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2 ENERGIEAGENTUR RHEINLAND-PFALZ MIT PHOTOVOLTAIK-STROM ZUR PRIVATEN ENERGIEUNABHÄNGIGKEIT WUNSCHDENKEN ODER REALITÄT? Immobilientag Weinsheim Dr. Ralf Engelmann Referent für Erneuerbare Energien

3 ENERGIEAGENTUR RHEINLAND-PFALZ Die Energieagentur Rheinland-Pfalz:» Gründung am » Aufnahme der Arbeit zum » 100-prozentige Landes-GmbH» Hauptsitz in Kaiserslautern» Installation von 9 regionalen Energieagenturen in ganz RLP» Aufsichtsrat bestehend aus Vertretern des Landes RLP sowie des EffizienzOffensive Energie e.v.» Neutrale und unabhängige Information und Erstberatung» Tritt nicht in Wettbewerb mit den am Markt tätigen Akteuren» Selbstverständnis als Mittler und Promotor

4 ENERGIEAGENTUR RHEINLAND-PFALZ Unser Ziel: Gestaltung der Energiewende» Ausbau der Erneuerbaren Energien» Steigerung der Energieeinsparung und -effizienz in RLP» Quantitative und qualitative Steigerung der Wohnungsbausanierungen» Gemeinsam mit allen relevanten Akteuren im Land Unsere Zielgruppen:» Kommunen und Unternehmen» Bürgerinnen und Bürger» Vereine, soziale Einrichtungen, Schulen, etc.

5 FRAGESTELLUNG» Warum sollte ich Sonnenenergie nutzen und meinen Strom mit einer PV-Anlage selbst produzieren?» Welche Möglichkeiten gibt es um Stromautarkie zu erreichen?» Ist es überhaupt möglich mit der heutigen Technik seinen Strom zu 100% selbst zu produzieren?» Ist es wirtschaftlich sinnvoll stromautark zu werden? Bildquelle: Hardy/ pixelio.de

6 7:0 FÜR DIE SOLARENERGIE THG-Einsparung und Feinstaub Energieautarkie Wertschöpfung Nahezu unerschöpfliche Energiequelle Einsparung von Energiekosten Schaffung von Arbeitsplätzen Entlastung der Energienetze Bildquelle: Heike, Klaus-Uwe Gerhardt, Dieter Schütz, Karl-Heinz Laube, Hans Udry, H. D. Volz/ pixelio.de

7 GRUNDLAGEN Was Verbraucht die Welt an Energie im Jahr? 140 PWh/a = 140*10 12 kwh/a kwh/a Weltweiter Primärenergieverbrauch im Jahr = AKWs Datenquelle: BP statistical review of world energy 2011

8 UNERSCHÖPFLICHE ENERGIEQUELLEN Sonnenenergie ist nahezu unerschöpflich! In einem Jahr schickt uns die Sonne das fache des weltweit jährlichen Energiebedarfs oder in 70 Minuten den weltweit jährlichen Energiebedarf Jährlicher Primärenergieverbrauch Uranreserven Erdgasreserven Erdölreserven Kohlereserven 70 a ca. 65 a ca. 45 a ca. 170 a Jährliche Sonnenenergieeinstrahlung Statische Reichweite der Energieträger Datenquelle: Kurzbericht AG Energierohstoffe, BMWi

9 GRUNDLAGEN 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

10 SOLARANLAGEN - AUFBAU UND FUNKTIONSPRINZIP Netzgekoppelte PV-Anlage» Komponenten Solargenerator Solarmodul Solarzelle Verbindungskabel Wechselrichter Einspeisezähler Speicher Bildquelle: Agentur für Erneuerbare Energien

11 SOLARANLAGEN - INSTALLATION Installation Montagemöglichkeiten Anforderungen an das Dach: Statik Dacheindeckung genügend Freiflächen Asbestfreie Abdeckung Zugang zum Solardach für Wartungsarbeiten Windlast Bildquelle: Thermische Solaranlagen zur Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung (2008)

