Lohnt sich Solarstrom für das eigene Zuhause?

Transkript

1 Lohnt sich Solarstrom für das eigene Zuhause? Prof. Konrad Mertens Labor für Optoelektronik und Sensorik, Photovoltaik-Prüflabor Fachbereich Elektrotechnik und Informatik Fachhochschule Münster Folie 1

2 Gliederung: 1. Was heißt hier Klimaschutz? 2. Einführung zur Photovoltaik 3. Markt- und Preisentwicklung 4. Wirtschaftlichkeit von konkreten Anlagenbeispielen 5. Speicherung von Solarstrom 6. Photovoltaik und Elektroautos? 7. Fazit Folie 2

3 Zur Person Seit 1992 im Solarenergie-Förderverein Aachen (SFV): Vorführung: Schweißen mit Solarenergie Folie 3

4 Zur Person Vorführung: Betrieb von Geräten mit Solarenergie (Halle, 1990) Wo habt Ihr die Batterie versteckt? Bohrmaschine Toaster Radio Küchenmaschine Solarmodule Folie 4

5 Zur Person Einsatz für kostendeckende Vergütung Folie 5

6 Zur Person 1995: Errichtung der ersten Anlage mit kostendeckender Vergütung (2 DM/kWh) Innerhalb von 4 Jahren übernehmen 40 weitere Städte das Aachener Modell! Dies war die Blaupause für die Einführung des EEG im Jahr 2000! Folie 6

7 Zur Person 1996: Bau einer eigenen Photovoltaikanlage (2 kwp) Folie 7

8 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

9 1. Was heißt hier Klimaschutz? Folie 9

10 Verlauf der CO 2 -Konzentration im Lauf der letzten Jahre: Temperaturanstieg Häufiger Stürme und Überflutungen Verschiebung von Klimazonen Folie 10

11 Der Klimawandel hat schon begonnen: Quelle: Volker Quaschning Folie 11

12 Der Klimawandel hat schon begonnen: Quelle: Volker Quaschning Folie 12

13 Der Klimawandel hat schon begonnen: agrarheute, Folie 13

14 Der Klimawandel hat schon begonnen: Trockenheit lässt Buchen sterben, WAZ, Folie 14

15 Der Klimawandel hat schon begonnen: Photo: David Gray/Getty Images Australien, Herbst 2019 NASA Waldbrand Karte Folie 15

16 Der Klimawandel hat schon begonnen: Foto: Dean Miller/dpa Australien, Frühjahr 2020 NASA Waldbrand Karte Folie 16

17 Der Klimawandel hat schon begonnen: Kalifornien, Herbst 2020 NASA Waldbrand Karte Folie 17

18 Der Klimawandel hat schon begonnen: Foto: Verbandsgemeinde Altenahr Deutschland, Sommer 2021 Folie 18

19 Der Klimawandel hat schon begonnen: Deutschland, Sommer 2021 Foto: Thomas Frey / AP Folie 19

20 Was ist das? Jahrestemperaturen seit 1881: Folie 20

21 Gliederung: Folie 21

22 Verursacher der deutschen CO2-Emissionen: Quelle: Volker Quaschning Start mit Kohlekraftwerken ist sinnvoll Parallel müssen die anderen Sektoren umgebaut werden! Folie 22

23 Zukunft der Kohlendioxidemissionen in Deutschland: -65% -88% -100% 2045 Wo soll die Energie denn herkommen? Aus Solarstrom? Ja, unter anderem! Folie 23

24 2. Einführung zur Photovoltaik Folie 24

25 Prinzipieller Aufbau einer klassischen Photovoltaikanlage: Solarzelle Solarmodul Folie 25

26 Wirkungsgrad von Solarmodulen: Optische Leistung Zelle Elektrische Leistung η Modul = Elektrische Leistung Optische Leistung = P Elektrisch P Optisch z.b. Wirkungsgrad η Modul = 18 % Was heißt das? Bei voller Sonneneinstrahlung (1000 W/m 2 ) bringt ein Solarmodul (Fläche 1,7 m 2, Wirkungsgrad 18 %) eine maximale Leistung (Peakleistung) von: Modul: Watt P Modul = m ,7 m 18 % 300 Watt 2 P Peak Ganze Anlage: z.b. 17 Module: P Anlage = Watt P = 5,1 kwp 5 kwp Merke: z.b. circa 30 Quadratmeter reichen für eine 5 kwp Anlage! Folie 26

