Photovoltaik: Eigenstromerzeugung und Speichertechnik

Transkript

1 Photovoltaik: Eigenstromerzeugung und Speichertechnik Dr. Ralf Engelmann factor e Energieeffizienz im Unternehmen Handwerkskammer Koblenz Gefördert durch:

2 Energieagentur Rheinland- Pfalz Gründung im Jahr prozentige GmbH des Landes landesweite Plattform für die Energiewende neutrale, unabhängige Information Zentrale in Kaiserslautern 8 Regionen im Land Ziel: gemeinsam mit Akteuren die Energiewende im Land gestalten

3 Fragestellung Warum sollte ich Solarenergie überhaupt nutzen? Ist es im Hinblick auf die stark gefallene EEG-Vergütung überhaupt noch sinnvoll in eine PV-Anlage zu investieren? Eigenverbrauchen, Einspeisung oder Direktlieferung welches Geschäftsmodell ist am besten? Bildquelle: Hardy/ pixelio.de

4 Primärenergieverbrauch in Deutschland 3,72 PWh/a = 3,72*10 12 kwh/a kwh/a Energiequellen: - Fossile Energie (Öl, Kohle, Gas) - Regenerative Energien (Sonne, Wind, Biomassen, Wasser, etc.) - Nuklear (Spaltung, Fusion) Primärenergie (fossile, nukleare und regenerative Energieträger) Sekundärenergie (Benzin, elektrischer Strom, Wärme, etc.) Endenergie (beim Verbraucher ankommende Energie) Nutzenergie (die vom Verbraucher tatsächlich genutzte Energie ) Umwandlungsverluste Transportverluste Wirkungsgradverluste beim Endverbraucher 100 % 30 bis 35%

5 Primärenergieverbrauch in Deutschland Ca. 80 % der Primär- Bioenergie Klimaschutzziel der Bundesregierung Mineralöl Bundesregierung plant nach 8,6 % (COP 2007, Bali): 33,9 % aktuellen Studien mit einer Klimaschutzziel THG-Emissionen bis 2020 klar um 40 %, Einsparung von 35 % THGbis 2030 um 55 %, bis 2040 um 70 % Emissionen in 2020 Windenergie verfehlt! und bis 2050 um 80 % bis 95 % Erdgas gegenüber 1990 verringern Realistischere Werte liegen 2,7 % Primärenergie- 24,4 % energieträger 2017 wurde eine Reduktion bei 30 bis 31 % THG von Verbrauch Deutschland setzen CO Solarenergie 27,6 % gegenüber 1990 Einsparungen bis ,72 *10 12 Steinkohle 2 frei Effektiv müssen bis 2020 erreicht 1,5 (überwiegend % in kwh noch weitere 15611,3 Mio. % t den 90er Jahren) THG-Emissionen im Jahr Wasserkraft THG-Reduktionen in Dt: eingespart werden Braunkohle ,6 % bis 2000: ca. 21 Mill. t/a 11,2 % 2000 bis 2010: ca. 10 Mill. t/a Geothermie 2010 bis 2016: ca. 6 Mill. t/a Uran 0,4 % 5,4 % Ca. 13,8 Prozent des Primärenergiebedarfs Deutschlands wird durch regenerative Energien abgedeckt Ca. zwei Drittel der Primärenergieträger werden importiert Energiebedingten CO 2 -Emissionen sind im ersten Halbjahr 2017 um 1,2 % gestiegen (428 Mio. t) Bildquelle: 123rf.com; Datenquelle: AG Energiebilanz e.v.: Energieverbrauch in Deutschland im Jahr 2017

6 Was Verbraucht die Welt an Energie im Jahr? jährliches Energieangebot durch regenerative Energiequellen gesamtes Energieangebot von fossilen und nuklearen Energieträgern auf der Erde Windenergie Weltweiter jährlicher Primärenergieverbrauch Kohle Reichweite 170 a Bioenergie Solarenergie Erdöl 45 a Geothermie Wasserkraft Gezeitenkraft In einem Jahr schickt uns die Sonne das fache des weltweit jährlichen Energiebedarfs oder in 70 Minuten den weltweit jährlichen Energiebedarf Uran Erdgas 65 a 70 a Datenquelle: Grafik verändert nach Quaschning 2011, Kurzbericht AG Energierohstoffe, BMWi

