nergiezukunft 2050 die Zukunft ist elektrisch und olar!

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1 nergiezukunft 2050 die Zukunft ist elektrisch und olar! Urs Muntwyler Professor für Photovoltaik Berner Fachhochschule Technik und Informatik (BFH-TI) Leiter PV-Labor BFH-TI alt Grossrat Kt. Bern Chair Technical collaboration group IEA Hybrid- and electric vehicles

2 PV Laboratory BFH (Burgdorf) Gegründet: 1988 Leiter: Professor Urs Muntwyler Assistanten + wiss. Mitarbeiter Mitglied Speicher-Forschungscenter Mitglied: SCCER-Furies (Innosuisse) website: SCCER-FURIES Partner ( )

3 Inhalt des Referats Einführung: - Energieverbrauch - CO 2 -Ausstoss - Energiestrategie Potential Solarenergie Netzgekoppelte PV Anlagen: - Technik und Anwendung - Wirtschaftlichkeit Solarstrom Ausblick: - PV - Strom ins Netz - Status Energiestrategie 2050? - 100% Erneuerbar?

4 inführung nergieverbrauch egrenzung CO 2 -Ausstoss nergiestrategie 2050

5 Die Party ist nur kurz und subventioniert Subventionen fossile Energien 2013: 550 Mia US$ (IEA)/ D: 40 Mia Subventionen erneuerbare Energien 2013: 120 Mia US$/ D: 17 Mia Schiefergas ist nur ein kurzfristige Verlängern Peak in den USA: 2020 (IEA World Energy Outlook 2013)

6 IEA roadmap: 50% CO 2 nötig! 2013 sind wir auf über 3 Grad-Kurs vier (zwei 2013) Technologien sind 2017 auf 2DS Kurs (IEA)!

7 Energiestrategie 2050: Das Menü ist Photovoltaik - der Rest ist Beilage! Geothermie ist schwierig also null und plus 4 GWp PV! 12 TWh PV heisst 1,5 kwp PV und 8-10m 2 Fläche pro Person das kostet nur pro Person! Wind ist bereits gebaut durch CH-EWs im Ausland: 3,7+0.1 TWH!

8 Eckwerte der Energiestrategie 2050: 1. Richtwerte für Strom- und Energieverbrauch 2. Zielvorgaben für CO2 Ausstoss von Fahrzeugen 3. Gebäudeprogramm für energetische Sanierungen 4. Richtwerte für erneuerbare Energien 2020/ Befristetes Einspeisevergütungssystem 6. Raschere Bewilligungsverfahren für erneuerbare Energien 7. Unterstützung der Grosswasserkraftwerke 8. Erhöhter Netzzuschlag von 1,5 auf 2,3 Rp./ kwh 9. Förderung des Eigenverbrauchs Lieferung an benachbarte Grundeigentümer und Mieter 10.Keine neuen AKWs Die Energiestrategie 2050 wurde im Sommer 2017 vom Volk angenommen!

9 Stromsparen Technologiepotentiale: Nr. Technologiewechsel Verbrauch 1 Glühlampe E-Spar LED-Leuchte -90% 2 Elektroheizung (AKW) WP (SWW) -90% 3 Benzinauto - E-Mobile (SWW) -75% 4 Haus 1975 MuKen Haus % 5 Kühlschrank (Absorber-Kompressor) -75% 6 TV-Gerät (Röhre OLED) -75% 7 WW-System (Elektro-Solarsystem) -60% 8 Waschmaschine (Elektro-Solarwärme) >60% 9 Motoren -10% bis 30% 10 Plushaus >100%

10 otential Solarenergie/ erneuerbare nergien

11 Bilanz: Energie von der Sonne auf die Erde Die Effekte auf die Erde sind sehr unterschiedlich, daher lohnt es sich, zu schauen, wo die Wirkung am Besten ist.

12 ie Ölflut auf dem Hausdach wir haben genügend Energie sind aber zu faul um sie einzusammeln (Paul Dominik Hasler Philosoph aus Burgdorf)

13 Schweizer Pioniere der Sonnenenergie

14 Off-grid Stromversorgungen für Spital in Rwanda (1984)

15 Berner Fachhochschule / Haute école spécialisée bernoise Technik und Informatik / Technique et informatique Tour de Sol Werbetour für die Sonnenenergie Quer durch die Schweiz mit Solarenergie < 6m 2 (max. 480 Wp) 58 Fahrzeuge in zwei Kategorien!

16 Tour de Sol: Schweizer Pioniere Tour de Sol 85-92: erzeugte Innovationen im Bereich Politik/ Solarenergie und E-Mobile! Neu an der Tour de Sol 87: Leicht-Elektromobile mit netzgekoppelten PV- Anlagen! Netzgekoppelte PV- Anlagen: Burgdorf führte die kostendeckende Einspeisevergütung KEV ein (1989)! SMART Auto ein spin-off der Tour de Sol lanciert von SWATCH Chef Nicolas Hayek!

