Strom vom eigenen Dach Prof. Konrad Mertens Labor für Optoelektronik und Sensorik, Photovoltaik-Prüflabor Fachbereich Elektrotechnik und Informatik Fachhochschule Münster Folie 1
Gliederung: 1. Einführung zur Photovoltaik 2. Markt- und Preisentwicklung 3. Wirtschaftlichkeit von konkreten Anlagenbeispielen 4. Speicherung von Solarstrom 5. Photovoltaik und Elektroautos? 6. Fazit Folie 2
Zur Person Seit 1992 im Solarenergie-Förderverein Aachen (SFV): Vorführung: Schweißen mit Solarenergie Folie 3
Zur Person Vorführung: Betrieb von Geräten mit Solarenergie (Halle, 1990) Wo ist die versteckte Batterie? Bohrmaschine Toaster Radio Küchenmaschine Solarmodule www.sfv.de Folie 4
Zur Person Einsatz für kostendeckende Vergütung Folie 5
Zur Person 1996: Bau einer eigenen Photovoltaikanlage (2 kw) Folie 6
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 7
Photovoltaik-Prüflabor Solarmodul-Leistungsmessung unter Standardtestbedingungen Xenon Blitzlampe Elektronische Last Referenzzelle Reihenuntersuchungen für Hersteller und Importierer Erstellung von Gutachten in Gerichtsverfahren (Garantie etc.) Folie 8
Photovoltaik-Prüflabor Vor-Ort-Untersuchung von Anlagen Leistungsmessung: Gemessene Kurve Erwartete Kurve Thermographie: Folie 9
Photovoltaik-Prüflabor Elektrolumineszenz-Untersuchung zur Detektion von Modulfehlern Bestromung eines Strings: Erkennung von Modulfehlern: Foto: M. Diehl Foto: M. Diehl Folie 10
Photovoltaik-Prüflabor Simulation von PV-Anlagen z.b. Kreishaus in Steinfurt: Folie 11
1. Einführung zur Photovoltaik Folie 12
Prinzipieller Aufbau einer klassischen Photovoltaikanlage: Solarzelle Solarmodul Folie 13
Wirkungsgrad von Solarmodulen: Optische Leistung Zelle Elektrische Leistung η Modul = Elektrische Leistung Optische Leistung = P Elektrisch P Optisch z.b. Wirkungsgrad η Modul = 17,5 % Was heißt das? Bei voller Sonneneinstrahlung (1000 W/m 2 ) bringt ein Solarmodul (Fläche 1,6 m 2, Wirkungsgrad 17,5 %) eine maximale Leistung (Peakleistung) von: Modul: Watt P Modul = m 2 1000 1,6 m 17,5 % 280 Watt 2 P Peak Ganze Anlage: z.b. 18 Module: P Anlage = 18 280 Watt P = 5,04 kwp 5 kwp Merke: z.b. knapp 30 Quadratmeter reichen für eine 5 kwp Anlage! Folie 14
Beispiel des Energieertrags realer Anlagen: a) Anlage Aachen Baujahr: 1996 Leistung: 2 kw Ausrichtung: Süd Dachneigung: 45 alte Technik 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 Spezifischer jährlicher Ertrag in kwh/kwp 1997 1999 2001 2003 2005 2007 2009 2011 2013 2015 2017 Jahr Durchschnittlicher Ertrag: 830 kwh/kwp b) Anlage Steinfurt Baujahr: 2008 Leistung: 25 kw Ausrichtung: Süd Neigung: 25 moderne Technik 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 Ertrag in kwh/kwp 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 Jahr Durchschnittlicher Ertrag: 1012 kwh/kwp 900 kwh/kwp sind in unseren Breiten ohne Weiteres machbar! Folie 15
2. Markt- und Preisentwicklung Folie 16
Ausbau der Photovoltaik in Deutschland Installierte Leistung in GWp: Zielkorridor Jährlicher Zubau zwischenzeitlich bei ca. 7 GWp/Jahr Aktuell (2018): 3 GWp/Jahr Eigentlich brauchen wir 10 GWp/Jahr Folie 17
Weltweites Wachstum der Photovoltaik Bislang weltweit installierte Leistung in GWp: Wachstumsraten über 40 % 2018: rund 100 GWp zusätzlich installiert! Europa spielt aktuell kaum noch eine Rolle Folie 18
Stromerzeugung durch erneuerbare Energien in Deutschland Stromerzeugung in Mrd. kwh Aktueller Status (2018): Anteil der erneuerbaren Energien am Nettostrombedarf: 40 % Anteil der Photovoltaik am Nettostrombedarf: 8,4 % Folie 19
Preisentwicklung: Modulpreise seit 1980: Reduzierung von 27 Euro/Wp auf unter 27 Cent/Wp! Folie 20
Preisentwicklung: Entwicklung der Einspeisevergütung seit 2004: Photovoltaikstrom ist inzwischen günstiger als Biomasse und Offshore-Windkraft! Aktuelle Ausschreibungen von Freiflächenanlagen: Betreiber bieten 4,5 Ct/kWh! Folie 21
Preisentwicklung: Einspeisevergütung und Strompreis Eigenverbrauch lohnt sich! Folie 22
3. Wirtschaftlichkeit von konkreten Anlagenbeispielen Folie 23
Beispiel A: 5 kwp-anlage ohne Eigenverbrauch Solarmodule Folie 24
Beispiel A: 5 kwp-anlage ohne Eigenverbrauch (Nettopreise) Investitionskosten: Stromertrag pro kwp: z.b. 7.500 Euro (entspricht 1.500 Euro/kWp) 900 kwh/jahr Einnahmen: 11 ct/kwh x 900 kwh/jahr x 5 = 495 Euro/Jahr Laufende jährliche Kosten: 1,5 % der Investitionskosten: 112,50 Euro/Jahr Ausgaben: 112,50 Euro/Jahr Überschuss: (495 112,50) Euro/Jahr = 382,5 Euro/Jahr Amortisationszeit: 7.500 Euro / 382,50 Euro/Jahr = 19,6 Jahre Rendite: = 0,2 % nicht herausragend! Was kann man tun, um die Rendite zu verbessern? Folie 25
Beispiel B: 5 kwp-anlage mit Eigenverbrauch Solarmodule Folie 26
Beispiel B: 5 kwp-anlage mit Eigenverbrauch z.b. 1/3 des erzeugten Stroms wird selbst verbraucht: Tarifstrom kostet z.b. mittlere Vergütung : 28 ct/kwh 2/3 11 ct/kwh + 1/3 28 ct/kwh = 16,67 ct/kwh Neue Rechnung: Einnahmen: 750,15 Euro/Jahr Überschuss: (750,15 112,50) Euro/Jahr = 637,65 Euro/Jahr Amortisationszeit: 7.500 Euro / 637,65 Euro/Jahr = 11,8 Jahre Rendite: = 5,7 % Rendite ist deutlich verbessert! Folie 27
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 28
Welche Art von Modulen? multikristallin: monokristallin: Bilder: Solarwatt Wirkungsgrad: bis 18 % Wirkungsgrad: bis 22 % Folie 29
Ebenfalls zu überlegen: Gibt es Energieeinsparpotential? (z.b. Beleuchtung) Macht ggf. Wärmeerzeugung mit Strom Sinn? (Brauchwasser oder Heizung) Folie 30
Eigenverbrauchserhöhung durch Wärmeproduktion: Mit Heizstab Folie 31
Eigenverbrauchserhöhung durch Wärmeproduktion: Mit Wärmepumpe Quelle: www.volker-quaschning.de Folie 32
4. Speicherung von Solarstrom Folie 33
Prinzip Ein Teil des Stroms wird zwischengespeichert, um den Eigenverbrauchsanteil zu erhöhen PV-Generator Wechselrichter öffentliches Netz = Hausverbraucher Akkumulator (Blei oder Lithium-Ionen) Folie 34
Aktuelle Situation: Lithium-Ionen-Speicher haben sich praktisch durchgesetzt ggü. Bleispeichern Quelle: DGS Zusatzfeatures: z.b. Notstromfunktion, Anbindung an Elektroauto, etc. Folie 35
Aktuelle Situation: aktuell: ca 110.000 Speicher Folie 36
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 37
Nicht jedes Speichersystem ist gleich gut: Unterschiede von fast 10 % Performance! Folie 38
Aktuelle Situation: Bislang wurden in Deutschland ca. 110.000 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 39
Speicherauslegung mit pv-now-easy: Fall A: ohne Speicher: Fall B: mit Speicher: www.pv-now-easy.de Folie 40
Was ist hier falsch? Foto: K. Mertens Folie 41
Die Dächer müssen genutzt werden: Es ist noch genug Platz Beispiel Osnabrück https://geo.osnabrueck.de/solar/ Folie 42
Die Dächer müssen genutzt werden: Es ist noch genug Platz Beispiel Osnabrück https://geo.osnabrueck.de/solar/ Folie 43
5. Photovoltaik und Elektroautos? Folie 44
Nutzt die Dächer auch für das Elektroauto Folie 45
Nutzt die Dächer auch für das Elektroauto www.praml.de z.b. 5 kwp - Anlage: 25.000 km pro Jahr! besser: 10 kwp - Anlage: 25.000 km pro Jahr + 4500 kwh für Haushalt Folie 46
Wie man es nicht machen sollte: Foto: Frank Neuhaus Folie 47
Gewöhnungsbedürftig Foto: Bildarchiv Bayerisches Landesamt für Denkmalpflege, München; Fotograf: Joachim Gattenlöhner, Kitzingen Folie 48
So bekommt man einen hohen Eigenverbrauchsanteil Folie 49
Wie man es nicht machen sollte: Foto: Jörg Philipp Folie 50
Wie man es nicht machen sollte: Bild: photon-pictures.com Folie 51
Wie man es nicht machen sollte: Foto: Jörg Philipp Folie 52
6. Fazit Folie 53
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??? Photovoltaik verstehen? www.lehrbuch-photovoltaik.de Folie 54
www.lehrbuch-photovoltaik.de Infos zur Homepage: Über 200 Abbildungen zum freien Download Folie 55
www.lehrbuch-photovoltaik.de Software: Renditeberechnung Folie 56
www.lehrbuch-photovoltaik.de Software: Renditeberechnung Folie 57
Vortragsfolien zum Download: www.fh-muenster.de/mertens (ganz unten ) Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! Folie 58