27 Beispiel des Energieertrags realer Anlagen: a) Anlage Aachen Baujahr: 1996 Leistung: 2 kwp Ausrichtung: Süd Dachneigung: 45 alte Technik Spezifischer jährlicher Ertrag in kwh/kwp Jahr Durchschnittlicher Ertrag: 830 kwh/kwp b) Anlage Steinfurt Baujahr: 2008 Leistung: 25 kwp Ausrichtung: Süd Neigung: 25 moderne Technik Ertrag in kwh/kwp Jahr Durchschnittlicher Ertrag: 1015 kwh/kwp 900 kwh/kwp sind in unseren Breiten ohne Weiteres machbar! Folie 27

28 Ertragsabhängigkeit von der Dachausrichtung z.b. Westdach mit 30 Grad Neigung: 17 % Minderung (entspricht Ertrag von rund 755 kwh/kwp Folie 28

29 Ertragsabhängigkeit von der Dachausrichtung z.b. Norddach mit 35 Grad Neigung: Bringt noch knapp 60 % des Süddachs! Folie 29

30 Anlage auf dem Norddach? Mai bis Dezember: Nord zu Süddach: 60,5 % Quelle: Peter Nagelmann, Marienstr 21, Rheine Folie 30

31 3. Markt- und Preisentwicklung Folie 31

32 Ausbau der Photovoltaik in Deutschland Installierte Leistung in GWp: Der 52 GW-Deckel! Jährlicher Zubau zwischenzeitlich bei ca. 7 GWp/Jahr Aktuell (2021): ca. 5 GWp/Jahr Eigentlich brauchen wir GWp/Jahr Der 52 GW-Deckel muss ist weg! weg! Folie 32

33 Weltweites Wachstum der Photovoltaik Bislang weltweit installierte Leistung in GWp: Wachstumsraten über 40 % 2019 und 2020: jeweils rund 100 GWp zusätzlich installiert! Europa spielt aktuell kaum noch eine Rolle Folie 33

34 Stromerzeugung durch erneuerbare Energien in Deutschland Stromerzeugung in Mrd. kwh Aktueller Status (2021): Anteil der erneuerbaren Energien am Nettostrombedarf: 50 % Anteil der Photovoltaik am Nettostrombedarf: 11 % Aber: Anteil der erneuerbaren Energien am Gesamtenergiebedarf: 16 % Folie 34

35 Preisentwicklung: Modulpreise seit 1980 (inflationsbereinigt): Jahr Reduzierung von 27 Euro/Wp auf unter 27 Cent/Wp! Folie 35

36 Preisentwicklung: Entwicklung der Einspeisevergütung seit 2004: Photovoltaikstrom ist inzwischen günstiger als Biomasse und Offshore-Windkraft! Aktuelle Ausschreibungen von Freiflächenanlagen: Betreiber bieten 5 Ct/kWh! Aktuelle Ausschreibung in Abu Dhabi: Betreiber bietet 1,1 Ct/kWh! Folie 36

37 Preisentwicklung: Einspeisevergütung und Strompreis Eigenverbrauch lohnt sich! Folie 37

38 4. Wirtschaftlichkeit von konkreten Anlagenbeispielen Folie 38

39 Beispiel A: 5 kwp-anlage ohne Eigenverbrauch Solarmodule Folie 39

40 Beispiel A: 5 kwp-anlage ohne Eigenverbrauch (Nettopreise) Investitionskosten: Stromertrag pro kwp: z.b Euro (entspricht Euro/kWp) 900 kwh/jahr Einnahmen: 7,5 ct/kwh x 900 kwh/jahr x 5 = 337 Euro/Jahr Laufende jährliche Kosten: 1,5 % der Investitionskosten: 90 Euro/Jahr Ausgaben: 90 Euro/Jahr Überschuss: (337 90) Euro/Jahr = 247 Euro/Jahr Amortisationszeit: Euro / 247 Euro/Jahr = 24,3 Jahre Rendite: = -1,8 % kein guter Deal Was kann man tun, um die Rendite zu verbessern? Folie 40