17 etzgekoppelte PV Anlagen: Technik - nwendung

18 40 Jahre PV in der Schweiz Erstes Pilot- und Demonstrations Programm für PV in der Schweiz bei Hasler AG Bern späte 70-er Jahre bis1984. Ziel: Speisung von Telekomm- Anlagen an netzfernen Standorten z.b. Funkumsetzer auf dem Muttler (3 000m.ü.M.). Beteiligung an PV Firmen Semix/ Pasan/ Photonetics (CH) Einer der Standorte: PTT Tower Chasseral PV Module von Solarex HE 51 m-si mit 2 verschiedenen Frontabdeckungen der Solarmodule (Photo 1983/Mu).

19 DOE PV Prognose mit Verzögerung 1980 Wechsel in der Administration der USA (Carter-Reagan): sehr schlecht für US Solar-und PV-Industrie! Politik hat grossen Einfluss auf die nationale Wirtschaft!

20 Solarbrüter von BP Solar/ Solarex (1982-) Historisch grösste PV-Produktion der Welt mit Plusbilanz in Frederick (USA) 1992 ca. 2010

21 Prinzip netzgekoppelte PV-Anlagen Copyright Muntwylers SolarAkademie

22 PV Markt überrascht IEA jedes Jahr Im «World Energy Outlook» unterschätzt die IEA jährlich das Wachstum der erneuerbaren Energien, hier PV!

23 PV-Prognose: starkes Wachstum Realität.: 2016: 75 GWp/ 2017: ca. 100 GWp

24 Preis-Lernkurve von c-si PV-Module

25 Was kostet der Solarstrom was die Forscher meinen: PV Strompreise ETHZ-Studie (2012): 2010: Rp./ kwh 2020: Rp./ kwh 2035: Rp./ kwh 2050: 6-10 Rp./ kwh PV Strompreise PSI-Studie (2017): 2017: Rp./ kwh 2050: 8-19 Rp./ kwh

26 Berner Fachhochschule / Haute école spécialisée bernoise Technik und Informatik / Technique et informatique Prognose Solarstrom: Botschaft: «PV Strom wird günstiger!» brachte wenig Freunde! Folie bei BKW 1,2 GW AKW Mühleberg Planungskommission Grossrat Kt. Bern/ VR BKW AG Nov. 2010

27 PV-Strompreis Schweiz EFH (2012-er Zahlen): Stromgestehungskosten 2.5% Zinsen real, mit 30 % Investitions- bzw. Steuer-Abzügen

28 PV-Strompreis W.a.A. 10 kwp «Süd 20 Grad»: Anlage Strom* Preis Kosten eff.* Strom/ kwh*** Einnahmen 10 kwp kwh ,4 Rappen Verbrauch kwh Eigenverbr 360 kwh 25 Rp/ kwh Überschuss kwh 9 Rp/ kwh Einnahmen Fazit: Mit den neuen BKW Rückspeisetarifen ist die Anlage nach 14,2 Jahren (28,4 Jahren) abbezahlt und hat das Kapital mit 2,5% verzinst! * 10% Reserve bei Produktion Alterung etc. ** Nach Steuerabzug + Einmalvergütung EIV ***Alter 25 Jahre/ Stromkosten 2.5% Zinsen real, mit 30 % Investitions- und Steuer-Abzügen + 2Rp/ kwh Service

29 PV-Strompreis W.a.A 3 kwp «Süd 20 Grad»: Anlage Ertrag* Preis Kosten eff.* Strom/ kwh*** Einnahmen 3 kwp kwh ,8 Rappen Verbrauch kwh Eigenverbr 900 kwh 25 Rp/ kwh Überschuss kwh 9 Rp/ kwh Einnahmen Fazit: Mit den neuen BKW Rückspeisetarifen ist die Anlage nach 23,1 Jahren (alt: 30,5 Jahre) abbezahlt und hat das Kapital mit 2,5% verzinst! * 10% Reserve: Alterung etc. ** Nach Steuerabzug + Einmalvergütung EIV ***Alter 25 Jahre/ Stromkosten 2.5% Zinsen real, mit 30 % Investitions- und Steuer-Abzügen + 2Rp/ kwh Service

30 PV-Strompreis W.a.A. «Nord-Dach 20 Grad: Anlage Strom* Preis Kosten eff.* Strom/ kwh*** Einnahmen 10 kwp kwh ,2 Rappen Verbrauch kwh Eigenverbr 480 kwh 25 Rp/ kwh Überschuss kwh 9 Rp/ kwh Einnahmen Fazit: Mit den neuen BKW Rückspeisetarifen ist die Anlage nach 18,5 Jahren (34,25 Jahren!) abbezahlt und hat das Kapital mit 2,5% verzinst! * 10% Reserve bei Produktion Alterung etc. ** Nach Steuerabzug + Einmalvergütung EIV ***Alter 25 Jahre/ Stromkosten 2.5% Zinsen real, mit 30 % Investitions- und Steuer-Abzügen + 2Rp/ kwh Service

31 Lernen von der Vergangenheit Verbesserungen seit dem 1. Pilot- und Demonstrations- Programm für PV in der Schweiz bei Hasler AG Bern späte 70-er Jahre bis1984: Energierücklaufzeit Si-c PV Module >30! Material rezyklierbar zu 90-95%! Preisrückgang grösser Faktor 200/ Effizienz verdoppelt/ Modules sind 10-mal grösser PV Module sind >4 000-mal besser als vor 40 Jahren!

32 V Strom fürs Auto V Strom fürs Plushaus V Anlage: Realisation

33 Energieverbrauchsstandards im Haus in der Schweiz liter fuel oil equivalent per m < usual new model building 1975 ordinance 1992 * inkl. Warmwasser model instructions 2000 Minergie* 1998 model instructions 2008 Minergie* Minergie-P* Minergie-A* Plus-energyhouse** Plus-energyhouse with E- mobility -7.5 Plus-energyhouse with E- mobility and gray energy

34 Mein Plushaus PV on my home: Verbraucher Verbrauchsgrösse Spez. Verbrauch Energie Heizbedarf m 2 10 kwh/ m kwh Warmwasser x50 l/ Pers 200 l/ 43 o K kwh Strombedarf Haushalt 4x1 000 kwh kwh Auto Total km/j 15kWh/100km kwh kwh 1 Vorgabe Muken 2014 Energiegesetz! Berechnung PV Anlage: Haus analysieren: Website Swissolar: Faustformel Leistung: Jahresverbrauch/ h Leistung PV-Anlage! Fläche: Total kwh/ 250 kwh x 1,6 m 2 (8 050 kwh/ 300 kwh x1,6m 2 = 45m 2 )

35 Berner Fachhochschule / Haute école spécialisée bernoise Umweltbilanz/ Technik und Informatik / Technique et informatique Kosten E-Mobil mit PV Beispiel BFH in Burgdorf: Der Solarcarport mit 2,5 kwp (< Fr.) spart in 30 Jahren Liter Benzin mit einem heutigen Elektroauto (PHV) - Opel Ampera! PHV E-Mobil braucht: Wp Photovoltaik für km/ Jahr - Spart 900 l Benzin / Jahr (ca pro Jahr)! Für die graue Energie der Batterie braucht es zusätzliche 150 Wp PV!

36 Was kriegen wir für sFr.? Dafür erhalten Sie die Energie fürs Heizen, Warmwasser und Strom für Jahre! Dazu Benzin fürs Elektroauto für 30 Jahre. Das spart bei Auto 30 x km/ Jahr x 6 Liter/ 100km x sfr. 1.60/l = sfr. für das Benzin! Sie haben die Energie fürs Auto gekauft und die Energie fürs Haus ist gratis 30 Jahre lang!

37 lanung und Realisation von PV Anlagen

38 Das Potential ist auf den Gebäuden 60% Möglicher Anteil des Endverbrauchs von Elektrizität 50% 40% 30% 20% 10% 0% Potential Schweiz konservativ für Photovoltaik: Dächer 24 TWh/ Fassaden 6 TWh (2017 Meteotest)

39 Ziel «Plushaus» in der Jahresbilanz! Plusenergie-Gebäude (Solarpreisgewinner 2009 in Thalwil (ZH)

40 MFH - Plushaus: PV Ost-West Das 1947 erstellte, energetisch sanierte und mit Ost-West PV-Anlage von 34,6 kwp und 8,6 m2 Vakuumkollektoren deckt nun 187% seines Energieverbrauchs. Aber Eigenverbrauch Strom 2013/2014: 10,7%/ 9,9% (hoher Überschuss kleiner Eigenverbrauch)!