12 SOLARANLAGEN - INSTALLATION Bildquelle: EOR

13 SOLARANLAGEN - PLANUNG Entscheidungskriterien bei der Planung» Standortfaktoren: Sonneneinstrahlung/ Klimazone Ausrichtung der Solaranlage Verschattung» Wirtschaftliche Faktoren: Technologie Verbrauch des Haushaltes Kosten der Anlage Quelle: Klaus-Uwe Gerhardt/ pixelio.de

14 PHOTOVOLTAIK-ANLAGEN - PLANUNG Sonneneinstrahlung Mittlere Globalstrahlung in Dt: kwh/m² im Jahr Mittlere Globalstrahlung in RLP: kwh/m² im Jahr Jährliche Sonneneinstrahldauer: h Jährlicher Stromertrag: kwh/kw p Bildquelle: Deutscher Wetterdienst

15 PHOTOVOLTAIK-ANLAGEN - PLANUNG Verschattung» K.O.-Kriterium bei der Anlagenplanung» Jahres- und tageszeitabhängige Verschattung beachten (Sonnenhöchststand : 63,5, Sonnentiefststand : 16,5 ) Ziel: Verschattungsfreiheit der kompletten Anlage (besser auf Module verzichten als verschattete Module)

16 Brutto Systempreis PV-Anlage ( /kw p ) PREISENTWICKLUNG IN DER PHOTOVOLTAIK BRUTTO SYSTEMPREISE PV-AUFDACHANLAGEN Systempreise für Aufdachanlagen sind von 2006 bis 2013 um 71 % gefallen Systempreise heute bei bis / kw p Systemkosten PV- Anlagen < 100 kw p Jahr 2013 Datenquelle: verändert nach BSW-Solar/EuPD Research

17 Strompreis ( Cent/kWh) PREISENTWICKLUNG IN DER PHOTOVOLTAIK Strompreisentwicklung in Deutschland Haushaltsstrompreis von 2000 bis 2013 um ca. 50% gestiegen Solarstrompreis von 2000 bis 2013 um ca. 80% gefallen Grid parity Haushaltsstrompreis 2013: 0,26 bis 0,28 Cent/ kwh Haushaltsstrompreis PV-Strom 2013: 0,12 bis 0,14 Cent/ kwh Jahr Datenquelle: verändert nach BSW-Solar/BMU

18 DAS ERNEUERBARE ENERGIEN GESETZ Das Erneuerbare Energien Gesetz (EEG) Eingeführt April 2000 als Marktanreizprogramm für EE Vorrangige Abnahme von EE-Strom Betreiber von EE-Anlagen bekommt über festgelegten Zeitraum (bei PV 20 Jahre) einen Vergütungssatz ( /kwh) EEG garantiert Investitionssicherheit für Investoren» Erfolgsgeschichte des EEG: In ca. 50 Staaten weltweit als Basis eigener Vergütungsmechanismen Anteil des EE-Stroms in Deutschland bei 25% in 2012 (6,4% in 2000)

19 DAS ERNEUERBARE ENERGIEN GESETZ Das Erneuerbare Energien Gesetz (EEG)» Novellierungen des Gesetzes: Seit Inkrafttreten hat EEG mehrere Novellierungen erfahren (2004, 2008, 2010, 2011, 2012) Anpassung der Vergütungssätze der einzelnen Energieformen an die Marktlage

20 DAS ERNEUERBARE ENERGIEN GESETZ Novellierung des EEG in 2012» Ab gilt für Hausdachanlagen: Bis 10 kw p : 14,07 Cent/kWh Bis 40 kw p : 13,35 Cent/kWh Bis 1 MW p : 11,91 Cent/kWh Bis 10 MW p : 9,47 Cent/kWh» Ab gilt für Freiflächenanlagen: Bis 10 MW p : 9,47 Cent/kWh» Anlagen über 10 MW p werden nur bis 10 MW p vergütet

21 DAS ERNEUERBARE ENERGIEN GESETZ Novellierung des EEG in 2012 ab werden alle PV-Anlage ins Einspeisemanagement einbezogen In kritischen Situationen können PV-Anlagen vom Netzbetreiber abgeregelt werden ab müssen Einrichtungen für die Abregelung der Leistung bei allen Anlagen eingebaut werden Anlagen bis 30 kw p können alternativ ab 2013 ihre max. Wirkleistungseinspeisung ins Netz auf 70 % begrenzen Stromspitzen werden nicht eingespeist keine Entschädigung jährliche Verluste zwischen 1% und 3%

