PHOTOVOLTAIK ALS ZENTRALE SÄULE UNSERES KÜNFTIGEN, ERNEUERBAREN ENERGIESYSTEMS

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1 PHOTOVOLTAIK ALS ZENTRALE SÄULE UNSERES KÜNFTIGEN, ERNEUERBAREN ENERGIESYSTEMS Eicke R. Weber Direktor, CEO Berkeley Education Alliance for Research in Singapore BEARS (bis : Direktor, Fraunhofer ISE, Freiburg) Eröffnungsseminar Erneuerbare Energien HS Karlsruhe, 15. März 2017 Grafik: Primolo Eicke R. Weber

2 Nachhaltigkeit als zentrale Aufgabe der Menschheit n Die Menschheit kann nur dann langfristig auf unserem Planeten leben wenn wir nur verbrauchen was nachwächst (Pflanzen) bzw. unerschöpflich vorhanden ist (wie Sonnenlicht), oder was wir ersetzen (Recycling) n Dies bezeichnen wir mit Nachhaltigkeit n Nachhaltigkeit ist erforderlich für Nutzung von Ressourcen (Lebensmittel, Wasser, Land) sowie Energie n Bis vor ca. 150 Jahren lebten wir weitgehend nachhaltig auf dem Planeten, z.b. durch Nutzung von Holz, geringem Ressourcenbedarf, aber bereits mit einigen Ausnahmen, wie z.b. Entwaldung, Osterinseln n Seid ca führte uns die Industrialisierung in eine zunehmend ressourcenverschwendende, nicht mehr nachhaltige Lebensweise n Wir wollen dies am Beispiel der Aufgabe der Transformation des Energiesystems näher betrachten, in dem auch die Gefahr für das Weltklima eine zentrale Rolle spielt 2

3 Eine radikale Transformation unseres globalen Energiesystems ist erforderlich n Verknappung fossiler Brennstoffe Fossile Brennstoffe werden knapper. 3

4 Eine radikale Transformation unseres globalen Energiesystems ist erforderlich n Verknappung fossiler Brennstoffe n Gefahr katastrophaler Klimaveränderungen n Risiko von Nuklearunfällen/ Endlagerfrage n Abhängigkeit von Importen aus politisch unstabilen Regionen Dazu kommen seit Kurzem: Die Welt wird wärmer. Zunehmende wirtschaftliche Chancen dieses disruptiven Prozesses! 4

5 5 th AVE NYC 1900 Where is the! car?! Copyright 2016 Tony Seba US National Archives Tony Seba: Clean Disruption of Energy and Transportation : Fifth Ave NYC on Easter Morning 1900 Slide courtesy Tony Seba

6 5 t h AVE NYC 1913 Where is the! horse?! Copyright 2016 Tony Seba Slide courtesy Tony Seba George Grantham Bain Collection Photo: Easter 1913, New York. Fifth Avenue looking north.

7 Expert Disruption Forecasts In the mid-1980s AT&T hired McKinsey & Co to forecast cell phone adoption by the year 2000 THEIR (15-YEAR) PREDICTION 900,000 SUBSCRIBERS They were off by a factor of: 120x THE ACTUAL NUMBER WAS 109 million Copyright 2016 Tony Seba Motorola DynaTAC 8000X from Source: Wikimedia, Source: Economist Slide courtesy Tony Seba

8 CLEAN DISRUPTION OF ENERGY & TRANSPORTATION! Energy Storage Electric Vehicles Self-Driving Solar yright 2016 Tony Seba Slide courtesy Tony Seba

9 On the Cusp of Disruption of Energy (& Transportation) 2017 We are here! Copyright 2016 Tony Seba Slide courtesy Tony Seba

10 This is NOT an Energy Transition This is a Technology Disruption Copyright 2016 Tony Seba Copyright 2016 Tony Seba Photo: Tony Seba Slide courtesy Tony Seba

