Photovoltaik: Stand der Technik (Zukünftige Einsatzmöglichkeiten)
Inhalt Energie für die Zukunft? Lösungsansätze Kernreaktoren Biomasse Photovoltaik Vergleich Substitution anderer Energieträger durch PV Beispiel Elektroauto Folie 2
Und sie sägten an den Ästen, auf denen sie saßen, und schrien sich zu ihre Erfahrungen, wie man besser sägen könne, und fuhren mit Krachen in die Tiefe, und die ihnen zusahen beim Sägen, schüttelten die Köpfe, und sägten kräftig weiter. (Berthold Brecht) Folie 3
Energieverbrauch, Welt Folie 4
Anstieg des Primärenergieverbrauchs 2008: ca. 14 TW 2050: ca. 28 TW Folie 5
Stromaufbringung Österreich Stromverbrauch [GWh] 70.000 60.000 50.000 40.000 Sonstige 30.000 Erneuerbare 20.000 Wärmekraft 10.000 Wasserkraft 0 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 Jahr Zahlenmaterial: E-Control Folie 6
Stromaufbringung Österreich 60% 50% 40% 30% 20% 10% Stromanteil Import 0% Stromanteil Import mit Wärme 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 Jahr Auslandsabhängigkeit! Zahlenmaterial: E-Control Folie 7
Unser Freund das ATOM? 10 TW = 10,000 neue 1 GW-Reaktoren d.h. 50 Jahre lang alle 2 Tage ein neuer Reaktor 2.3 Mio. Tonnen nachgewiesener Reserven 1 TWh benötigt ca. 22 Tonnen Uran Alle terrestrischen Ressourcen liefern 10 Jahre Energie Ausweg (?): HTR mit To (einige 100 Jahre) aber keine Erfahrung! Folie 8
Potential Biomasse Weniger als 1 Prozent der Sonnenenergie wird in Form von Energie in einer Pflanze gespeichert Hinzu kommen Umwandlungsverluste, Energieeinsatz zur Aufbereitung usw. Bleiben: 0,1-0,3% Sonnenenergie beim Endverbraucher Folie 9
Solarenergie-Potential Theoretisch: 1.2x105 TW einfallende Solarenergie (1.76 x105 TW erreichen die Erde) Einstrahlung in 1 h entspricht dem Jahresbedarf von 14 TW ¼ der Fläche der Wüste Arizona würde reichen um den GESAMTERGIEBEDARF der USA zu decken! 70 GWh entsprechen einer quadratischen Fläche mit einer Seitenlänge von ca. 27 km! In Österreich ca. 1000 W/m² 1kW peak entspricht 10m² Pro kw peak ca 1000 kwh/m²a Folie 10
Funktion Photovoltaik Folie 11
Potential der Erneuerbaren Folie 12
Gegenüberstellung Potentiale 600 500 400 300 200 100 Folie 13 Leistung [TW] 0 Wasser Wind Ozean Biomasse Geothermie Solare Energie
Solargenerator gesamter Stromverbrauch Ö, flach montiert, keine Speicherung Energie 70 TWh Fläche 989949494 m² Seitenlänge 31 km Folie 14
Aufstellung von PV Folie 15
Technologische Randbedingungen PV ist eine ausgereifte Technologie Installieren und vergessen Gleichzeitigkeit Erzeugung und Bedarf Vorerst nicht gegeben! Speicherung nötig Pumpspeicherkraftwerke Akkumulatoren / Brennstoffzelle Akkumulatoren sind technologisch ausgereift und verfügbar Akkumulatorenbranche wächst rapid! Gleichzeitigkeit wesentlich besser bei Solare Mobilität Klimatisierung von Gebäuden (Klimatisierungsbedarf rasant steigend!) Industriebetrieben (Produktion unter Tags) Nutzung der Speicher von Elektrofahrzeugen Folie 16
