ENERGIEAGENTUR RHEINLAND-PFALZ MIT PHOTOVOLTAIK-STROM ZUR PRIVATEN ENERGIEUNABHÄNGIGKEIT WUNSCHDENKEN ODER REALITÄT? Immobilientag Weinsheim 24.11.2013 Dr. Ralf Engelmann Referent für Erneuerbare Energien www.energieagentur.rlp.de www.twitter.com/energie_rlp
ENERGIEAGENTUR RHEINLAND-PFALZ Die Energieagentur Rheinland-Pfalz:» Gründung am 22.06.2012» Aufnahme der Arbeit zum 01.07.2012» 100-prozentige Landes-GmbH» Hauptsitz in Kaiserslautern» Installation von 9 regionalen Energieagenturen in ganz RLP» Aufsichtsrat bestehend aus Vertretern des Landes RLP sowie des EffizienzOffensive Energie e.v.» Neutrale und unabhängige Information und Erstberatung» Tritt nicht in Wettbewerb mit den am Markt tätigen Akteuren» Selbstverständnis als Mittler und Promotor
ENERGIEAGENTUR RHEINLAND-PFALZ Unser Ziel: Gestaltung der Energiewende» Ausbau der Erneuerbaren Energien» Steigerung der Energieeinsparung und -effizienz in RLP» Quantitative und qualitative Steigerung der Wohnungsbausanierungen» Gemeinsam mit allen relevanten Akteuren im Land Unsere Zielgruppen:» Kommunen und Unternehmen» Bürgerinnen und Bürger» Vereine, soziale Einrichtungen, Schulen, etc.
FRAGESTELLUNG» Warum sollte ich Sonnenenergie nutzen und meinen Strom mit einer PV-Anlage selbst produzieren?» Welche Möglichkeiten gibt es um Stromautarkie zu erreichen?» Ist es überhaupt möglich mit der heutigen Technik seinen Strom zu 100% selbst zu produzieren?» Ist es wirtschaftlich sinnvoll stromautark zu werden? Bildquelle: Hardy/ pixelio.de
7:0 FÜR DIE SOLARENERGIE THG-Einsparung und Feinstaub Energieautarkie Wertschöpfung Nahezu unerschöpfliche Energiequelle Einsparung von Energiekosten Schaffung von Arbeitsplätzen Entlastung der Energienetze Bildquelle: Heike, Klaus-Uwe Gerhardt, Dieter Schütz, Karl-Heinz Laube, Hans Udry, H. D. Volz/ pixelio.de
GRUNDLAGEN Was Verbraucht die Welt an Energie im Jahr? 140 PWh/a = 140*10 12 kwh/a 140.000.000.000.000 kwh/a Weltweiter Primärenergieverbrauch im Jahr = 19.000 AKWs Datenquelle: BP statistical review of world energy 2011
UNERSCHÖPFLICHE ENERGIEQUELLEN Sonnenenergie ist nahezu unerschöpflich! In einem Jahr schickt uns die Sonne das 7.500 fache des weltweit jährlichen Energiebedarfs oder in 70 Minuten den weltweit jährlichen Energiebedarf Jährlicher Primärenergieverbrauch Uranreserven Erdgasreserven Erdölreserven Kohlereserven 70 a ca. 65 a ca. 45 a ca. 170 a Jährliche Sonnenenergieeinstrahlung Statische Reichweite der Energieträger Datenquelle: Kurzbericht AG Energierohstoffe, BMWi
GRUNDLAGEN Nutzungsarten der Sonnenenergie» Sonnenenergie kann auf verschiedene Weise genutzt werden: Wärmebereitstellung für Heizzwecke und Brauchwasser (z.b. Kleinanlagen auf Eigenheimen) Umwandlung in elektrische Energie durch Photovoltaikanlagen (z.b. Kleinanlagen auf Eigenheimen, Freiflächenanlagen) Bildquelle: EOR
SOLARANLAGEN - AUFBAU UND FUNKTIONSPRINZIP Netzgekoppelte PV-Anlage» Komponenten 1 2 3 4 5 6 Solargenerator Solarmodul Solarzelle Verbindungskabel Wechselrichter Einspeisezähler Speicher 7 7 1 2 4 3 2 6 5 3 Bildquelle: Agentur für Erneuerbare Energien
SOLARANLAGEN - INSTALLATION Installation Montagemöglichkeiten Anforderungen an das Dach: Statik Dacheindeckung genügend Freiflächen Asbestfreie Abdeckung Zugang zum Solardach für Wartungsarbeiten Windlast Bildquelle: Thermische Solaranlagen zur Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung (2008)
SOLARANLAGEN - INSTALLATION Bildquelle: EOR
SOLARANLAGEN - PLANUNG Entscheidungskriterien bei der Planung» Standortfaktoren: Sonneneinstrahlung/ Klimazone Ausrichtung der Solaranlage Verschattung» Wirtschaftliche Faktoren: Technologie Verbrauch des Haushaltes Kosten der Anlage Quelle: Klaus-Uwe Gerhardt/ pixelio.de
PHOTOVOLTAIK-ANLAGEN - PLANUNG Sonneneinstrahlung Mittlere Globalstrahlung in Dt: 900 1.250 kwh/m² im Jahr Mittlere Globalstrahlung in RLP: 1.000 1.100 kwh/m² im Jahr Jährliche Sonneneinstrahldauer: 1.000 1.300 h Jährlicher Stromertrag: 850 1.050 kwh/kw p Bildquelle: Deutscher Wetterdienst
PHOTOVOLTAIK-ANLAGEN - PLANUNG Verschattung» K.O.-Kriterium bei der Anlagenplanung» Jahres- und tageszeitabhängige Verschattung beachten (Sonnenhöchststand 21.06.: 63,5, Sonnentiefststand 21.12.: 16,5 ) Ziel: Verschattungsfreiheit der kompletten Anlage (besser auf Module verzichten als verschattete Module)
Brutto Systempreis PV-Anlage ( /kw p ) PREISENTWICKLUNG IN DER PHOTOVOLTAIK BRUTTO SYSTEMPREISE PV-AUFDACHANLAGEN 5.000 4.500 4.000 Systempreise für Aufdachanlagen sind von 2006 bis 2013 um 71 % gefallen 3.500 3.000 2.500 Systempreise heute bei 1.400 bis 1.600 / kw p 2.000 1.500 Systemkosten PV- Anlagen < 100 kw p 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 Jahr 2013 Datenquelle: verändert nach BSW-Solar/EuPD Research
Strompreis ( Cent/kWh) PREISENTWICKLUNG IN DER PHOTOVOLTAIK Strompreisentwicklung in Deutschland 70 60 Haushaltsstrompreis von 2000 bis 2013 um ca. 50% gestiegen Solarstrompreis von 2000 bis 2013 um ca. 80% gefallen 50 40 Grid parity Haushaltsstrompreis 2013: 0,26 bis 0,28 Cent/ kwh 30 20 10 Haushaltsstrompreis PV-Strom 2013: 0,12 bis 0,14 Cent/ kwh 0 2000 2005 2010 2015 2020 Jahr Datenquelle: verändert nach BSW-Solar/BMU
DAS ERNEUERBARE ENERGIEN GESETZ Das Erneuerbare Energien Gesetz (EEG) Eingeführt April 2000 als Marktanreizprogramm für EE Vorrangige Abnahme von EE-Strom Betreiber von EE-Anlagen bekommt über festgelegten Zeitraum (bei PV 20 Jahre) einen Vergütungssatz ( /kwh) EEG garantiert Investitionssicherheit für Investoren» Erfolgsgeschichte des EEG: In ca. 50 Staaten weltweit als Basis eigener Vergütungsmechanismen Anteil des EE-Stroms in Deutschland bei 25% in 2012 (6,4% in 2000)
DAS ERNEUERBARE ENERGIEN GESETZ Das Erneuerbare Energien Gesetz (EEG)» Novellierungen des Gesetzes: Seit Inkrafttreten hat EEG mehrere Novellierungen erfahren (2004, 2008, 2010, 2011, 2012) Anpassung der Vergütungssätze der einzelnen Energieformen an die Marktlage
DAS ERNEUERBARE ENERGIEN GESETZ Novellierung des EEG in 2012» Ab 01.11.2013 gilt für Hausdachanlagen: Bis 10 kw p : 14,07 Cent/kWh Bis 40 kw p : 13,35 Cent/kWh Bis 1 MW p : 11,91 Cent/kWh Bis 10 MW p : 9,47 Cent/kWh» Ab 01.11.2013 gilt für Freiflächenanlagen: Bis 10 MW p : 9,47 Cent/kWh» Anlagen über 10 MW p werden nur bis 10 MW p vergütet
DAS ERNEUERBARE ENERGIEN GESETZ Novellierung des EEG in 2012 ab 01.01.2013 werden alle PV-Anlage ins Einspeisemanagement einbezogen In kritischen Situationen können PV-Anlagen vom Netzbetreiber abgeregelt werden ab 01.01.2013 müssen Einrichtungen für die Abregelung der Leistung bei allen Anlagen eingebaut werden Anlagen bis 30 kw p können alternativ ab 2013 ihre max. Wirkleistungseinspeisung ins Netz auf 70 % begrenzen Stromspitzen werden nicht eingespeist keine Entschädigung jährliche Verluste zwischen 1% und 3%
DAS ERNEUERBARE ENERGIEN GESETZ Begrenzung der Vergütung auf 90% der Jahresstromproduktion für Anlagen über 10 kw p Vergütung der restlichen 10 % nur der tatsächliche Monatsmittelwert des Marktpreises (ca. 4 Cent/kWh) Altanlagen mit Inbetriebnahme vor 31.03.2012 nicht betroffen von der Neuregelung Anlagen 31.03.2012-31.12.2013 in Betrieb genommen Regelung gilt erst ab 01.01.2014 Gilt nicht im Sonderfall: Inbetriebnahme 31.3. - 30.06.2012, wenn Netzanschlussbegehren vor 24.02.2012 gestellt Anlagen ab 01.01.2014 in Betrieb genommen Regelung gilt von Beginn an
PHOTOVOLTAIK-ANLAGEN - FÖRDERUNG UND FINANZIERUNG RECHENBEISPIEL RENTABILITÄT EINER PV-ANLAGE Inbetriebnahme der Anlage: November 2013 Lebensdauer: 20 Jahre Für 20 Jahre garantierte Vergütung: 0,1407 /kwh (bis 10 kw p ) Anlagengröße: 5 kw p Stromproduktion im Jahr: ca. 4.750 kwh Stromproduktion über 20 Jahren: ca. 95.000 kwh EEG-Vergütung: 13.400 Investitionskosten: ca. 1.500 /kw p = 7.500 Wartung/ Versicherungen: 100 / Jahr Kosten: 9.500 Eigenkapitalrendite: ca. 3 bis 4 % http://www.test.de/solarstrom-vergleichsrechner-rendite-mit-sonne-1391893-0/
2013 2015 2017 2019 2021 2023 2025 2027 2029 2031 2033 WIRTSCHAFTLICHKEIT EINER SOLARANLAGE KAUFKRAFTENTWICKLUNG BEI EINSPEISUNG 1.800 1.600 1.400 1.200 1.000 Daten der Anlage: Größe: 5 kw p Inbetriebnahme: Nov. 2013 Jahresstromproduktion: ca. 4.750 kwh Eigenverbrauch: 0 % EEG-vergüteter Strom: ca. 670 / Jahr 800 600 400 200 0 Summe Einspeisung über 20 Jahre: 0% Inflation ca. 13.400 2% Inflation ca. 11.135 4% Inflation ca. 9.350 Einspeisen 0% Inflation 2% Inflation 4% Inflation 670 450 300 Jahr
2013 2015 2017 2019 2021 2023 2025 2027 2029 2031 2033 WIRTSCHAFTLICHKEIT EINER SOLARANLAGE KAUFKRAFTENTWICKLUNG BEI EINSPEISUNG 1.800 1.600 1.400 1.200 1.000 800 600 400 200 0 Daten der Anlage: 5% Strompreissteigerung 1.780 Größe: 5 kw p Inbetriebnahme: Nov. 2013 Jahresstromproduktion: ca. 4.750 kwh Eigenverbrauch: ca. 50 % 3% Strompreissteigerung 1.210 Kostenersparnis: ca. 670 / Jahr Summe Einsparung über 20 Jahre: 0% Steigerung ca. 13.400 3% Steigerung ca. 18.000 5% Steigerung ca. 22.150 Summe Einspeisung über 20 Jahre: 0% Inflation ca. 13.400 2% Inflation ca. 11.135 4% Inflation ca. 9.350 Eigenverbrauch Einspeisen 0% Inflation 2% Inflation 4% Inflation 670 450 300 Jahr
WIRTSCHAFTLICHKEIT EINER SOLARANLAGE» Investitionen in Solarstrom-Systeme amortisieren sich inzwischen schneller über den eigenverbrauchten als über den eingespeisten Strom!» Nicht eigenverbrauchter Strom wird weiterhin ins Stromnetz eingespeist» Ziel: Systeme mit hohem Eigenverbrauchsanteil bei gleichzeitig hohem Autarkiegrad
WIRTSCHAFTLICHKEIT EINER SOLARANLAGE ERMITTLUNG ZWEI ENTSCHEIDENDER PARAMETER, WELCHE DIE EFFEKTIVITÄT DES PV-SYSTEMS DEFINIEREN» Eigenverbrauch [%]: E V = E ev / E PV (E ev eigenverbrauchter Strom, E PV erzeugter PV-Strom)» Autarkiegrad [%]: AG = E ev / (E ev + E netz ) (E ev eigenverbrauchter Strom, E netz Strom aus dem Netz)
WIRTSCHAFTLICHKEIT EINER SOLARANLAGE WIE KANN EIGENVERBRAUCH UND AUTARKIEGRAD BEEINFLUSST WERDEN?» Lastmanagement Lastkurve des Verbrauchers ermitteln Stromverbrauch an Stromproduktion anpassen Nutzung des überschüssigen PV-Stroms» Speichersysteme Wärmespeicher (Heizung, Brauchwasser) Batteriesysteme (Kleinspeicher, E-Mobilität, etc.)» Größe des PV Systems optimieren Anpassung der PV-Anlage auf den Stromverbrauch
BEISPIEL: EINFAMILIENHAUSHALT Durchschnittliche Stromverbrauch deutscher Haushalte Beleuchtung 17 % 15 % 12 % 8 % 19 % 29 % Kühl- und Gefriergeräte, andere mechanische Haushaltsgeräte Kochen, Trocknen, Bügeln und sonstige Prozesswärme Heizung (elektrisch) Warmwasserbereitung einschließlich Waschmaschiene und Geschirrspühler Unterhaltungselektronik, Telekommunikation, Computer Datenquelle: BDEW
Stromproduktion/ Strombezug BEISPIEL: EINFAMILIENHAUSHALT Lastenverschiebung Ostausrichtung Südausrichtung Westausrichtung Lastkurve Eigenverbrauch Tageszeit
BEISPIEL: EINFAMILIENHAUSHALT» Ca. 50% des Haushaltsverbrauches lassen sich theoretisch durch intelligentes Lastmanagement verschieben => smart home» Im Normalfall findet aber der Großteil (ca. 30-40%) des Verbrauchs schon tagsüber statt» Steigerungspotential für Eigenverbrauch und Autarkiegrad im Bereich von ca. 10-20% des Haushaltsverbrauchs
WIRTSCHAFTLICHKEIT EINER SOLARANLAGE WIE KANN EIGENVERBRAUCH UND AUTARKIEGRAD BEEINFLUSST WERDEN?» Lastmanagement Lastkurve des Verbrauchers ermitteln Stromverbrauch an Stromgestehung anpassen Nutzung des überschüssigen PV-Stroms» Speichersysteme Wärmespeicher (Heizung, Brauchwasser) Batteriesysteme (Kleinspeicher, E-Mobilität, etc.)» Größe des PV Systems optimieren Anpassung der PV-Anlage auf den Stromverbrauch
Stromproduktion/ Strombezug BEISPIEL: EINFAMILIENHAUSHALT Stromspeicherung in elektrischen Systemen Südausrichtung Lastkurve Eigenverbrauch Elektrische Speicherung Tageszeit
ÜBERBLICK STROMSPEICHERTECHNOLOGIEN Investitionsentscheidung für ein spezielles Speichersystem Wirkungsgrad [%] Kosten pro installierter Kapazität [ /kwh) Selbstentladung [%/d] Leistung [kw] Maximale Entladetiefe (DoD) [%] Zyklenlebensdauer bei DoD [#] Wartung und Reparatur [%/Jahr] Batteriekapazität [kwh] Ladedauer [kwh/h] Zugriffszeit [kw/s] Bildquelle: Simone Hainz/ pixelio.de
SPEICHERUNG DES STROMS Pb-Batterien» Vorteile kostengünstige Speichervariante ausgereifte Technologie modular erweiterbar Recycling-System etabliert» Nachteile Lüftungsanforderung am Installationsort kaum Kostenreduktion in Zukunft zu erwarten geringe Entladetiefe geringe Zyklenzahl geringe Energiedichte
SPEICHERUNG DES STROMS Pb-Batterien» Hersteller BAE Berlin Exide Hoppecke Moll Nedap» Anwendungsbeispiele Stationäre Anwendungen Inselnetze Starterbatterie beim Auto Schwarzstart
SPEICHERUNG DES STROMS Li-Ionen-Batterien» Vorteile hohe Entladetiefe modular erweiterbar wartungsarm hohe Energie- und Leistungsdichte hohe Zyklenzahl» Nachteile Noch sehr teuer => Kostenreduktion in den kommenden Jahren zu erwarten thermisches Verhalten Bei Wassereinbruch hohe Reaktivität Normung der Systeme fehlt
SPEICHERUNG DES STROMS Li-Ionen-Batterien» Hersteller Leclanché SA Saft Batterie GmbH Varta Prosol Invest Deutschland GmbH Nedap SMA» Anwendungsbeispiele Handy Elektroauto Energiemanagement-Systeme Kleinspeicher für Haushalte
SPEICHERUNG DES STROMS Speichertechnologien Pb-Batterien Li-Ionen Batterien Wirkungsgrad 65-85 % 89 98 % Investitionskosten ( /kwh) 350 2.560 1.230 3.770 Speicherkosten ( /kwh) 0,20 0,25 0,30 0,40 Ladezyklen bis zu 3.000 bis zu 5.000 Lebensdauer 7 12 a 10 20 a Entladetiefe (DoD) 50 60 % 70 80 % Technische Reife fortgeschritten einsatzbereit Quelle: EuPD Research, photovoltaik.de
WIRTSCHAFTLICHKEIT EINER SOLARANLAGE WIE KANN EIGENVERBRAUCH UND AUTARKIEGRAD BEEINFLUSST WERDEN?» Lastmanagement Lastkurve des Verbrauchers ermitteln Stromverbrauch an Stromgestehung anpassen Nutzung des überschüssigen PV-Stroms» Speichersysteme Wärmespeicher (Heizung, Brauchwasser) Batteriesysteme (Kleinspeicher, E-Mobilität, etc.)» Größe des PV Systems optimieren Anpassung der PV-Anlage auf den Stromverbrauch
Eigenverbrauch INTELLIGENTES LASTMANAGEMENT FÜR IHR ZU HAUSE WELCHER EIGENVERBRAUCH IST MÖGLICH? 100 % 90 % 80 % 70 % 60 % 50 % 40 % 30 % 20 % 10 % 0 % Einfamilienhaushalt ca. 5.000 kwh/a Eigenverbrauch [%]: E V = E ev / E PV 1 2 3 4 5 6 7 PV-Leistung der Aufdachanlage in kw p Nutzbare Batteriekapazität 0 kwh 6 kwh 2 kwh 8 kwh 4 kwh 10 kwh 8 9 10 Datenquelle: Weniger, Tjaden & Quaschning, HTW Berlin
Aurakiegrad INTELLIGENTES LASTMANAGEMENT FÜR IHR ZU HAUSE WELCHER AUTARKIEGRAD IST MÖGLICH? 100 % 90 % 80 % 70 % 60 % 50 % 40 % 30 % 20 % 10 % 0 % Nutzbare Batteriekapazität 0 kwh 6 kwh 2 kwh 8 kwh 4 kwh 10 kwh 1 2 3 4 5 6 7 Einfamilienhaushalt ca. 5.000 kwh/a Autarkiegrad [%]: AG = E ev / (E ev + E netz ) PV-Leistung der Aufdachanlage in kw p 8 9 10 Datenquelle: Weniger, Tjaden & Quaschning, HTW Berlin
INTELLIGENTES LASTMANAGEMENT FÜR IHR ZU HAUSE Fallbeispiel Einfamilienhaus» Stromverbrauch im Jahr: ca. 3.200 kwh Systemparameter» PV-Größe: 7.74 kwp (11.600 )» Speicherkapazität: 5.7 kwh (8550 ) 1400 1200 1000 Gekaufte Elektrizität Eigener PV-Verbrauch PV Produktion PV Einspeisung Gesamter Stromverbrauch» PV-Produktion: 9.053 kwh» Eigenverbrauch: 2.308 kwh» Strombezug vom Netz: 840 kwh» Stromverbrauch gesamt: 3.148 kwh» Eingespeister Strom: 6.745 kwh» Selbstversorgungsanteil: 73 % 800 600 400» EEG-Vergütung: 950 / Jahr» Stromkosteneinsparung: 650 / Jahr» Stromkosten: 235 / Jahr 200 0 Nov 11 Dez 11 Jan 12 Feb 12 Mrz 12 Apr 12 Mai 12 Jun 12 Jul 12 Aug 12 Sep 12 Okt 12 Quelle: www.sonnenbatterie.de
ZUSAMMENFASSUNG» Stromautarkie: ist mit den heutigen auf dem Markt vorhandenen Technologien teilweise möglich» Bedarfsgerechte Anlagenauslegung: Eine PV-Anlage sollte auf den Verbrauch des Nutzers ausgerichtet sein Stromproduktion und Stromverbrauch aufeinander anpassen» Eigenverbrauchsquote: Eigenverbrauchsquote kann durch geeignetes Lastmanagement gesteigert werden Überschussstrom der PV-Anlage durch Power-to-heat nutzen
ZUSAMMENFASSUNG» PV+Speicher Aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten sind Systeme PV+Speicher heute noch nicht rentabel zu betreiben Ausblick: fallende Kosten in Speichertechnologie (Massenware) und steigende Stromkosten werden die Systeme in Zukunft für Investoren interessant machen