Photovoltaik Strom aus der Sonne

Photovoltaik Strom aus der Sonne Planung, Aufbau und Betrieb einer eigenen Photovoltaikanlage oder Wie wird man zu einem Kapitalisten in der EE Sven Löchner 7.12.2009

Agenda Motivation Kurzer Überblick Photovoltaik Planung Aufbau Betrieb Zusammenfassung 7.12.2009 Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 2

Motivation Persönliches Interesse an Erneuerbaren Energien Interesse an der technischen Umsetzung Sammeln von Erfahrungen mit dem Betrieb einer eigenen Photovoltaikanlage Warum die Anlage selbst planen und aufbauen? Kontrolle über das Geschehen Differenzierte Betrachtung der Experteninformationen Kosteneinsparung Spaß an der Planung von Projekten 7.12.2009 Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 4

Geschichte der Photovoltaik 1839: Bequerel erfindet die Solarzelle Entdeckte bei der Beleuchtung einer Elektrolytzelle, dass eine elektrische Spannung entstand Erstmals ein direkter Zusammenhang zwischen Licht und Elektrizität Konnte jedoch den Effekt nicht erklären noch 23 Jahre: Licht eine elektromagnetische Welle noch 58 Jahre: Entdeckung des Elektrons noch 66 Jahre: Albert Einstein und der Photoeffekt noch 89 Jahre: Erklärung eines Halbleiters 7.12.2009 Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 6

Geschichte der Photovoltaik 1877: erste Solarzelle aus Selen 1951: erste kristalline Solarzelle aus Germanium 1958: erster Satellit mit Solarzellenversorung 1963: erstes Modul mit Si-Solarzellen von Sharp 1976: Erfindung der amorphen Si-Solarzelle 1982: erstes 1 MWp PV-Kraftwerk (USA) 1985: erste Si-Solarzelle mit 20% Wirkungsgrad 7.12.2009 Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 7

Geschichte der Photovoltaik 1990-94: 1000 Dächer Förderprogramm 1991: Stromeinspeisegesetz 2000-03: 100.000 Dächer Förderprogramm, EEG ersetzt das Stromeinspeisegesetz 2004: Überarbeitung des EEG, höhere Vergütung für Biomasse und Solarstrom löst in diesen Bereichen ein Boom aus 2009: erneute Überarbeitung des EEG, stärkere Reduzierung der Einspeisevergütung, Förderung von Eigenverbrauch 7.12.2009 Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 8

Typen von Solarzellen Monokristalline Solarzelle Hohe Effizienz (bis zu 20%) Gleichmäßig glatte Oberfläche Herstellung aus Halbleitersilicium ( extrem teuer) Polykristalline Solarzelle Gute Effizienz (16-19%) Unregelmäßige Oberfläche (einzelne Kristalle gut zu erkennen) z.b. Si schmelzen, Gießverfahren ( mittlere Kosten) Am weitesten verbreiteter Einsatz Amorphe Solarzelle Geringe Effizienz (6-10%), dafür schon bei geringer Beleuchtungsleistung Abscheiden z.b. auf Glas, 1µm dünne, nichtkristalline Si-Schicht ( sehr preiswert) 7.12.2009 Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 9

Modularten Monokristallin Polykristallin String-Ribbon Zellen Polykristallin Dünnschicht mit Struktur opak 7.12.2009 Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 10

Vergleich Modularten 7.12.2009 Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 11

Prinzip einer Solarzelle 7.12.2009 Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 12

Typisches Herstellung Polykristallines Silizium Tigelziehprozeß Siebdruck Solarzelle Besäumen Scheiben sägen Phosphor Diffusion Verketten Laminieren Rahmung Solarmodul 7.12.2009 Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 13

Erneuerbare Energie Gesetz Abnahme- und Übertragungspflicht Vergütungspflicht Netzbetreiber sind verpflichtet Strom aus Erneuerbaren Energien abzunehmen und zu vergüten. Gemeinsame Vorschriften für Übernahme, Übertragung und Vergütung Vergütungsdauer: 20 Jahre (zzgl. 1. Betriebsjahr) Es gilt die Einspeisevergütung ab Zeitpunkt der Inbetriebnahme für 20 Jahre Die Einspeisevergütung ist fix über die Gesamtdauer der Vergütung 7.12.2009 Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 15

Vergütung für PV-Anlagen Inbetriebnahme 2009 Installation auf Dächern oder an Lärmschutzwänden bis 30 kwp 43,01 Ct./kWh 30-100 kwp 40,91 Ct./kWh 100-1000 kwp 39,58 Ct./kWh über 1000 kwp 33,00 Ct./kWh Bei Selbstnutzung des Stroms (bis 30 kwp): 24,48 Ct./kWh Fassadenanlagen (ohne Bodenkontakt) wie Dachanlagen Freiflächenanlagen größenunabhängig: 31,94 Ct./kWh 7.12.2009 Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 16

Vergütung für PV-Anlagen Inbetriebnahme 2010 (bei mehr als 1,5 GWp installierter Leistung in 2009) Installation auf Dächern oder an Lärmschutzwänden bis 30 kwp 39,14 Ct./kWh 30-100 kwp 37,23 Ct./kWh 100-1000 kwp 35,23 Ct./kWh über 1000 kwp 29,37 Ct./kWh Bei Selbstnutzung des Stroms (bis 30 kwp): 22,76 Ct./kWh Fassadenanlagen (ohne Bodenkontakt) wie Dachanlagen Freiflächenanlagen größenunabhängig: 28,43 Ct./kWh 7.12.2009 Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 17