41 Beispiel B: 5 kwp-anlage mit Eigenverbrauch Solarmodule Folie 41

42 Beispiel B: 5 kwp-anlage mit Eigenverbrauch z.b. 1/3 des erzeugten Stroms wird selbst verbraucht, Tarifstrom kostet z.b. 28 ct/kwh Neue Rechnung: Einnahmen durch Einspeisung: 7,5 ct/kwh x 2/3 x 4500 kwh/jahr = 225 Euro/Jahr Vorteil durch Eigenverbrauch: 28 ct/kwh x 1/3 x 4500 kwh/jahr = 420 Euro/Jahr Gesamteinnahmen: 645 Euro/Jahr Laufende jährliche Kosten: 1,5 % der Investitionskosten: 90 Euro/Jahr Ausgaben: 90 Euro/Jahr Überschuss: (645 90) Euro/Jahr = 555 Euro/Jahr Amortisationszeit: Euro / 555 Euro/Jahr = 10,8 Jahre Rendite: = 4,5 % Rendite ist deutlich verbessert! Folie 42

43 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 43

44 Welche Art von Modulen? multikristallin: monokristallin: Bilder: Solarwatt Wirkungsgrad: bis 18 % Wirkungsgrad: bis 22 % Folie 44

45 Ebenfalls zu überlegen: Gibt es Energieeinsparpotential? z.b. Beleuchtung: z.b. Haushaltsgeräte: Macht ggf. Wärmeerzeugung mit Strom Sinn? (Brauchwasser oder Heizung) Folie 45

46 Eigenverbrauchserhöhung durch Wärmeproduktion: Mit Heizstab Folie 46

47 Eigenverbrauchserhöhung durch Wärmeproduktion: Mit Wärmepumpe Quelle: Folie 47

48 5. Speicherung von Solarstrom Folie 48

49 Prinzip Ein Teil des Stroms wird zwischengespeichert, um den Eigenverbrauchsanteil zu erhöhen PV-Generator Wechselrichter öffentliches Netz = Hausverbraucher Akkumulator (Blei oder Lithium-Ionen) Folie 49

50 Aktuelle Situation: Lithium-Ionen-Speicher haben sich praktisch durchgesetzt ggü. Bleispeichern Quelle: DGS Zusatzfeatures: z.b. Notstromfunktion, Anbindung an Elektroauto, etc. Folie 50

51 Aktuelle Situation: bis Ende 2020: ca Speicher installiert! (Quelle: EuPD Research/2020) Folie 51

52 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 52

53 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 53

54 Studie zur Effizienz von aktuellen Stromspeichern: Folie 54

55 Was ist hier falsch? Foto: K. Mertens Folie 55

56 Nutzt die Dächer! Pixabay Pixabay Pixabay Pixabay Foto: Mertens Foto: Mertens Foto: Mertens Folie 56

57 Macht die Dächer voll! 2002: 3,2 kwp 2007: 5,5 kwp 2020: 10 kwp 2022: 15 kwp?? Folie 57

58 Die Dächer müssen genutzt werden: Es ist noch genug Platz Beispiel Münster, Geistviertel: Folie 58

59 Die Dächer müssen genutzt werden: Es ist noch genug Platz Beispiel Münster, Geistviertel: Quelle: google maps Folie 59

62 6. Photovoltaik und Elektroautos? Folie 62

63 Nutzt die Dächer auch für das Elektroauto Folie 63

64 Nutzt die Dächer auch für das Elektroauto ohne Elektroauto Tagesertrag: 54 kwh Eigenverbrauch: 3 kwh Kia E-Niro mit Elektroauto (einphasig) Tagesertrag: 58 kwh Eigenverbrauch: 31 kwh Folie 64

65 Nutzt die Dächer auch für das Elektroauto z.b. 5 kwp - Anlage: km pro Jahr! besser: 10 kwp - Anlage: km pro Jahr kwh für Haushalt Folie 65

66 Wie man es nicht machen sollte: Foto: Frank Neuhaus Folie 66

67 Gewöhnungsbedürftig Foto: Bildarchiv Bayerisches Landesamt für Denkmalpflege, München; Fotograf: Joachim Gattenlöhner, Kitzingen Folie 67

68 So bekommt man einen hohen Eigenverbrauchsanteil Folie 68

69 Wie man es nicht machen sollte: Bild: photon-pictures.com Folie 69

70 Wie man es nicht machen sollte: Foto: Jörg Philipp Folie 70

71 7. Fazit Folie 71

72 Fazit Solarstrom ist inzwischen deutlich günstiger als Biomasse- und Offshore-Windkraft Die Einspeisevergütung allein reicht aktuell kaum noch 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??? Folie 72