11 Die Transformation des Energiesystems erfordert: 11 n Verbesserte Energieeffizienz in Gebäuden, Transport (e-mobilität) and Produktion n Rasche Entwicklung der regenerativen Energien, wie PV, ST, Wind, Hydro, Geothermie und Biomasse in Richtung auf eine Zukunft mit 100% regenerativen Energien n Entwicklung von Energie Speichertechnologien n Ausbau des Stromnetzes für dezentrale Einspeisung, weiträumigen Transport und intelligenten Verbrauch ( smart grid ) n Integration des Strom-, Gas- & Wärmenetzes

12 12

13 Electricity supply from renewable energy sources Development in Germany Year 2013 EEG Januar 2012 EEG August 2014 Total* 25.4% PV 5.0% GW EEG Januar 2009 Bio 8.0% GW Novelle BauGB November 1997 StromEinspG: Januar 1991 März 2000 EEG April 2000 EEG August 2004 Wind-onsh 8.7% GW Wind-offsh 0.1% GW Hydro 3.5% GW 13 * gross electricity demand

14 World EnergyRessources renewable finite World Energy Ressources (TWyear) SOLAR 23,000 per year per year Waves per year 3-11 per year OTEC WIND Natural Gas 215 Total 240 Total 2010 World energy use: 16 TWy per year 2 6 per year Biomass Petroleum 2050: 28 TW TIDES 0.3 per year 3 4 per year HYDRO per year Geothermal Total Uranium R. Perez et al. 900 Total reserve 14 COAL

15 renewable finite World Energy Ressources (TWyear) SOLAR 23,000 per year per year Waves per year 3-11 per year OTEC WIND Natural Gas 330 Total 310 Total 2010 World energy use 16 TWy per year 2 6 per year Biomass Petroleum 2050: 28 TW TIDES 0.3 per year 3 4 per year HYDRO per year Geothermal Total Uranium R. Perez et al. 900 Total reserve 15 COAL

16 Long-term utility-scale PV system price scenarios 16 Source: Fraunhofer ISE (2015): Current and Future Cost of Photovoltaics. Study on behalf of Agora Energiewende

17 Levelized cost of electricity Solar power will rapidly become the lowest-cost form of electricity in many regions of the world! Dubai 2016: 2,42ct/kWh!! 17 Source: Fraunhofer ISE (2015): Current and Future Cost of Photovoltaics. Study on behalf of Agora Energiewende

18 PV Produktions-Technologien Produktion 2013 (GWp) Thin film 3.2 Mono-Si 12.6 Multi-Si 19.2 Ribbon-Si 0 Data: Navigant Consulting and IHS; since 2012: estimation from different sources. Graph: PSE AG

19 Crystalline Silicon Technology Portfolio c-si PV modules: no commodity, high-tech products! material quality n diffusion length n base conductivity device quality n passivation of surfaces n low series resistance n light confinement material quality cell structures n PERC: Passivated Emitter and Rear Cell n MWT: Metal Wrap Through n IBC-BJ: Interdigitated Back Contact Back Junction n HJT: Hetero Junction Technology Industry Standard 14% PERC 15% BC- HJT IBC-BJ HJT MWT- PERC 16% module efficiency 21% 20% 19% 18% 17% device quality Adapted from Preu et al., EU-PVSEC

20 Advanced Cell Technologies Passivated Emitter and Rear PERC 1 Heterojunction on Intrinsic layer HIT 3 Passivating Layer Local Contacts Metal Wrap-Through MWT-PERC 2 Interdigitated Back Contact/Junction IBC-BJ 4 Lightly Doped Front Diffusion Texture+passivation Layer Metal Wrap Through Contact Passivating Layer Local Contacts 20 1 Blakers et al., Appl. Phys. Lett. 55, pp , Dross et al., Proc. 4th WCPEC, 2006, pp Sanyo/Panasonic 4 Sunpower

21 Advanced Cell Technologies Tunnel Oxide Passivated Contact (TOPCon) n TOPCon enables: n Excellent carrier-selectivity n High tolerance to high-temperature processes n Very high V oc and FF achieved due to n Excellent surface passivation n 1D carrier flow pattern in base V oc J sc FF η [mv] [ma/cm 2 ] [%] [%] Champion [*] n-base [*] FZ-Si, n-type, 2x2 cm², aperture area, confirmed by Fraunhofer ISE Callab 21 TOPCon: J 0,rear 7 fa/cm²

22 Advanced Cell Technologies Tunnel Oxide Passivated Contact (TOPCon) n TOPCon enables: n Excellent carrier-selectivity n High tolerance to high-temperature processes n Very high V oc and FF achieved due to n Excellent surface passivation n 1D carrier flow pattern in base V oc J sc FF η [mv] [ma/cm 2 ] [%] [%] Champion [*] n-base [*] FZ-Si, n-type, 2x2 cm², aperture area, confirmed by Fraunhofer ISE Callab 22 TOPCon: J 0,rear 7 fa/cm²

23 Poly-Si Silicor vs. Supply: Siemens The Process Silicor vs. Siemens Process Silicor Process Siemens Process Step 1 Dissolve MG-Si with Al and harvest silicon flakes Step 2 Acid wash to dissolve aluminum from solar flakes Dissolve Silicon in Aluminum Aluminum Acid Wash Harvest solar silicon flakes The Siemens process is energy and capital intensive as it makes three states of matter changes (solid>liquid>gas>solid) 1) Metallurgical grade silicon MG-Si is combined with hydrochloric acid at 300 C in a fluidized bed reactor to form SiHCL 3 2) Resulting tri-chlorine saline SiHCL 3 goes through a dust filtration process and condenses back to a liquid 3) The SiHCL 3 is then run through a distillation process to remove impurities 4) The pure SiHCL 3 is reacted with hydrogen at 1,100 C for ~ hours to produce a very pure form of silicon 5) The reaction takes place in large vacuum chambers and the silicon is deposited onto thin polysilicon rods to producer larger rods (Siemens process) 6) The rods are broken up and packaged as finished solar silicon Step 3 Melt flakes in a furnace to solidify into ingot Directional Solidification 6 Finished Solar Silicon 2 Step 4 Cut and package to finished solar Si Finished Solar Silicon 1 23 Silicor plant capital costs of $36/kg compared to comparable Siemens plant costs of ~$100/kg+ 6

24 NexWafe: Kerfless Wafer Production for High-Efficiency PV n Product: n-type wafer for high-efficiency solar cells n ISE high-throughput ProConCVD to grow the epitaxial layer n Wafer thickness 150 µm à drop-in replacement for Cz-wafer n Proof-of-concept verified on small scale, upscaling under way! n Wafers available 2017! Removed epitaxial wafer Seed wafer re-usable 24

25 Kerfless PV Wafer wafer Technologies: process for mass Kerfless production wafers for mass production Key differentiators 25 In-line process and equipment for creating weak layer for mass production in contrast to slow single wafer processing High-throughput patent-protected silicon deposition tool and process Free-standing silicon wafer no need for temporary substrates in subsequent cell processing steps Low cost, high efficiency EpiWafer True drop-in replacement for Cz silicon wafers Release layer Detachment Kerfless Si wafer 6 Epitaxy re-usable Si wafer Epitaxially grown Si wafer re-usable Si wafer re-usable Si wafer Monocrystalline EpiWafer

26 26

27 High-Efficiency III/V Based Triple-Junction Solar Cells 27 Slide: courtesy of F. Dimroth

28 InP based 4-Junction Solar Cell Results on Engineered Substrate 28 GaInP 1.9 ev GaAs1.4 ev Bonding GaInAsP 1.0 ev GaInAs 0.7 ev InP engineered substrate V oc [V] FF [%] η [%] One sun QuadFlash: η = 46 % C = 312 Single Flash QuadFlash lot29-02-x23y Concentration [suns]

29 29 46 %

30 Täglicher Stromverbrauch Juli 2013 Fab Dienstag, den in kw :00:00 00:30:00 01:00:00 01:30:00 02:00:00 02:30:00 03:00:00 03:30:00 04:00:00 04:30:00 05:00:00 05:30:00 06:00:00 06:30:00 07:00:00 07:30:00 08:00:00 08:30:00 09:00:00 09:30:00 10:00:00 10:30:00 11:00:00 11:30:00 12:00:00 12:30:00 13:00:00 13:30:00 14:00:00 14:30:00 15:00:00 15:30:00 16:00:00 16:30:00 17:00:00 17:30:00 18:00:00 18:30:00 19:00:00 19:30:00 20:00:00 20:30:00 21:00:00 21:30:00 22:00:00 22:30:00 23:00:00 23:30:00 Uhrzeit Grafik: Ralf Hofmann, CEO KACO 30

31 Täglicher Stromverbrauch August 2013 Fab 5 mit 2 MW PV System 140 Dienstag, den In kw :00:00 00:30:00 01:00:00 01:30:00 02:00:00 02:30:00 03:00:00 03:30:00 04:00:00 04:30:00 05:00:00 05:30:00 06:00:00 06:30:00 07:00:00 07:30:00 08:00:00 08:30:00 09:00:00 09:30:00 10:00:00 10:30:00 11:00:00 01:30:00 12:00:00 12:30:00 13:00:00 13:30:00 14:00:00 14:30:00 15:00:00 15:30:00 16:00:00 16:30:00 17:00:00 17:30:00 18:00:00 18:30:00 19:00:00 19:30:00 20:00:00 20:30:00 21:00:00 21:30:00 22:00:00 22:30:00 23:00:00 23:30:00 Uhrzeiten Kosten: 2M, Einsparung Stromkosten: /a! Grafik: Ralf Hofmann, CEO KACO

32 Täglicher Stromverbrauch August 2013 Fab 5 mit 2 MW PV System 140 Dienstag, den In kw :00:00 00:30:00 01:00:00 01:30:00 02:00:00 02:30:00 03:00:00 03:30:00 04:00:00 04:30:00 05:00:00 05:30:00 06:00:00 06:30:00 07:00:00 07:30:00 08:00:00 08:30:00 09:00:00 09:30:00 10:00:00 10:30:00 11:00:00 01:30:00 12:00:00 12:30:00 13:00:00 13:30:00 14:00:00 14:30:00 15:00:00 15:30:00 16:00:00 16:30:00 17:00:00 17:30:00 18:00:00 18:30:00 19:00:00 19:30:00 20:00:00 20:30:00 21:00:00 21:30:00 22:00:00 22:30:00 23:00:00 23:30:00 Uhrzeiten Kosten: 2M, Einsparung Stromkosten: /a! Grafik: Ralf Hofmann, CEO KACO

33 Globaler PV-Markt : Die erste Welle der Photovoltaik! Prognose der Entwicklung von Angebot und Nachfrage im globalen PV-Markt. 33 Quelle: Lux Research Inc., Grafik: PSE AG

34 Globaler PV-Markt Prognose bis 2017: Wir stehen am Beginn der zweiten Welle der PV! Prognose der Entwicklung von Angebot und Nachfrage im globalen PV-Markt. 34 Quelle: Lux Research Inc., Grafik: PSE AG

35 Projections to TW-scale PV from TW workshop March Using simple assumptions, we can project that just maintaining the 2015 deployment rate would reach 1-TW deployment before A 25% annual growth rate would reach 5-10 TW by 2030!

36 PV Markt Wachstum (IEA 2014) n Die rasche Implementierung der globalen PV wird angetrieben durch die Verfügbarkeit von preiswerter, sauberer und verteilt bereit gestellter Energie n Mehr als GW p an solarer PV werden bis 2050 installiert werden Wir sind noch ganz am Anfang der globalen Wachstumskurve!! Source: IEA

37 PV Markt Wachstum (IEA 2014) n Die rasche Implementierung der globalen PV wird angetrieben durch die Verfügbarkeit von preiswerter, sauberer und verteilt bereit gestellter Energie n Mehr als GW p an solarer PV werden bis 2050 installiert werden Wir sind noch ganz am Anfang der globalen Wachstumskurve!! Source: IEA

38 Regenerative Energien Modell REMoD-D: Ansatz Strukturoptimierung Exogene Vorgaben CO 2 -Emissionen è verfügbare Menge fossiler Energieträger Weitere externe Randbedingungen (z.b. verfügbare Biomasse, ) Optimierer Optimierung Gesamtsystem (Minimierung jährliche Gesamtkosten) Ergebnisse Installierte Leistung aller Komponenten Größe Speicher Umfang energetische Sanierung Gebäude Wärmeversorgungstechniken Gebäudesektor (Wärmenetze, dezentral) 38

39 Optimization of Germany s future energy system based on hourly modeling Comprehensive analysis of the overall system Electricity generation, storage and end-use Fuels (including biomass and synthetic fuels from RE) REMod-D Renewable Energy Model Deutschland Slide courtesy Hans-Martin Henning 2014 Mobility (batteryelectric, hydrogen, conv. fuel mix) Heat (buildings, incl. storage and heating networks) Processes in industry and tertiary sector 39 Fraunhofer ISE

40 Optimization of Germany s future energy system based on hourly modeling erneuerbare Energien primäre Stromerzeugung fossil-nukleare Energien PV Wind On Wind Off Wasserkraft Atom-KW Steink.-KW Braunk.-KW Öl-KW 147 GW 120 GW 32 GW 5 GW 0 GW 7 GW 3 GW 0 GW Elektrolyse 33 GWel H2-Speicher 0 5 Batterien 4 9 Pump-Sp-KW 7 24 GWh 60 GWh Brennstoffe 394 Erdgas Biomasse Treibstoff Verkehr Sabatier 0 Methan-Sp. 0.0 GWgas Gasturbine 1 GW GuD-KW 3 GW KWK-GuD GWel 20 W-Speicher 173 GWh WP zentral GWth 40 Gebäude 59 Solarthermie GWth Wärmenetze mit GuD-KWK REMod-D Renewable Energy Model Deutschland Slide courtesy Hans-Martin Henning 2014 Fraunhofer ISE Strombedarf gesamt (ohne Strom für Wärme und MIV) ungenutzter Strom (Abregelung) KWK-BHKW GWel Solarthermie 6 3 W-Speicher 15 W-Speicher 7 GWth 27 GWh Verkehr (ohne 173 GWh 5 Schienenverkehr/Strom) 8 WP zentral Wasserstoff-basierter Verkehr 7 GWth Gas-WP Gebäude 82 Traktion Gebäude 15 GWth 41 H2-Bedarf Batterie-basierter Verkehr Solarthermie 13 Einzelgebäude mit Gas-Wärmepumpe Traktion GWth Wärmenetze mit Strombedarf 55 BHKW-KWK Brennstoff-basierter Verkehr Traktion 55 Brennstoffe 220 el. WP Sole W-Speicher Traktion gesamt GWth 103 GWh % Wert % Mini-BHKW 23 4 W-Speicher 6 GWel 46 GWh Solarthermie 8 45 Gebäude Brennstoff-basierte Prozesse in 4 9 GWth 60 Industrie und Gewerbe gesamt 445 Solarthermie 3 22 Gebäude Einzelgebäude mit Sole-Wärmepumpe 420 Solarthermie 25 4 GWth 26 Brennstoffe 420 Einzelgebäude mit Mini-BHKW 4 6 Wärmebedarf gesamt 388 el. WP Luft W-Speicher Solarthermie 12 6 W-Speicher Raumheizung Warmwasser ungenutzt 19 GWth 87 GWh 14 GWth 56 GWh Solarthermie 7 39 Gebäude 73 Gaskessel Gebäude 0.6 Geothermie 6 Gebäude 8 GWth GWth 86 2 GWth 6 Einzelgebäude mit Luft-Wärmepumpe Einzelgebäude mit Gaskessel Wärmenetze mit Tiefen-Geothermie 40 Fraunhofer ISE

41 Electricity generation erneuerbare Energien primäre Stromerzeugung fossil-nukleare Energien PV Wind On Wind Off Wasserkraft Atom-KW Steink.-KW Braunk.-KW Öl-KW 147 GW 120 GW 32 GW 5 GW 0 GW 7 GW 3 GW 0 GW Slide courtesy Hans-Martin Henning 2014 Fraunhofer ISE 103 Elektrolyse 33 GWel H2-Speicher Batterien 4 9 Pump-Sp-KW 7 24 GWh 60 GWh Biomasse Sabatier 0 Methan-Sp. 0.0 GWgas 0 23 Brennstoffe 394 Erdgas Treibstoff Verkehr Photovoltaics GW el 0 6 Gasturbine 1 GW KWK-GuD GWel 20 W-Speicher 173 GWh WP zentral GWth 40 Gebäude 59 Solarthermie GWth Wärmenetze mit GuD-KWK Strombedarf gesamt (ohne Strom für Wärme und MIV) GW ungenutzter Strom (Abregelung) 3 4 el 26 KWK-BHKW GWel Solarthermie 6 3 W-Speicher 15 W-Speicher 7 GWth 27 GWh Verkehr (ohne 173 GWh 5 Schienenverkehr/Strom) 8 WP zentral Wasserstoff-basierter Verkehr 7 GWth Gas-WP Gebäude 82 Traktion Gebäude 15 GWth 41 H2-Bedarf Batterie-basierter Verkehr Solarthermie 13 Einzelgebäude mit Gas-Wärmepumpe Traktion GWth Wärmenetze mit Strombedarf 55 BHKW-KWK Brennstoff-basierter Verkehr Traktion 55 Brennstoffe 220 el. WP Sole W-Speicher Traktion gesamt GWth 103 GWh % Wert % Medium and large size CHP Mini-BHKW 23 4 W-Speicher 6 GWel 46 GWh Solarthermie 8 45 Gebäude Brennstoff-basierte Prozesse in 4 9 GWth 60 Industrie und Gewerbe gesamt 445 Solarthermie 3 22 Gebäude Einzelgebäude mit Sole-Wärmepumpe 60 GW el 420 Solarthermie 25 4 GWth 26 Brennstoffe 420 Einzelgebäude mit Mini-BHKW 4 6 Wärmebedarf gesamt 388 el. WP Luft W-Speicher Solarthermie 12 6 W-Speicher Raumheizung Warmwasser ungenutzt 19 GWth 87 GWh 14 GWth 56 GWh Solarthermie 7 39 Gebäude 73 Gaskessel Gebäude 0.6 Geothermie 6 Gebäude 8 GWth GWth 86 2 GWth 6 Einzelgebäude mit Luft-Wärmepumpe GuD-KW 3 GW 0 3 Onshore Wind (connected to district heating) Einzelgebäude mit Gaskessel Offshore Wind 32 GW el 4 Wärmenetze mit Tiefen-Geothermie 41 Fraunhofer ISE

42 Storage erneuerbare Energien primäre Stromerzeugung fossil-nukleare Energien PV Wind On Wind Off Wasserkraft Atom-KW Steink.-KW Braunk.-KW Öl-KW 147 GW 120 GW 32 GW 5 GW 0 GW 7 GW 3 GW 0 GW Slide courtesy Hans-Martin Henning Fraunhofer ISE Stationary batteries 103 Brennstoffe 394 Erdgas Elektrolyse 0 33 GWel Biomasse Total 24 GWh (e.g. 8 Mio 82 6 H2-Speicher Treibstoff Verkehr units with 3 kwh each) Fraunhofer ISE Sabatier 0 Methan-Sp. 0.0 GWgas Batterien 4 9 Pump-Sp-KW 7 24 GWh 60 GWh 0 Gasturbine 1 GW Strombedarf gesamt (ohne Strom für Wärme und MIV) ungenutzter Strom (Abregelung) KWK-BHKW GWel Solarthermie 6 3 W-Speicher 15 W-Speicher 7 GWth 27 GWh Verkehr (ohne 173 GWh 5 Schienenverkehr/Strom) 8 WP zentral Wasserstoff-basierter Verkehr 7 GWth Gas-WP Gebäude 82 Traktion Gebäude 15 GWth 41 Electrolysers H2-Bedarf 82with total 59 Batterie-basierter Verkehr Solarthermie 13 Einzelgebäude mit Gas-Wärmepumpe Wärmenetze mit capacity GWth Strombedarf of GW el BHKW-KWK 4 Brennstoff-basierter Verkehr (needed Brennstoffe for mobility) 220 el. WP Sole W-Speicher Traktion gesamt GWth 103 GWh % Wert % Mini-BHKW 23 4 W-Speicher 6 GWel 46 GWh Solarthermie 8 45 Gebäude Brennstoff-basierte Prozesse in 4 9 GWth 60 Industrie und Gewerbe gesamt 445 Solarthermie 3 22 Gebäude Einzelgebäude mit Sole-Wärmepumpe 420 Solarthermie 25 4 GWth 26 Brennstoffe 420 Einzelgebäude mit Mini-BHKW 4 6 Wärmebedarf gesamt 388 el. WP Luft W-Speicher Solarthermie district 12 6 W-Speicher heating Raumheizungsystems Warmwasser ungenutzt 19 GWth 87 GWh 14 GWth 56 GWh Total 350 GWh (e.g. 150 Solarthermie 7 39 Gebäude 73 Gaskessel Gebäude 0.6 Geothermie 6 Gebäude 8 GWth GWth 86 2 GWth 6 Einzelgebäude mit Luft-Wärmepumpe GuD-KW 3 GW Heat buffers 14 in buildings Total 320 GWh (e.g. 7 Mio units with 800 Litres each) 0 3 Einzelgebäude mit Gaskessel KWK-GuD 27 Pumped storage 35 GWel 20 W-Speicher 173 GWh 7 WP zentral power plants 7 GWth 40 Gebäude units Solarthermie 13 with a 20 GWth Wärmenetze mit GuD-KWK total of 60 GWh Large scale heat storage in units with m³ each) Wärmenetze mit Tiefen-Geothermie

43 Heat decentralized erneuerbare Energien primäre Stromerzeugung fossil-nukleare Energien centralized PV Wind On Wind Off Wasserkraft Atom-KW Steink.-KW Braunk.-KW Öl-KW 147 GW 120 GW 32 GW 5 GW 0 GW 7 GW 3 GW 0 GW Fraunhofer ISE 103 Elektrolyse 33 GWel H2-Speicher Batterien 4 9 Pump-Sp-KW 7 24 GWh 60 GWh Biomasse Sabatier 0 Methan-Sp. 0.0 GWgas 0 23 Brennstoffe 394 Erdgas Treibstoff Verkehr Solar thermal 0 42 GW th 0 6 Gasturbine 1 GW KWK-GuD GWel 20 W-Speicher 173 GWh WP zentral GWth 40 Gebäude 59 Solarthermie GWth Wärmenetze mit GuD-KWK Strombedarf gesamt (ohne Strom für Wärme und MIV) ungenutzter Strom (Abregelung) KWK-BHKW GWel Solarthermie 6 3 W-Speicher 15 W-Speicher 7 GWth 27 GWh Verkehr (ohne 173 GWh 5 Schienenverkehr/Strom) 8 WP zentral Wasserstoff-basierter Verkehr 7 GWth Gas-WP Gebäude 82 Traktion Gebäude 15 GWth 41 H2-Bedarf Batterie-basierter Verkehr Solarthermie 13 Einzelgebäude mit Gas-Wärmepumpe Traktion GWth Wärmenetze mit Strombedarf 55 BHKW-KWK Brennstoff-basierter Verkehr Traktion 55 Brennstoffe 220 el. WP Sole W-Speicher Traktion gesamt GWth 103 GWh % Wert % Mini-BHKW 23 4 W-Speicher 6 GWel 46 GWh Solarthermie 8 45 Gebäude Brennstoff-basierte Prozesse in CHP in heat networks 4 9 GWth 60 Industrie und Gewerbe gesamt 445 Solarthermie 3 22 Gebäude Einzelgebäude mit Sole-Wärmepumpe 420 Solarthermie GW el installed 4 GWth 26 Brennstoffe capacity 6 Einzelgebäude mit Mini-BHKW Wärmebedarf gesamt 388 el. WP Luft W-Speicher Solarthermie 12 6 W-Speicher Raumheizung Warmwasser ungenutzt 15 GW 19 GWth 87 GWh 14 GWth 56 GWh th centralized heat pumps Solarthermie 7 39 Gebäude 73 Gaskessel Gebäude 0.6 Geothermie 6 Gebäude 8 GWth GWth 86 2 GWth 6 Einzelgebäude mit Luft-Wärmepumpe GuD-KW 3 GW Heat pumps 22 GW th (el., ground) GW th (el., air) 15 GW th (gas) 0 3 Einzelgebäude mit Gaskessel Solar thermal 40 GW th 4 Wärmenetze mit Tiefen-Geothermie 43 Fraunhofer ISE

44 Results of Scenarios Comparing cumulative total costs Cumulative cost in Bn n No cost for CO 2 - emissions n Constant prices for fossil energy #1-80 % CO 2, Coal exit not accelerated #2-80 % CO 2, Coal exit accelerated #3-85 % CO 2, Coal exit accelerated #4-90 % CO 2, Coal exit accelerated Ref.: Today s system frozen Slide courtesy Hans-Martin Henning

45 Results of Scenarios Comparing cumulative total costs Cumulative cost in Bn n No cost for CO 2 - emissions n Constant prices for fossil energy Cumulative additional cost for scenarios 2 & 3: about 1100 Bn for , ca. 0.8 % of German GDP! #2-80 % CO 2, Coal exit accelerated #3-85 % CO 2, Coal exit accelerated Slide courtesy Hans-Martin Henning

46 Monatliche Produktion Solar und Wind Monatliche Produktion Solar und Wind 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 Jahr 2012 Januar Februar März April Mai Juni Juli August Sept. Oktober Nov. Dez. Legende: Wind Solar n Die maximale Stromproduktion erzeugten Solar- und Windenergie-anlagen im Januar 2012 mit 7,6 n Die minimale Produktion betrug 4,7 im November 2012 Grafik: B. Burger, Fraunhofer ISE; Daten: Leipziger Strombörse EEX 46

47 Zur Frage der Netzstabilität: Mit Ökostromausbau wurde unser Netz stabiler! Zum Vergleich (2013): Frankreich (81% Atomstrom): 68 min., UK: 55 mins! 47 SAIDI: System Average Interuption Duration Index Zahl der Unterbrechungen: 228 Tsd Tsd 2014!

48 Photovoltaik als zentrale Säule unseres künftigen, erneuerbaren Energiesystems n Die Photovoltaik ist - zusammen mit der Windenergie - zentraler Pfeiler unseres künftigen Energiesystems, das auf effizienter Nutzung von schliesslich 100% erneuerbarer Energien beruhen wird. n Der Welt-Solarmarkt wächst rasch, angetrieben durch die günstigen Kosten von Solarstrom, auf 2017 über 70GW/a, 2020 >100GW/a n 2017 entspricht der Welt-Solarmarkt nahezu der globalen Produktionskapazität; in den nächsten 5 Jahren wird er sich verdoppeln! n DiePhotovoltaik wird weitere, innovative Verbesserungen erleben, die zu höheren Effizienzen bei niedrigeren Preisen führen werden! n Mit wenig mehr als 1 GW/a PV Zubau hat sich Deutschland aus dem globalen PV Markt verabschiedet, angetrieben durch politische Weichenstellungen gegen die PV (Abgabe auf selbstverbrauchten Solarstrom für Handwerker und KMUs!) n Deutschland ist ohne Entwicklung eines eigenen Marktes in großer Gefahr, die Elektromobilität zu verpassen! n Die disruptive, globale Energiewende ist unterwegs, wir sollten die Früchte der Anschubfinanzierung - besonders der Photovoltaik - auch ernten! 48

49 49 Süddeutsche Zeitung vom 13. Juni 2016, Seite 2

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