7 Nutzungsarten der Sonnenenergie Sonnenenergie kann auf verschiedene Weise genutzt werden Wärmebereitstellung für Heizzwecke und Brauchwasser (z.b. Kleinanlagen auf Eigenheimen) Umwandlung in elektrische Energie durch Photovoltaikanlagen (z.b. Kleinanlagen auf Eigenheimen, Freiflächenanlagen) Bildquelle: EOR

8 Planung einer PV-Anlage Bildquelle: Thorben Wengert/pixelio.de

9 Photovoltaikanlagen - Aufbau und Funktionsprinzip Netzgekoppelte PV-Anlage Komponenten 1 2 Solargenerator Solarmodul Solarzelle Verbindungskabel Wechselrichter Solarstromzähler Einspeisezähler Bezugszähler Speicher Bildquelle: Agentur für Erneuerbare Energien

10 Photovoltaikanlagen - Installation Bildquelle: EOR, Schott Solar AG, Damm Solar GmbH, Pfalzsolar GmbH, Avantag Energy s.à r.l

11 Photovoltaikanlagen - Planung Entscheidungskriterien bei der Anschaffung und Planung einer PV-Anlage Standortfaktoren: Sonneneinstrahlung/Klimazone Ausrichtung der Solaranlage Verschattung Wirtschaftliche Faktoren: Technologie Kosten der Anlage Möglicher Geschäftsmodelle Bildquelle: Klaus-Uwe Gerhardt/ pixelio.de, SIZ Solar GmbH

12 Photovoltaikanlagen - Planung Sonneneinstrahlung Mittlere Globalstrahlung in Dt: kwh/m² im Jahr Mittlere Globalstrahlung in RLP: kwh/m² im Jahr Jährliche Sonneneinstrahldauer: h Jährlicher Stromertrag: kwh/kwp Bildquelle: Deutscher Wetterdienst

13 Stromproduktion Photovoltaikanlagen - Planung Ausrichtung und Neigung Optimale Ausrichtung: Süden, Neigungswinkel Ostausrichtung Südausrichtung Westausrichtung Sonnenaufgang Mittag Sonnenuntergang Tageszeit Bildquelle: MGT esys Energy System

14 Planung einer PV-Anlage Solardachkataster Mayen Koblenz Koblenz

15 Photovoltaikanlagen - Planung Verschattung Jahres- und tageszeitabhängige Verschattung beachten (Sonnenhöchststand : 63,5, Sonnentiefststand : 16,5 ) Ziel: Verschattungsfreiheit der kompletten Anlage (besser auf Module verzichten als verschattete Module) Bildquelle: Avantag Energy s.à r.l

16 Bruttosystempreis PV-Anlage ( /kw p ) Photovoltaikanlagen - Planung Brutto Systempreise PV-Aufdachanlagen Systempreise für Aufdachanlagen sind von 2006 bis 2017 um 71 % gefallen Systempreise heute bei bis / kw p Systemkosten PV- Anlagen > 50 kw p Jahr Datenquelle: verändert nach BSW-Solar/EuPD Research

17 Photovoltaikanlagen - Planung Vermarktungsmöglichkeiten für Strom aus PV-Anlagen Einspeisung Eigenverbrauch Direktlieferung Einspeisung Anlagenbetreiber Dritte Partei Photovoltaik-Anlage EEG-Vergütung

18 Einspeisung des PV-Stroms

19 Einspeisen des PV-Stroms Einspeisung Beispielrechnungen: Inbetriebnahme der Anlage: Okt Vergütungszeitraum: 20 Jahre (0,1168 /kwh) Anlagengröße: 50 kwp Stromproduktion über 20 a: kwh (0,8 % Degradation jährlich) EEG-Vergütung: Investitionskosten: ca /kwp = Wartung/ Versicherungen: / Jahr Kosten: Bildquelle: Wolfgang Dirscherl/pixelio.de; wwwoeko-haus.com

20 Eigenverbrauch des PV-Stroms

21 Eigenverbrauch des PV- Stroms Einspeisung Eigenverbrauch Warum Eigenverbrauch? Einspeisevergütung für Anlagen auf Wohngebäuden sehr niedrig 12,20 Cent/kWh bis 10 kwp 11,87 Cent/kWh bis 40 kwp 10,61 Cent/kWh bis 100 kwp Weniger Strombezug aus dem Netz unabhängig von Strompreissteigerungen Solarstromkosten bleiben für Sie nahezu konstant über 20 Jahre! Bildquelle: Wolfgang Dirscherl/pixelio.de; wwwoeko-haus.com