41 Neue Solarfassaden Architekt Viriden + Partner AG Flumroc AG Flums PV in Fassade und auf Dach ca kwh/ J (Plushaus) Hofwiesen-Rothstrasse Zürich farbige PV-Module in der Fassaden

42 Stromproduktions-Design (täglich/ saisonal) mit PV-Fassade Leistungs- und Lastprofil Sihlweid (ZH) am :15 00:45 01:30 02:15 03:00 03:45 04:30 05:15 06:00 06:45 07:30 08:15 09:00 09:45 10:30 11:15 12:00 12:45 13:30 14:15 15:00 15:45 16:30 17:15 18:00 18:45 19:30 20:15 21:00 21:45 22:30 23:15 AC-LEISTUNG [KW] EINSTRAHLUNG HHOR [KW/M2] ZEIT Ostfassade Südfassade Westfassade Nordfassade Summe PV-Leistung Standardlastprofil H0 - Haushalte Horizontalstrahlung

43 rhöhung des Eigenverbrauchs: Verbraucher Batterien E-Mobil

44 PV-Anlagen mit Speicher Berner Fachhochschule / Haute école spécialisée bernoise Technik und Informatik / Technique et informatique

45 Bestimmung des Autarkiegrades Hohe Autarkie bedingt viel PV und eine grosse Batterie

46 Eigenverbrauchsoptimierung EVO Eigenverbrauchsoptimierung mit Strom aus PV Anlage (VESE) 46

47 Performance von PV-WR-Batteriesystemen Aufwändige und teure Messtechnik ist nötig! Starke Synergien zum Messen von PV- Wechselrichtern! Das PV Labor der BFH war einziger Schweizer Teilnehmer der Arbeitsgruppe «Energieeffizienzleitfaden» der HTW Berlin (Ausgabe April 2017)!

48 opologien AC-gekoppelt DC-gekoppelt 03-Speichermonitoring-Jahresbericht-2016-Kairies-web.pdf

49 Das bidirektionale E-Mobil: Nissan Leaf BSc Diplomarbeit von Benjamin Ulrich: bidirektionales E-Mobil «Nissan Leaf» mit CHAdeMO Lademodus.

50 usblick: 100% Erneuerbar? PV - Strom ins Netz Status Energiestrategie 2050?

51 Hoher PV-Anteil im Netz ein Problem? 20% Solarstrom im Netz ohne Speicherung (14 GWp)

52 Management PV Überproduktion: Nr. Massnahme + PV power Kosten 1 Limitieren 30% der PV power +42% 3% 2 Verbraucher einschalten +20% < 5% 3 NeueVerbraucherwieEVs, Wärmepumpen mit Speicher etc. +80% 0-50% 4 Limitieren 50% der PV power +100% 18% 5 Ost-West PV Installationen +50% ca. 20% 6 Dezentrale Batterien +50% <50% 7 Pumpspeicherwerke +50% 50% 8 Netzverstärkung (Hochspg.) Ca. 20% ca. 25% Bereits mit den Massnahmen 2-5 kann + 642% Leistung gemanagt werden 32,4 TWh PV! Pumpspeicherwerke braucht es für so wenig PV nicht!

53 Berner Fachhochschule / Haute école spécialisée bernoise Technik und Informatik / Technique et informatique Stand Energie Strategie * Total Wind CH und Europe PV * Projekte total 2017 Wind energy geothermal energy Biomass(wood) Biogas * KEV in Betrieb Wastewater treatment plant Waste incinerationplant (50% renewable) *PV CH 2017: PV 1,5 TWh/ CH Wind Ausland: >4TWh 2.Q KEV: in Betrieb 3,3TWh/ Pos. Entsch.: 2,9TWh/ Warteliste:7TWh Gesamt: 14,2TWh (+1TWh PV ohne KEV)

54 Berner Fachhochschule / Haute école spécialisée bernoise Technik und Informatik / Technique et informatique PV Mark Schweiz Produktion 2017: ungefähr PV 1,5 TWh Mit Zubau +300 MWp braucht es 25 Jahre um 6 TWh Solarstrom zu produzieren der Markt muss auf MWp steigen!

55 Strategie Stanford University (CA/ USA):

56 «100% Erneuerbar» ist der nächste Schritt!

57 Schlussfolgerung - PV- und (Wind-) energie sind heute die günstigsten Stromquellen. Eine PV Anlage kann jeder Hausbesitzer bauen! - Förderungen sind in Zukunft nicht mehr nötig auf jedes Haus gehört eine grosse PV Anlage! - Neue und sanierte Häuser können heute als Plusenergie- Häuser realisiert werden. - Die Häuser werden in Zukunft vorwiegend von Wärmepumpen beheizt. Dies, zusammen mit dem Elektroauto und allenfalls einer Batterie verbessert die Wirtschaftlichkeit der PV-Anlage! - Der PV Markt Schweiz muss um das 3-4 -Fache wachsen! Die technischen Probleme zur Integration des PV Stroms sind von Ingenieuren zeitgerecht lösbar (SCCER-Furies)! Die Energiestrategie 2050 ist besser unterwegs als geplant!

58 Auf viele PV Anlagen in der Schweiz! Besten Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Mehr Infos: