Umweltarena Spreitenbach, Quelle: MeyerBurger AG Entwicklung und Potential der Photovoltaik aus dem PV Forschungslabor der Berner Fachhochschule Urs Muntwyler Professor Photovoltaik Leiter PV Labor, Berner Fachhochschule BFH - Burgdorf Berner PV-Labor, Fachhochschule Jlcoweg 1, 3400 Haute Burgdorf école spécialisée bernoise Bern University of Applied Sciences
Die fünf Kompetenzgruppen des PV Labors der Berner Fachhochschule in Burgdorf (CH) & PV longterm measurement qualitycontrol PV inverter test photovoltaic oriented buildings (PVOB) PV2X/ EV2X: PV and smart consumers as electric vehicles Courses/ conferences/ workshops
PV Forschung mit langer Tradition in der Schweiz In den späten 70-er Jahren startete die Hasler AG in Bern für die PTT ein Pilotund Demonstrationsprogramm für autonome Telekomm - Stromversorgungen mit PV und Wind. Verschiedene Standorte im Mittelland bis zu den Alpen wurden ausgerüstet (Ostermundigen/ Ulmizberg/ Burgdorf/ Feutersoey, Chasseral, Piz Corvatsch (3 300masl) PTT Turm Chasseral: Solarex HE 51 m-si mit 2 verschiedenen Abdeckungen der Solarzellen (Photo 1983/ Muntwyler).
Erste Diplomarbeiten wurden ausgeschrieben: 1982 Ingenieurschule Biel Thema: Maximum Power Tracker MPT für off-grid PV- Anlagen (links 2 ASI 16-2000 von Arco Solar)
Solarex Solarbrüter (1982-2010) in Frederick/ USA Dieser Solarbrüter sollte mehr Solarmodule produzieren mit der Energie auf dem Dach (verschiedene Besuche 1990-2008 Muntwyler Energie- technik AG war der Schweizer Importeur von Solarex)!
PV Marktvorhersage DOE 1980 verspätet sich Regierungswechsel in den USA (Carter-Reagan): es wird dunkel für die PV und die amerikanische PV-Industrie! Politik beeinflusst PV enorm!
Energiewende weg von fossilen Energien: Subventionen fossile Energien 2013: 550 Mia US$/ D: 40 Mia US$ Subv. erneuerbare Energien 2013: 120 Mia US$/ D: 17 Mia US$
Die Rechnung für die Schweiz: - Die Schweiz bezahlte 2010 30 530 Mio sfr. für Energieträger, vorwiegend nicht Erneuerbare! - 17 530 Mio sfr. für Erdöl und Treibstoffe (1980: 9 660 Mio sfr.) - Dieses Geld (abzüglich Steuern) geht ins Aus- land - in arabische Staaten/ Libyen/ Nigeria/ Russland etc. Diesen Geldabfluss sollten wir stoppen und auf erneuerbare einheimische Energien setzen. Die dazu nötige Technik installiert unser Gewerbe!
Energie «roadmap» der Internationalen Energieagentur IEA: Reduktion von 50% CO2 nötig! Gemäss World Energy Outlook 2013 sind wir auf über 3 Grad-Kurs nur zwei Technologien sind auf Kurs!
Unbekannte: PV Potential Stromproduktion. Infoblatt 2011 einer Berner Partei): Platzbedarf Ersatz Mühleberg mit Solarstrom (ca. 3 TWh): es braucht 30 000 km 2 und die Sonne muss Tag und Nacht scheinen.. Die Menschen haben kein Gespür für Solarenergie
Flächenpotentiale: Gelb: benötigte Fläche um 60 TWh Strom zu erzeugen mit Solarzellen mit 14% Wirkungsgrad (12 km Radius) Rot: 30 km Radius - Zone um Mühleberg
Die Ölflut auf dem Hausdach wir haben genügend Energie sind aber zu faul um sie einzusammeln (Paul Dominik Hasler Philosoph aus Burgdorf)
PR-Tour für Solarenergie: Tour de Sol 85 quer durch die Schweiz mit Sonne! Tour de Sol 85 Tour de Sol 86 Tour de Sol 87 PV Module nur auf Fahrzeugen Neu: PV Module auf Solartankstellen Neu: Netzgekoppelte PV-Anlagen
Nominal power (MW) Weltweit installierte PV - Leistung de.statista.com Produktion 2014: 38,7 GWp/ 2015: >50 GWp
Lernkurve von PV Modulen (installiert kumuliert) (G.Willeke, Frauenhofer ISE, 2009) FVEE
Schweizer Energie Strategie 2050
Viel PV grosse Stoffmengen! Jahr Markt ca./ Stoffmenge (to)/ Jahr Technologie dominant Jahr 1975 40 kwp 12 Tonnen monokristallines SI 1982 9,3 MWp 2 400 Tonnen Monokristallines SI 2000 278 MWp 30 400 Tonnen Poly-/ mono-si (>80% Markt) 2005 1,3 GWp 90 000 Tonnen Poly-/ mono-si (>80% Markt) 2015 50 GWp 3,3 Millionen Tonnen Poly-/ mono-si (>90% Markt) 2020* 100 GWp 6,6 Milionen Tonnen Poly-/ mono-si (>90% Markt)*** 2060** 600 GWp 40 Millionen Tonnen Poly-/ mono-si (??? Markt) Steigende Volumen vom Rohstoff über die Verarbeitung zum Recycling! *Schätzung Fawer (vescore AG/ Tochter von Bank Notenstein) **Berechnung Muntwyler (basierend auf PV-Bestandprognose IEA 2014) *** Prognose Muntwyler
«BSc Studentenprojekt»: grösste PV Stadion Anlage der Welt (2,1 MWp) Installation einer Ost-/ West-Anlage mit 2,1 MWp (25th may 2015).
SCCER FURIES - Swiss Competence Centers for Energy Research zukünftige Stromnetze) 2017-2020: Zuverlässigkeit von PV Anlagen/ Langzeitperformance Brandvermeidung/ Entwicklung und Test von Lichtbogendetektoren Test von PV Wechselrichtern/ Smart-Modulen und PV- Wechselrichter Batterie Kombinationen Planung von Gebäudehüllen (PV oriented buildings PVOB) Einsatz von smart usern, stationären und mobilen Speichern im Stromnetz der Zukunft 19
Zukunft: Weiter fallende Preise von PV- Anlagen mit Fragezeichen (USA)? PV ist eine disruptive Technologie die bestehende Energieunternehmen bedroht. Mehr und mehr dominieren die «soft costs» die Kosten der PV-Anlagen diese haben kaum sinkende Tendenz!
Kostenelemente einer netzgekoppelten Aufdach PV Anlage (100 kwp): PV module: Inverter: Mounting Structure: Cables and grid connection: Planning/ preparation/ safety: Labor costs: Profit (5-10%): Total investment costs: sfr. 0.5/ Wp 0.1/ Wp 0.1/ Wp 0.1/ Wp 0.15/ Wp 0.15/ Wp 0.1/ Wp 1 200sFr. / kwp PV costs: 1 000kWh/ kwp/ 3 % interest/ no subsidize/ 2Rp/ kwh für service and maintenance: 25 years lifetime:6,8 Rp/kWh + 2Rp/kWh = 8,8 Rp/kWh
Future of cost optimized installations: - The PV module is about 40% of the costs - Planning and installation are another 40% Idea for the future: We must lower the planning costs etc. (soft costs) by a longer lifetime of the installation and therefore of the modules! Installation lifetimes: 25 years: 6,8 Rp/ kwh + 2Rp/ kwh =8,8Rp/kWh 20 years: for 6,8 Rp/ kwh the PV module must be 0,2/ Wp cheaper 0,3sFr./ Wp! 40 years: 4,8 Rp/ kwh + 2Rp/ kwh = 6,8 Rp/ kwh 20 years: for 4,8 Rp/ kwh the PV module must be 0,45/ Wp cheaper + ¼ of the installation costs - sfr. 0,075/ Wp! We want the PV module for free and some extra money too! We need cheap PV moduls with high efficiency and 40 years lifetime and nearly no degradation!
PV als Teil der Fassadenlösung - PV-orientierte Gebäude (PVOB) umsichtige Planung nötig! Design des Strom - Produktionsprofil (täglich/ saisonal) mit PV Anlagen (Sihlweid Zürich 2 x über 100kWp auf allen vier Seiten!
SCCER FURIES: Ausbau der PV Anlage Jungfraujoch (3 454m) 1993 Installation 1,1 kwp (links)/ neue Installation 2 760 Wp Oktober 2014 (rechts)
PV Analyse mit IR - Drohne IR-/ Photo Multikopter der BFH Monitoring der PV-Anlage Mont-Soleil (550 kwp/ 1994) IR - Drohnen: Ideal für Gesamtanalyse einer PV-Anlage braucht viel Erfahrung und geeignetes Gerät!
PV Wechselrichter - Batterieeinheit auf dem Mont Soleil (MSE-Diplomarbeit) PV-Maximum Power Tracker Wechselrichter-Einheit zum Testen von Geschäfts-fällen beim Einsatz von Batterien in PV Anlagen. Die Anlage der Studiengesellschaft Mont Soleil wurde im Labor in Burgdorf getestet und steht atuell auf dem Mont Soleil im Bernern Jura. International
Verlustanalyse Energieflussdiagramm η batt = 1 3 (E dch @0.1C E ch@0.1c + E dch @0.2C E ch@0.2c + E dch @0.3C E ch@0.3c )[%] Mit einem Gesamtwirkungsgrad von 86,9% besteht noch viel Verbesserungspotential!
Batteriespeicher: Geschäftsfelder Kategorie Kosten verwandte Dienstleistungen Power Quality verwandte Dienstleistungen Betreiber von dezentralen Erzeugungsanlagen 1: Energieverschiebung 2: Kurzfristige Leistungsbilanz 3: Fahrplan Erfüllung Unabhängige Netzbetreiber Energiespeicheranlagen 4: Arbitrage 10: Investitionsaufschub 11: Netzverlustreduzierung 5: Fahrplaneinhaltung 6: Automatische Frequenz-kontrolle 7: Reserve Kapaz. 8: Spannungsregel. 9: Schwarzstartfähigkeit Stromendkunden 12: Preisabsich. 13: Spitzenlast 14: Anreize und Tarife 15: PQ für Endbenutzer Quelle: Jan von Appen Fraunhofer IWES
Merkblatt Photovoltaikanlagen im Feuerwehreinsatz Christian Renken/ Urs Muntwyler Kompetenzgruppenleiter Photovoltaic oriented buildings PVOB Berner Fachhochschule, Institute for Energy and Mobility Research IEM, Labor für Photovoltaik Berner PV-Labor, Fachhochschule Jlcoweg 1, 3400 Haute Burgdorf école spécialisée bernoise Bern University of Applied Sciences
Lichtbögen an beschädigten Photovoltaikanlagen Lichtbögen an PV-Anlagen können durch Unterbrechungen an DC- Leitungen, durch fehlerhafte elektrische Kontakte oder durch Beschädigungen der Isolation von DC-Leitungen entstehen. Lichtbögen an PV-Anlagen werden durch die Abschaltung der DCund AC-Lasttrennschalter gelöscht.
Einsatzcheckliste für Feuerwehren 1. Ermittlung der Situation vor Ort 6. Zugang Solarmodule 5. DC-Leistungen spannungsfrei & spannungsführend 4. Wechselrichter 7. Art der Dachhaut bis 1000 V / 8A OFF GAK mit Überspannungs- Schutz DC- Lasttrennschalter ON OFF ON Wechselrichter OFF OFF Netz FI FI FI Überspannungsschutz AC-Elektrotableau ACmit FI-Schutzschalter Lasttrennschalter ON ON Feuerwehr Schalter 3. DC-Lasttrennschalter 1. AC-Lasttrennschalter oder FI-Schutzschalter 2. Feuerwehrschalter
Eigenstartfähiges Segelflugzeug mit Elektroantrieb: Antares 20E Das elektrische Antriebssystem der Antares 20E von Lange Flugzeugbau aus Deutschland wurde von der Berner Fach- hochschule entwickelt. Li-Batterien von Saft. Hochleistungs-Segler der offenen Klasse mit Gleitzahl von 56. Mehrere Antares 20E in der Schweiz im Einsatz. Antares 20E (D): steigt elektrisch bis 3 400 m über Grund. 32
Neues Projekt der BFH: Elektro Votec Vollkunstfugtaugliches elektrische Akrobatik-Flugzeug, Erstflug Sommer 2017! 33
Zukunft der PV Anwendungen mit Hebelwirkung (PV smart users) Beispiel BFH in Burgdorf: Der Solarcarport von 2,5kWp mit Elektroauto (Opel Amera) spart in 30 Jahren 27 000 Liter Benzin im Vergleich mit einem normalen Auto! Für die 5 Millionen Autos der Schweiz brauchen wir mit einem Auto à la BMW i3 ca. 8 TWh (=8 GWp)!
Daher meine Empfehlung: Kaufen Sie ein E- Mobil zu Ihrer PV-Anlage! Professor Urs Muntwyler, PV Laboratory www.pvtest.ch Institute for Energy and Mobility Research (IEM) BFH-TI Burgdorf, Switzerland urs.muntwyler@bfh.ch