22 DAS ERNEUERBARE ENERGIEN GESETZ Begrenzung der Vergütung auf 90% der Jahresstromproduktion für Anlagen über 10 kw p Vergütung der restlichen 10 % nur der tatsächliche Monatsmittelwert des Marktpreises (ca. 4 Cent/kWh) Altanlagen mit Inbetriebnahme vor nicht betroffen von der Neuregelung Anlagen in Betrieb genommen Regelung gilt erst ab Gilt nicht im Sonderfall: Inbetriebnahme , wenn Netzanschlussbegehren vor gestellt Anlagen ab in Betrieb genommen Regelung gilt von Beginn an

23 PHOTOVOLTAIK-ANLAGEN - FÖRDERUNG UND FINANZIERUNG RECHENBEISPIEL RENTABILITÄT EINER PV-ANLAGE Inbetriebnahme der Anlage: November 2013 Lebensdauer: 20 Jahre Für 20 Jahre garantierte Vergütung: 0,1407 /kwh (bis 10 kw p ) Anlagengröße: 5 kw p Stromproduktion im Jahr: ca kwh Stromproduktion über 20 Jahren: ca kwh EEG-Vergütung: Investitionskosten: ca /kw p = Wartung/ Versicherungen: 100 / Jahr Kosten: Eigenkapitalrendite: ca. 3 bis 4 %

24 WIRTSCHAFTLICHKEIT EINER SOLARANLAGE KAUFKRAFTENTWICKLUNG BEI EINSPEISUNG Daten der Anlage: Größe: 5 kw p Inbetriebnahme: Nov Jahresstromproduktion: ca kwh Eigenverbrauch: 0 % EEG-vergüteter Strom: ca. 670 / Jahr Summe Einspeisung über 20 Jahre: 0% Inflation ca % Inflation ca % Inflation ca Einspeisen 0% Inflation 2% Inflation 4% Inflation Jahr

25 WIRTSCHAFTLICHKEIT EINER SOLARANLAGE KAUFKRAFTENTWICKLUNG BEI EINSPEISUNG Daten der Anlage: 5% Strompreissteigerung Größe: 5 kw p Inbetriebnahme: Nov Jahresstromproduktion: ca kwh Eigenverbrauch: ca. 50 % 3% Strompreissteigerung Kostenersparnis: ca. 670 / Jahr Summe Einsparung über 20 Jahre: 0% Steigerung ca % Steigerung ca % Steigerung ca Summe Einspeisung über 20 Jahre: 0% Inflation ca % Inflation ca % Inflation ca Eigenverbrauch Einspeisen 0% Inflation 2% Inflation 4% Inflation Jahr

26 WIRTSCHAFTLICHKEIT EINER SOLARANLAGE» Investitionen in Solarstrom-Systeme amortisieren sich inzwischen schneller über den eigenverbrauchten als über den eingespeisten Strom!» Nicht eigenverbrauchter Strom wird weiterhin ins Stromnetz eingespeist» Ziel: Systeme mit hohem Eigenverbrauchsanteil bei gleichzeitig hohem Autarkiegrad

27 WIRTSCHAFTLICHKEIT EINER SOLARANLAGE ERMITTLUNG ZWEI ENTSCHEIDENDER PARAMETER, WELCHE DIE EFFEKTIVITÄT DES PV-SYSTEMS DEFINIEREN» Eigenverbrauch [%]: E V = E ev / E PV (E ev eigenverbrauchter Strom, E PV erzeugter PV-Strom)» Autarkiegrad [%]: AG = E ev / (E ev + E netz ) (E ev eigenverbrauchter Strom, E netz Strom aus dem Netz)

28 WIRTSCHAFTLICHKEIT EINER SOLARANLAGE WIE KANN EIGENVERBRAUCH UND AUTARKIEGRAD BEEINFLUSST WERDEN?» Lastmanagement Lastkurve des Verbrauchers ermitteln Stromverbrauch an Stromproduktion anpassen Nutzung des überschüssigen PV-Stroms» Speichersysteme Wärmespeicher (Heizung, Brauchwasser) Batteriesysteme (Kleinspeicher, E-Mobilität, etc.)» Größe des PV Systems optimieren Anpassung der PV-Anlage auf den Stromverbrauch