22 Nettostrompreis ( Cent/kWh) Eigenverbrauch des PV- Stroms Strompreisentwicklung in Deutschland PV-Stromgestehungskosten Strompreis von 2000 bis 2017 um ca. 110% gestiegen Solarstrompreis von 2000 bis 2017 um ca. 80% gefallen Grid parity H 24 bis 26 Cent/ kwh Haushaltsstrompreis Finanzieller Vorteil 10 0 Industriestrompreis 7 bis 12 Cent/ kwh Jahr Datenquelle: verändert nach BSW-Solar/BMU

23 Eigenverbrauch des PV- Stroms Eigenverbrauch Personenidentität von Anlagenbetreiber und Stromverbraucher muss vorliegen sind Eigentümer, Betreiber und Verbraucher die gleiche natürliche/ juristische Person liegt Eigenverbrauch vor Personenidentität bei mehrere Akteure (Bsp. Betreibergesellschaft) nicht eindeutig geklärt => Eigenverbrauchsmodell nur bedingt möglich Verbrauch des Stroms muss in unmittelbaren räumlicher Nähe zur Erzeugungsanlage erfolgen Verbrauch und Erzeugung müssen zeitgleich erfolgen Es darf keine Nutzung des Netzes der allgemeinen Versorgung vorliegen Komplexe Eigenverbrauchsmodelle sollten im Vorfeld juristische geprüft werden

24 Eigenverbrauch des PV- Stroms Einspeisung Eigenverbrauch Beispielrechnungen: Stromverbrauch im Jahr kwh Anlageinstallation 10/2017 (Einspeisevergütung 11,68 Cent/kWh) Strompreis Einkauf: 20 Cent/kWh Anlagengröße: 50 kwp 100% Einspeisung 40% Eigenverbrauch ( kwh => 23,75% AG) EEG-Vergütung: / Jahr EEG-Vergütung: / Jahr Einsparung: /Jahr Summe: /Jahr Summe: energie_rlp /Jahr energie.rlp 80% Eigenverbrauch ( kwh => 47,5% AG) EEG-Vergütung: / Jahr Einsparung: /Jahr Summe: /Jahr Bildquelle: Wolfgang Dirscherl/pixelio.de

25 Eigenverbrauch des PV- Stroms Investitionen in PV-Anlagen amortisieren sich inzwischen schneller über den eigenverbrauchten als über den eingespeisten Strom Nicht eigenverbrauchter Strom wird weiterhin ins Stromnetz eingespeist Ziel: energetisch sinnvolle Größe der PV- Anlagen unter Einbezug von Jahreslastund Erzeugungsprofilen Bildquelle: wwwoeko-haus.com

26 Leistung Leistung Eigenverbrauch des PV- Stroms Juni, sonnig Juni, bedeckt März, Durchzug von Wolken Dezember, bedeckt Tagesverlauf energie_rlp energie.rlp Tagesverlauf Quelle: verändert nach SMA

27 Leistung 100 Eigenverbrauch des PV- Stroms Tagesverlauf verpflichtende Direktvermarktung Beispiel Gewerbe durchlaufend: (Standardlastprofil G3 nach BDEW) Typischer Eigenverbrauchsanteil: 10 bis 100 % Typische Branchen: Läden mit starker Kühlung (Bsp. Discounter), Kälteanlagen, Zwangsbelüftungen, Parkhäuser, IT-Infrastruktur, Kläranlagen Ideale Ausrichtung: Ost-West Eigenverbrauch (%) anteilige EEG- Umlage energie_rlp energie.rlp PV-Leistung der Aufdachanlage in kw p Elektrischer Energiebedarf: 20 MWh/a 200 MWh/a 50 MWh/a 500 MWh/a 100 MWh/a 1 GWh/a Quelle: verändert nach SMA

28 Eigenverbrauch (%) Alle Rechte sind vorbehalten. Die Nutzung steht unter dem Zustimmungsvorbehalt der Energieagentur Rheinland-Pfalz GmbH Leistung Eigenverbrauch des PV- Stroms 0 anteilige EEG- Umlage Tagesverlauf verpflichtende Direktvermarktung energie_rlp energie.rlp PV-Leistung der Aufdachanlage in kw p Beispiel Gewerbe werktags: (Standardlastprofil G1 nach BDEW) Typischer Eigenverbrauchsanteil: 10 bis 90 % Typische Branchen: Bildung, Kantinen, Krankenhäuser, Verwaltung, Behörden, Banken, Dienstleister, Praxen, Werkstätten, Autohäuser, metall- und holzverarbeitende Industrie, Elektroindustrie, Ernährung, etc. Ideale Ausrichtung: Süd/ Ost-West Elektrischer Energiebedarf: 20 MWh/a 200 MWh/a 50 MWh/a 500 MWh/a 100 MWh/a 1 GWh/a Quelle: verändert nach SMA