Speicherung mit Akkus Gesamtstromverbrauch Österreich Haushalt Jahresenergieverbrauch 70.000.000.000,00 3.500 kwh Durchschnitt pro Tag 191.780.821,92 9,59 kwh 5 Tage Worst Case! 958.904.109,59 47,95 kwh Kosten Akku (Blei) 0,18 0,18 /Wh Kosten Akku 172.602.739.726,03 8.630 Kosten pro EW 21.575,34 - Seitenlänge Würfel 222,63 0,82 m Seitenlänge Fläche 7.620,68 1,70 m Gesamtstrombedarf: Es sind jedoch nur ca. 40 TWh zu decken (Rest ist Wasserkraft) Stromimport in Nachtzeiten ist zu berücksichtigen Kosten sind trotzdem immens, kontinuierliche Investition ist nötig! Haushalt Zu den 9t Akkukosten kämen 5t *3,5=17,5t Fläche Kollektor ca. 35m² Folie 17
Ein evolutionärer Schritt ist nötig! Folie 18
Warum gerade Elektroautos? Hybridautos kombinieren einen elektrischen mit einem Verbrennungsmotor Biomasse Wasserstoff 2 Systeme (teuer, mehr Fehler) Nachteil Effizienz und Wasser bzw. Energieeinsatz Es kann sehr leicht gezeigt werden, dass unsere weltweiten Wasservorkommen und Agrarflächen nicht ausreichen Sehr teure Erzeugung Energieeffizienz? Ca. 10-20 Jahre für entwickelte und eingeführte Systeme Auslandsabhängigkeit Wir hängen beim Treibstoff zu 100% vom Ausland ab Folie 19
Warum gerade Elektroautos? Alle notwendige Technologie ist grundsätzlich verfügbar Effizienz!!! Adaptionen und Weiterentwicklungen sind jedoch nötig (Speicher) Ca. 80-90% der Fahrten finden im Kurzstreckenbereich statt (z.b. Pendler in die Arbeit) Gerade in diesem Bereich sind bei kaltem Motor Verbrennungsmotoren sehr ineffizient! Ein elektrischer Antrieb hat von Anfang an eine hohe Effizienz Kein CO 2 Kein Lärm EVU s greifen auf die Speicher zu! Es bleibt nur der Elektroantrieb! Folie 20
Energiedichten elektrische Speicher 1,00 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 Folie 21 Energiedichte [MJ/kg] Bleiakkumulator Ni-Cd Akku NiMH-Akku Li-Ionen Akku Li-Polymer-Akku Wasserstoff (inkl. Hydridtank)
Das Konzept Wechselakkumulatoren Automatisierter Wechsel eines genormten Akkupacks Dauer ca. 2 Minuten Abrechnung per Web Es wird nur die entnommene Strommenge bezahlt Vollkommen neue Finanzierungsmodelle möglich (man bezahlt das Auto über die entnommenen Energiemengen mit) Solare Tankstellen Vorrat an Akkus die über Fotovoltaik Generatoren geladen werden Flächen: Überdachen von Parkplätzen mit Solarzellen (Einkaufszentren, Doppelnutzen!), Lärmschutzwände, Wiesen (unterhalb von Solarzellen wächst Gras!) Tankstellen entlang von Autobahnen Private E-Carports Folie 22
Tesla Road Star Top Speed 200 km/h 0 auf 100 unter 4 Sek. Reichweite ca. 400 km Batterie Lebensdauer ca. 160000 km Ladezeit ca. 3.5 Stunden 100.000 $ http://www.teslamotors.com Folie 23
Elektroauto, Komponenten Folie 24
Fiat Doblo Electric: Ca. Kosten Kostenvergleich Diesel Elektrisch Jahresleistung 15000 km 15000 km Verbrauch 8 l/100km 28,8 kwh/100km Kosten 10 /100km 2,88 /100km Folie 25
Solargenerator Verbrauch KFZ 4320 kwh Leistung PV Anlage 4,32 kw Fläche Solaranlage 61,0940259 m² Anzahl PKW 4000000 Fläche 244376104 m² Seitanlänge 15,6325335 km Folie 26
Zusammenfassung Abhängigkeit der Energieversorgung vom Ausland muss verringert werden! Energiepreise sind standortrelevant! Photovoltaik hat ein enormes Potential und ist technisch ausgereift Hohe eingestrahlte Energie durch die Sonne Speicherung Es gibt keine kurzfristige Lösung unseres Energieproblems Elektrische Mobilität ist DIE Alternative zur fossilen Mobilität Technologische Entwicklungsmöglichkeiten Speichertechnologien PV-Systeme, Technologie, Automatisierung Infrastruktur (Wechselakku) Folie 27