Baurechtliche Genehmigung Schlichte Genehmigungsfreiheit Gilt für Solarenergieanlagen und Sonnenkollektoren in und an Dachund Außenflächen keine Anzeige oder Bauantrag erforderlich aber materielles Baurecht muss beachtet werden: wie z.b.: PV-Anlage muss sich in die Gegend einfügen Erschließung muss gesichert sein PV-Anlagen müssen standsicher errichtet werden 7.12.2009 Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 18

Pachtvertrag Pachtvertrag mit Grundstücks- oder Gebäudeeigentümer Nutzungsbeschreibung Laufzeit des Pachtvertrages: 20 Jahre + Optionen auf weitere Jahre Eintragung einer Grunddienstbarkeit ins Grundbuch Eigentumsregelung hinsichtlich der PV-Anlage Gewährleistungsregeln für Zustand der Dachflächen Geregeltes Konzept über den Rückbau der Anlage am Ende des Pachtvertrages 7.12.2009 Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 19

Sicherheiten Sorgfältige Planung Verwendung von zertifizierten Komponenten Garantien auf Komponenten: Module: 10 Jahre 90%, 25 Jahre 80% der Anfangsleistung Wechselrichter: ca. 5 Jahre, Erweiterung auf 10 Jahre möglich Sicheres Finanzierungskonzept (Zinssicherheit) Versicherung der PV-Anlage 7.12.2009 Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 20

Schritte bis zur Inbetriebnahme 1. Checkliste, Vor-Ort-Termin, Einspeise-Situation 2. Kostenschätzung und Ertragsprognose (techn. Auslegung, Statik, Modultyp, Verschattung, elektr. Dimensionierung, Leitungsverluste, ) 3. Finanzierungskonzept (KfW, Bausparkasse, Fördermittel) 4. Detailplanung, Zuarbeiten der Unterlagen für Bank 5. Behördenwege (EVU Anmeldung, Bauvorschriften, Prüfung des EEG Status, ) 6. Bau-/Liefervertrag, Bauleistungsversicherung 7. Start Bau / Beginn Zahlungsplan 8. Lieferung Materialien, Aufbau der Anlage, Koordination 9. Inbetriebnahme 7.12.2009 Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 21

Ertragsaussichten 7.12.2009 Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 22

Ertragsaussichten European Commission, Joint Research Centre (JRC) http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps3/pvest.php 7.12.2009 Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 23

Verschattungsberechnung z.b. Sombrero (Uni Siegen Fachgebiet Bauphysik & Solarenergie) 7.12.2009 Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 24

Übersicht Komponenten A Module B Wechselrichter C Einspeisezähler D Bezugszähler E öffentliches Netz 7.12.2009 Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 25

Auslegung Wechselrichter z.b. SMA Sunny Design (Firma SMA) 7.12.2009 Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 26

Modul-Verschaltung 7.12.2009 Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 27

Projekt I (vor Aufbau) angemietetes Dach eines Bürogebäudes (~300 m²) 7.12.2009 Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 29

Projekt I (Vorbereitung Elektrik) Wechselrichter Keller 7.12.2009 Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 30

Projekt I (Lieferung) Montagegestell Solarmodule 7.12.2009 Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 31

Projekt I (Aufbau) 7.12.2009 Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 32

Projekt I (Aufbau) 7.12.2009 Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 33

Projekt II (vor Aufbau) angemietetes Dach eines Vereinsclubhauses (~270 m²) 7.12.2009 Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 34

Projekt II (Vorbereitung) 7.12.2009 Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 35

Projekt II (Aufbau) 7.12.2009 Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 36

Betrieb Anfahren der Anlage erfolgt vollautomatisch Automatische Mpp-Tracking (Bestimmung des Maximum Power Point) Sofortige Trennung der PV-Anlage vom Netz im Falle eines Spannungsabfalls (z.b. um eine ungewollte Inselbildung zu verhindern) bisher nicht vorgefallen 7.12.2009 Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 38

Betriebsüberwachung Überwachung via SMA WebBox RS485 Schnittstelle zu Wechselrichtern Ethernet-Schnittstelle bis zu 50 überwachte Wechselrichter Speicherung auf SD-Karte (bis zu 2 GB) integrierter Webserver FTP-Push Funktionalität RPC-Schnittstelle automatische Datenübermittelung an zentrale Anlagenüberwachung (SMA Sunny Portal) 7.12.2009 Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 39

Betriebsüberwachung Sunny-Portal Kostenloses Überwachungsportal Frei konfigurierbare Auswertungen Grundlage: alle Daten der Anlage gemittelt über 5 Minuten Eigene Webseite aktuelle Leistungsdaten (via RPC) SMS-Tagesstatusbericht Email bei Anlagenstörung Ertragsabweichungen 7.12.2009 Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 40

Betriebsdaten Monatserträge für das 1. Jahr 20,20 MWh 975 kw/kwp 4% über dem kalkulierten Betrag 7.12.2009 Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 41

Zusammenfassung Eigene Planung und Kalkulation der PV-Anlagen Einfache Montage der Anlagen durch Familie, Freunden und Bekannten Deckt den Stromverbrauch von ca. 12 Haushalten (4-köpfiger Haushalt, ca. 4.000 kwh/a) Reduziert ca. 38 t CO 2 /a Eigenleistungen sparten ca. 20% der Kosten Verkürzung der Amortisierungsphase auf ca. 10 Jahren Jährliche Rendite von ca. 5% Die nächste Anlage kommt bestimmt 7.12.2009 Photovoltaikanlagen - Sven Löchner 43