29 Stromspeicher - Planung Entscheidungskriterien bei der Anschaffung eines Stromspeichers Technische Kennzahlen: Batterietechnologie Nennkapazität/nutzbare Speicherkapazität/Entladetiefe (DoD) Maximale Lade/Entladeleistung Systemwirkungsgrad Wirtschaftliche Faktoren: Lebensdauer (zyklisch/kalendarisch) Speicherkosten Ist das System auf den Betrieb mit einer PV-Anlage abgestimmt Möglicher Geschäftsmodelle Bildquelle: Simone Hainz/ pixelio.de

30 Speicherung des Stroms Pb-Batterien Vorteile kostengünstige Speichervariante ausgereifte Technologie Akzeptabel Energie- und Leistungsdichten für stationäre Anwendungen modular erweiterbar kurze Amortisationsperioden (10 Jahre) Recycling-System etabliert Bildquelle: Martin Frey,

31 Speicherung des Stroms Pb-Batterien Nachteile kaum Kostenreduktion in Zukunft zu erwarten geringe Entladetiefe geringe Zyklenzahl (1.000 bis 2.000) geringe Energiedichte Bildquelle: Martin Frey,

32 Speicherung des Stroms Li-Ionen-Batterien Vorteile hohe Entladetiefe (bis zu 90 Prozent) modular erweiterbar wartungsarm hohe Energie- und Leistungsdichte hohe Zyklenzahl (bis zu 5.000) => lange Lebensdauer (zyklische Lebensdauer vs. kalendarische Lebensdauer) Bildquelle: PROSOL Invest Deutschland GmbH,

33 Speicherung des Stroms Li-Ionen-Batterien Nachteile Kosten => Kostenreduktion in den kommenden Jahren zu erwarten Aufwendiges Batteriemanagementsystem erforderlich thermisches Verhalten (thermal runaway) Bildquelle: PROSOL Invest Deutschland GmbH,

34 Direktlieferung des PV-Stroms

35 Direktlieferung des PV- Stroms Direktlieferung Belieferung eines Abnehmers Ohne Nutzung des öffentlichen Netzes Mit Nutzung des öffentlichen Netzes mit der Lieferung des PV-Stroms an Dritte wird der Anlagenbetreiber/ Stromlieferant aus rechtlicher Sicht Energieversorgungsunternehmen (EVU) EVUs müssen verschiedene Melde- und Anzeigepflichten sowie die Rechnungslegung und -gestaltung nach dem EnWG zu erfüllen

36 Zusammenfassung

37 Umsetzungsaufwand gering hoch Zusammenfassung Direktlieferung Amortisation über 15 Jahre Einspeisung Amortisation 11 bis 13 Jahre Eigenverbrauch Amortisation 9 bis 11 Jahre gering Wirtschaftliche Attraktivität hoch

38 Zusammenfassung Wirtschaftlicher Betrieb von PV-Anlagen: Wirtschaftlichkeit ist abhängig von: Geschäftsmodell Fremdstrombezug/Eigenverbrauch Strombezugskosten Höhe der EEG-Umlage Investitionskosten der Anlage/ Finanzierung der Anlage PV-Stromgestehungskosten ca. 7 bis 12 Cent/ kwh hoher Eigenverbrauch ist heute oft wirtschaftlicher als den PV-Strom einzuspeisen und die EEG-Vergütung zu kassieren Bildquelle: wwwoeko-haus.com

39 !? Mehr als die Vergangenheit interessiert mich die Zukunft, denn in ihr gedenke ich zu leben. Bildquelle: Nitzsche/pixelio.de; solar-power-energy-cartoon-funny1

40 Vielen Danke für Ihre Aufmerksamkeit Dr. Ralf Engelmann Referent Regenerative Energieversorgungssysteme Energieagentur Rheinland-Pfalz GmbH Trippstadter Straße Kaiserslautern Tel.: Fax: