologie unterscheiden sich kristalline von Dünnschichtmodulen, nicht so sehr im Einsatz im Gebäude. Zürcher Fachhochschule; Prof. Dr Franz Baumgartner; bauf@zhaw.ch;

31 Solarmodul Typen Standard kristalline Si Mod. Wafer Cell Module Dünnschichtmodule Sub layer production Module fabrication. Zürcher Fachhochschule; Prof. Dr Franz Baumgartner;

32 Aufbau Standardmodul mit Rahmen DGS 2005 Zürcher Fachhochschule; Prof. Dr Franz Baumgartner;

33 Dicke Dünnschicht kristalline Solarzelle Solarzelle 200 um 2um Zürcher Fachhochschule; Prof. Dr Franz Baumgartner;

34 Serieverschaltung der Dünnschichtzellen Zürcher Fachhochschule; Prof. Dr Franz Baumgartner;

35 Kostenreduktion Standard und Dünnschicht PV Module cost [US $ 2002] 10 1 Thin Film Wafer Silicon slow decrease of improvements (1%) 83% 0,1 Advanced Concepts Cumulative Production [MW] A. Jäger Waldau, EU Com., JRC Ispra; Oct 2007 Zürcher Fachhochschule; Prof. Dr Franz Baumgartner; bauf@zhaw.ch;

36 Vom Silzium zum Wafer off specs eg-si directional solidification furnace multicrystalline Si ingot 1 block cutting multi-wire saw multi-x Si wafer P. Wyers; ECN; PV-Conf.; Granda Nov 03 Zürcher Fachhochschule; Prof. Dr Franz Baumgartner; bauf@zhaw.ch;

37 Vom Wafer zur Solarzelle saw-damage removal pn-junction diffusion anti-reflection coating screen printed metallisation metallisation sintering solar cell Zürcher Fachhochschule; Prof. Dr Franz Baumgartner; bauf@zhaw.ch; P. Wyers; ECN; PV-Conf.; Granda Nov 03

38 Von der Solarzelle zum PV-System 1 cell testing and binning interconnection in strings lamination with EVA and glass frame, junction box 3 cabling, inverter, module mounting + 1 = 4 Zürcher Fachhochschule; Prof. Dr Franz Baumgartner; bauf@zhaw.ch; P. Wyers; ECN; PV-Conf.; Granda Nov 03

39 Margen PV Industrie LBBW 2007 Endprodukt 2008 Verkaufspreis Marge Silizium 68 $/kg 57% Wafer 1.00 /W 31% Zellenherstellung 1.71 /W 16% Modul 2.63 /W 3.6% 2009 Verkaufspreis Marge 62 54% % % % 2010 Verkaufspreis Marge 55 49% % % % PV Marktstudie der Landesbank Baden-Württemberg, Aug 2007 Zürcher Fachhochschule; Prof. Dr Franz Baumgartner;

40 Freiflächen Solarkraftwerke MW Klasse 4.0 /W 0.3 /W 0.3 /W 1.0 /W Thin film η M =6.5% 4.2 /W 0.3 /W 0.3 /W 1.0 /W cr-si standard η M =13% 4.2 /W Planing, various 0.3 /W Inverter 0.3 /W Assembly m+e 0.5 /W 2.4 /W modules 2.6 /W modules 3.1 /W 60% of total costs Cost structure 2007 Inst. Kosten 4.5 /W in 2006 Zürcher Fachhochschule; Prof. Dr Franz Baumgartner; bauf@zhaw.ch;

41 Prognose Marktpreise Deutschland März 2008, p45 Zürcher Fachhochschule; Prof. Dr Franz Baumgartner; bauf@zhaw.ch;

42 Kostenreduktion durch Nachführung Prototyp Solar Wings Nachführsystems, realisiert 2008 durch Bartoleth Maschinenbau, Flums Zürcher Fachhochschule; Prof. Dr Franz Baumgartner;

43 Projekte an der ZHAW PV Tracking Pilotprojekt 2008 der Firma Lonza AG in Waldshut mit der Solar Wings Solar Nachführeinheit Versuchsanordnung zur Messung des Solar- mehrertrags, Projektarbeit Gramatica, Spesa ZHAW 2008 Zürcher Fachhochschule; Prof. Dr Franz Baumgartner;

44 Potential These 5 Im Dach steckt dreimal mehr PV-Potential wie in der Fassade. Langfristig werden aber alle Flächen, also Dach + Fassade, gebraucht. Zürcher Fachhochschule; Prof. Dr Franz Baumgartner; bauf@zhaw.ch;

45 Alte Studie 1MW Sonnenstrom für Wien Dach / Fassade = MW 0.15MW Zürcher Fachhochschule; Prof. Dr Franz Baumgartner; bauf@zhaw.ch; MW 0.15MW F. Baumgartner, 1994, Studie für Wienstrom 45

46 Potential von PV Fassaden in der Schweiz 6MW GISS Gebäudeintegrierte Solarsysteme (PV + thermisch) ; Quelle BFE, TNC Consulting 2003 Zürcher Fachhochschule; Prof. Dr Franz Baumgartner; bauf@zhaw.ch;

47 PV-Fassade Schweiz Webseite Projekt-Organisation Technik Solarstromfassaden Die 6 typischen Fassadenklassen mit Beispielen. Grundlagen Solarstromfassaden Zürcher Fachhochschule; Prof. Dr Franz Baumgartner; bauf@zhaw.ch;

48 Supermarkt Fassade verpasste PV-Lösung Zürcher Fachhochschule; Prof. Dr Franz Baumgartner;

49 PV Flächenpotential Gebäude BRD Deutschlands Städte weisen eine für die Solarenergie (PV+Th) nutzbare Gebäudefläche von 2344 km 2 auf. Eignungskriterium: Südabweichung <45, Winter Abschattungsgrenze Dez. 12 Uhr Dach 1760 km 2 Fassade 584 km 2 Dach / Fassade 3 PV Potential 1km 2 10 MW Deutsche Städte Dach/Fassaden Potential ca. 20 GW (zum Vergleich in BRD 2007 gesamt 0.8GW Neuinstallation) S. Lindner, Ecofys Germany GmbH 2007 Zürcher Fachhochschule; Prof. Dr Franz Baumgartner; bauf@zhaw.ch;

50 Solarstromanteil Baumgartner 2002 Zürcher Fachhochschule; Prof. Dr Franz Baumgartner;

51 PV Electricity Costs and System Prices Zürcher Fachhochschule; Prof. Dr Franz Baumgartner;

52 Solar market Europe: grid parity /W installed system price Quelle: Wim Sinke, WG3, Euro PV Technology Platform, Brüssel, 2006 Zürcher Fachhochschule; Prof. Dr Franz Baumgartner; bauf@zhaw.ch;

53 Deutschland Jobs im Erneuerbaren Energie Sektor EEG-Förderung kostet jedem Haushalt 3 im Monat Grafik aus Sonnenenergie Jan 2007; siehe auch : RWE Mitarbeiter, Umsatz 49 Mrd. ; (Personalkürzung zu 2004: -12%) Österreich: Jobs Austria Erneuerbare (Solar, Wärmepumpe mit 1600 PV für 2007) Staatsekretärin Kranzl, bmvit; Pressekonferenz 13.März 2003; Zürcher Fachhochschule; Prof. Dr Franz Baumgartner; bauf@zhaw.ch;

54 Wozu brauchen wir den Solarstrom? These 6 Die Heizung des Niedrigenergiehauses wird im nächsten Jahrzehnt vorwiegend von der Wärmepumpe erfolgen, die mit Photovoltaikstrom gespeist wird. Das Stromnetz wird in der Anfangsphase als Speicher genutzt. Zürcher Fachhochschule; Prof. Dr Franz Baumgartner; bauf@zhaw.ch;

55 Grundprinzip Solarwärmepumpe Solarstrom 5 kwh 12kW, CH Wärme 15kWh Netzstrom Umgebungswärme 10 kwh Wärmepumpe el. Strom 5 kwh Zürcher Fachhochschule; Prof. Dr Franz Baumgartner; bauf@zhaw.ch; Ref:

56 Unterschiede in den Heizkosten Heizölpreis März 2005 bis März bei 3000 Liter Füllung Solarwärmepumpe: Passivhaus 15kWh/m 2 /a mit z.b. 150 m 2 EBF Luft-Wasser Wärmepumpe JAZ kwh elekt. Strom für Raumheizung Modulfläche 10m 2 Dünnschicht 7% jährliche PV Stromkosten für Heizung 280 mit 0.4 /kwh PV (entspricht Steigerung im Heizölpreis für 1000 Liter Heizöl 2005 bis 2008!) Trend : PV wird noch billiger! Zürcher Fachhochschule; Prof. Dr Franz Baumgartner; bauf@zhaw.ch;

57 Passivhaus: Feldkirch Technik Steckbrief: BJ EFH Längle Ess EBF: 140 m 2 Qh: 15 kwh/m 2 /a L-L WP: 25m/1.9m Erdregister; aerex maico, bw175r PV: 2kWp ca kwh/a Dachaufständerung Fotos und Daten vom Architekten Walter Unterrainer Solarth.: nein Speicher: 400 l Zürcher Fachhochschule; Prof. Dr Franz Baumgartner; bauf@zhaw.ch;

58 Stararchitekten und PV : Coop Himmelblau BMW München; 800kW Monokristalline Solarzellen von Zürcher Fachhochschule; Prof. Dr Franz Baumgartner; bauf@zhaw.ch;

59 Energiedach von Solarworld Zürcher Fachhochschule; Prof. Dr Franz Baumgartner;

60 Kosten und Produktionspotential Zürcher Fachhochschule; Prof. Dr Franz Baumgartner; ISBN: X; Dez 2006

61 Zusammenfassung Was kann Solarstrom leisten? Potential: Dachfläche 6x6m 2 reicht für Haushaltsstrom Grenzen: Energieform mit den geringsten Limitierungen Kosten: Sinken mit der Marktausweitung entsprechend den industriellen Massenfertigungsmethoden Anwendung: Dezentral kann Stromnetz entlasten wenn intelligente Verbraucher wie Wärmepumpen betrieben werden. Zürcher Fachhochschule; Prof. Dr Franz Baumgartner; bauf@zhaw.ch;

62 Danke für ihre Aufmerksamkeit Prämiertes Projekt, Ludesch, Sunways AG Zürcher Fachhochschule; Prof. Dr Franz Baumgartner;