29 BEISPIEL: EINFAMILIENHAUSHALT Durchschnittliche Stromverbrauch deutscher Haushalte Beleuchtung 17 % 15 % 12 % 8 % 19 % 29 % Kühl- und Gefriergeräte, andere mechanische Haushaltsgeräte Kochen, Trocknen, Bügeln und sonstige Prozesswärme Heizung (elektrisch) Warmwasserbereitung einschließlich Waschmaschiene und Geschirrspühler Unterhaltungselektronik, Telekommunikation, Computer Datenquelle: BDEW

30 Stromproduktion/ Strombezug BEISPIEL: EINFAMILIENHAUSHALT Lastenverschiebung Ostausrichtung Südausrichtung Westausrichtung Lastkurve Eigenverbrauch Tageszeit

31 BEISPIEL: EINFAMILIENHAUSHALT» Ca. 50% des Haushaltsverbrauches lassen sich theoretisch durch intelligentes Lastmanagement verschieben => smart home» Im Normalfall findet aber der Großteil (ca %) des Verbrauchs schon tagsüber statt» Steigerungspotential für Eigenverbrauch und Autarkiegrad im Bereich von ca % des Haushaltsverbrauchs

32 WIRTSCHAFTLICHKEIT EINER SOLARANLAGE WIE KANN EIGENVERBRAUCH UND AUTARKIEGRAD BEEINFLUSST WERDEN?» Lastmanagement Lastkurve des Verbrauchers ermitteln Stromverbrauch an Stromgestehung anpassen Nutzung des überschüssigen PV-Stroms» Speichersysteme Wärmespeicher (Heizung, Brauchwasser) Batteriesysteme (Kleinspeicher, E-Mobilität, etc.)» Größe des PV Systems optimieren Anpassung der PV-Anlage auf den Stromverbrauch

33 Stromproduktion/ Strombezug BEISPIEL: EINFAMILIENHAUSHALT Stromspeicherung in elektrischen Systemen Südausrichtung Lastkurve Eigenverbrauch Elektrische Speicherung Tageszeit

34 ÜBERBLICK STROMSPEICHERTECHNOLOGIEN Investitionsentscheidung für ein spezielles Speichersystem Wirkungsgrad [%] Kosten pro installierter Kapazität [ /kwh) Selbstentladung [%/d] Leistung [kw] Maximale Entladetiefe (DoD) [%] Zyklenlebensdauer bei DoD [#] Wartung und Reparatur [%/Jahr] Batteriekapazität [kwh] Ladedauer [kwh/h] Zugriffszeit [kw/s] Bildquelle: Simone Hainz/ pixelio.de

35 SPEICHERUNG DES STROMS Pb-Batterien» Vorteile kostengünstige Speichervariante ausgereifte Technologie modular erweiterbar Recycling-System etabliert» Nachteile Lüftungsanforderung am Installationsort kaum Kostenreduktion in Zukunft zu erwarten geringe Entladetiefe geringe Zyklenzahl geringe Energiedichte

36 SPEICHERUNG DES STROMS Pb-Batterien» Hersteller BAE Berlin Exide Hoppecke Moll Nedap» Anwendungsbeispiele Stationäre Anwendungen Inselnetze Starterbatterie beim Auto Schwarzstart

37 SPEICHERUNG DES STROMS Li-Ionen-Batterien» Vorteile hohe Entladetiefe modular erweiterbar wartungsarm hohe Energie- und Leistungsdichte hohe Zyklenzahl» Nachteile Noch sehr teuer => Kostenreduktion in den kommenden Jahren zu erwarten thermisches Verhalten Bei Wassereinbruch hohe Reaktivität Normung der Systeme fehlt

38 SPEICHERUNG DES STROMS Li-Ionen-Batterien» Hersteller Leclanché SA Saft Batterie GmbH Varta Prosol Invest Deutschland GmbH Nedap SMA» Anwendungsbeispiele Handy Elektroauto Energiemanagement-Systeme Kleinspeicher für Haushalte

39 SPEICHERUNG DES STROMS Speichertechnologien Pb-Batterien Li-Ionen Batterien Wirkungsgrad % % Investitionskosten ( /kwh) Speicherkosten ( /kwh) 0,20 0,25 0,30 0,40 Ladezyklen bis zu bis zu Lebensdauer 7 12 a a Entladetiefe (DoD) % % Technische Reife fortgeschritten einsatzbereit Quelle: EuPD Research, photovoltaik.de

40 WIRTSCHAFTLICHKEIT EINER SOLARANLAGE WIE KANN EIGENVERBRAUCH UND AUTARKIEGRAD BEEINFLUSST WERDEN?» Lastmanagement Lastkurve des Verbrauchers ermitteln Stromverbrauch an Stromgestehung anpassen Nutzung des überschüssigen PV-Stroms» Speichersysteme Wärmespeicher (Heizung, Brauchwasser) Batteriesysteme (Kleinspeicher, E-Mobilität, etc.)» Größe des PV Systems optimieren Anpassung der PV-Anlage auf den Stromverbrauch

41 Eigenverbrauch INTELLIGENTES LASTMANAGEMENT FÜR IHR ZU HAUSE WELCHER EIGENVERBRAUCH IST MÖGLICH? 100 % 90 % 80 % 70 % 60 % 50 % 40 % 30 % 20 % 10 % 0 % Einfamilienhaushalt ca kwh/a Eigenverbrauch [%]: E V = E ev / E PV PV-Leistung der Aufdachanlage in kw p Nutzbare Batteriekapazität 0 kwh 6 kwh 2 kwh 8 kwh 4 kwh 10 kwh Datenquelle: Weniger, Tjaden & Quaschning, HTW Berlin

42 Aurakiegrad INTELLIGENTES LASTMANAGEMENT FÜR IHR ZU HAUSE WELCHER AUTARKIEGRAD IST MÖGLICH? 100 % 90 % 80 % 70 % 60 % 50 % 40 % 30 % 20 % 10 % 0 % Nutzbare Batteriekapazität 0 kwh 6 kwh 2 kwh 8 kwh 4 kwh 10 kwh Einfamilienhaushalt ca kwh/a Autarkiegrad [%]: AG = E ev / (E ev + E netz ) PV-Leistung der Aufdachanlage in kw p Datenquelle: Weniger, Tjaden & Quaschning, HTW Berlin

43 INTELLIGENTES LASTMANAGEMENT FÜR IHR ZU HAUSE Fallbeispiel Einfamilienhaus» Stromverbrauch im Jahr: ca kwh Systemparameter» PV-Größe: 7.74 kwp ( )» Speicherkapazität: 5.7 kwh (8550 ) Gekaufte Elektrizität Eigener PV-Verbrauch PV Produktion PV Einspeisung Gesamter Stromverbrauch» PV-Produktion: kwh» Eigenverbrauch: kwh» Strombezug vom Netz: 840 kwh» Stromverbrauch gesamt: kwh» Eingespeister Strom: kwh» Selbstversorgungsanteil: 73 % » EEG-Vergütung: 950 / Jahr» Stromkosteneinsparung: 650 / Jahr» Stromkosten: 235 / Jahr Nov 11 Dez 11 Jan 12 Feb 12 Mrz 12 Apr 12 Mai 12 Jun 12 Jul 12 Aug 12 Sep 12 Okt 12 Quelle:

44 ZUSAMMENFASSUNG» Stromautarkie: ist mit den heutigen auf dem Markt vorhandenen Technologien teilweise möglich» Bedarfsgerechte Anlagenauslegung: Eine PV-Anlage sollte auf den Verbrauch des Nutzers ausgerichtet sein Stromproduktion und Stromverbrauch aufeinander anpassen» Eigenverbrauchsquote: Eigenverbrauchsquote kann durch geeignetes Lastmanagement gesteigert werden Überschussstrom der PV-Anlage durch Power-to-heat nutzen

45 ZUSAMMENFASSUNG» PV+Speicher Aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten sind Systeme PV+Speicher heute noch nicht rentabel zu betreiben Ausblick: fallende Kosten in Speichertechnologie (Massenware) und steigende Stromkosten werden die Systeme in Zukunft für Investoren interessant machen