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K. Mertens Folie 1Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
Prof. Konrad Mertens
Labor für Optoelektronik und Sensorik, Photovoltaik-Prüflabor
Fachbereich Elektrotechnik und Informatik
Fachhochschule Münster
Solarstrom vom eigenen Dach –
(Wie) geht das?
K. Mertens Folie 2Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
Gliederung:
1. Was heißt hier Klimaschutz?
2. Kurze Einführung zur Photovoltaik
3. Markt- und Preisentwicklung
4. Wirtschaftlichkeit von konkreten Anlagenbeispielen
5. Speicherung von Solarstrom
6. Balkonmodule
7. Photovoltaik und Elektroautos?
8. Fazit
K. Mertens Folie 3Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
Zur Person
• Seit 1992 im Solarenergie-Förderverein Aachen (SFV):
Vorführung: Schweißen mit Solarenergie…
Wolf von Fabeck
K. Mertens Folie 4Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
Zur Person
Küchen-maschine
Radio Solar-module
Toaster
Bohrmaschine
Wo ist die versteckte Batterie?
ww
w.s
fv.d
e
Vorführung: Betrieb von Geräten mit Solarenergie (Halle, 1990)
K. Mertens Folie 5Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
Zur Person
Einsatz für kostendeckende Vergütung…
K. Mertens Folie 6Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
Dies war die Blaupause für die Einführung des EEG im Jahr 2000!
• 1995: Errichtung der ersten Anlage mit
kostendeckender Vergütung (2 DM/kWh)
• Innerhalb von 4 Jahren übernehmen
40 weitere Städte das Aachener Modell!
Zur Person
K. Mertens Folie 7Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
Zur Person
• 1996: Bau einer eigenen Photovoltaikanlage (2 kW)
K. Mertens Folie 8Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
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:
• Photovoltaik• Sensorik• Lichtwellenleitertechnik
Lehre:
• Photovoltaik-Prüflabor• Qualitätsüberprüfung von Photovoltaikanlagen
Forschung:
Vermessung von Modulen im Labor: Erkennung von Modulfehlern mit Thermografie:
K. Mertens Folie 9Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
1. Was heißt hier Klimaschutz?
K. Mertens Folie 10Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
Verlauf der CO2-Konzentration im Lauf der letzten 20.000 Jahre:w
ww
.lehr
buc
h-p
ho
tovo
ltaik
.de
Temperaturanstieg
Häufiger Stürme und Überflutungen
Verschiebung von Klimazonen
K. Mertens Folie 11Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
Der Klimawandel hat schon begonnen:
Que
lle:
Vol
ker
Qua
schn
ing
K. Mertens Folie 12Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
Der Klimawandel hat schon begonnen:
Que
lle:
Vol
ker
Qua
schn
ing
K. Mertens Folie 13Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
Der Klimawandel hat schon begonnen:
Que
lle:
Vol
ker
Qua
schn
ing
K. Mertens Folie 14Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
Der Klimawandel hat schon begonnen:
agrarheute, 28.08.2019
K. Mertens Folie 15Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
Der Klimawandel hat schon begonnen:
Trockenheit lässt Buchen sterben, WAZ, 28.08.2019
K. Mertens Folie 16Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
Was ist das?
1881 2018
Jahrestemperaturen seit 1881:
K. Mertens Folie 17Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
Gliederung:
K. Mertens Folie 18Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
Verursacher der deutschen CO2-Emissionen:
Start mit Kohlekraftwerken ist sinnvoll
Parallel müssen die anderen Sektoren umgebaut werden!
Quelle: Volker Quaschning
K. Mertens Folie 19Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
Zukunft der Kohlendioxidemissionen in Deutschland:
Wo soll die Energie denn herkommen?
Aus Solarstrom? Ja, unter anderem!
Que
lle:
Vol
ker
Qua
schn
ing
K. Mertens Folie 20Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
2. Kurze Einführung zur Photovoltaik
K. Mertens Folie 21Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
Prinzipieller Aufbau einer „klassischen“ Photovoltaikanlage:
SolarmodulSolarzelle
K. Mertens Folie 22Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
Wirkungsgrad von Solarmodulen:
z.B. Wirkungsgrad Modul = 17,5 %
• Was heißt das? Bei voller Sonneneinstrahlung (1000 W/m2) bringt ein Solarmodul (Fläche 1,6 m2, Wirkungsgrad 17,5 %) eine maximale Leistung (Peakleistung) von:
2Modul P2
Watt1000 1,6 m 17,5 % 280 Watt
mP
Anlage P P P18 280 Watt 5,04 kW 5 kWP
Zelle
OptischeLeistung
„Peak“
• Modul:
• Ganze Anlage:
Optisch
ElektrischModul LeistungOptische
LeistungeElektrisch
P
P
Merke: z.B. knapp 30 Quadratmeter reichen für eine 5 kWp – Anlage!
z.B. 18 Module:
ElektrischeLeistung
K. Mertens Folie 23Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
0100200300400500600700800900
10001100
2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1997 1999 2001 2003 2005 2007 2009 2011 2013 2015 2017
Beispiel des Energieertrags realer Anlagen:
Jahr
Spezifischer jährlicher Ertrag in kWh/kWpa) Anlage Aachen
• Baujahr: 1996• Leistung: 2 kWP
• Ausrichtung: Süd• Dachneigung: 45°• „alte Technik“
Durchschnittlicher Ertrag: 830 kWh/kWp
b) Anlage Steinfurt
• Baujahr: 2008• Leistung: 25 kWP
• Ausrichtung: Süd• Neigung: 25°• „moderne Technik“
Durchschnittlicher Ertrag: 1012 kWh/kWp
Ertrag in kWh/kWp
Jahr
900 kWh/kWp sind in unseren Breiten ohne Weiteres machbar!
K. Mertens Folie 24Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
Ertragsabhängigkeit von der Dachausrichtung
z.B. Westdach mit 30 Grad Neigung:
• 17 % Minderung• (entspricht Ertrag von rund 755 kWh/kWp
K. Mertens Folie 25Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
3. Markt- und Preisentwicklung
K. Mertens Folie 26Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
Ausbau der Photovoltaik in Deutschland
• Jährlicher Zubau zwischenzeitlich bei ca. 7 GWp/Jahr
• Aktuell (2018): 3 GWp/Jahr
• Eigentlich brauchen wir 10 GWp/Jahr
• Installierte Leistung in GWp:
Zielkorridor
• Der 52 GW-Deckel muss weg!
Der 52 GW-Deckel!
K. Mertens Folie 27Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
• Wachstumsraten über 40 %
• 2018: rund 100 GWp zusätzlich installiert!
• Europa spielt aktuell kaum noch eine Rolle
Weltweites Wachstum der Photovoltaik
• Bislang weltweit installierte Leistung in GWp:
K. Mertens Folie 28Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
Stromerzeugung durch erneuerbare Energien in Deutschland
Aktueller Status (2018):
• Anteil der erneuerbaren Energien am Nettostrombedarf: 40 %
• Anteil der Photovoltaik am Nettostrombedarf: 8,4 %
• Stromerzeugung in Mrd. kWh
K. Mertens Folie 29Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
Preisentwicklung:
• Modulpreise seit 1980:
• Reduzierung von 27 Euro/Wp auf unter 27 Cent/Wp!
K. Mertens Folie 30Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
Preisentwicklung:
• Entwicklung der Einspeisevergütung seit 2004:
Photovoltaikstrom ist inzwischen günstiger als Biomasse und Offshore-Windkraft!
Aktuelle Ausschreibungen von Freiflächenanlagen: Betreiber bieten 5 Ct/kWh!
K. Mertens Folie 31Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
Preisentwicklung:
• Übrigens: Aktuelle Photovoltaikausschreibung in Dubai:
Niedrigstes Gebot:
1,6 cent/kWh!!!
Foto: DEWA25-jähriger Stromabnahmevertrag
K. Mertens Folie 32Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
Preisentwicklung:
• Einspeisevergütung und Strompreis
Eigenverbrauch lohnt sich!
K. Mertens Folie 33Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
4. Wirtschaftlichkeit von konkreten Anlagenbeispielen
K. Mertens Folie 34Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
Beispiel A: 5 kWp-Anlage ohne Eigenverbrauch
Solar-module
K. Mertens Folie 35Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
Beispiel A: 5 kWp-Anlage ohne Eigenverbrauch
Investitionskosten: z.B. 6.500 Euro (entspricht 1.300 Euro/kWp)
Stromertrag pro kWp: 900 kWh/Jahr
Einnahmen: 10 ct/kWh x 900 kWh/Jahr x 5 = 450 Euro/Jahr
Laufende jährliche Kosten: 1,5 % der Investitionskosten: 97,50 Euro/Jahr
Ausgaben: 97,50 Euro/Jahr
Überschuss: (450 – 97,50) Euro/Jahr = 352,50 Euro/Jahr
Amortisationszeit: 6.500 Euro / 352,50 Euro/Jahr = 18,4 Jahre
Rendite: = 0,8 %
nicht herausragend!
Was kann man tun, um die Rendite zu verbessern?
(Nettopreise)
K. Mertens Folie 36Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
Beispiel B: 5 kWp-Anlage mit Eigenverbrauch
Solar-module
K. Mertens Folie 37Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
Beispiel B: 5 kWp-Anlage mit Eigenverbrauch
Einnahmen durch Einspeisung: 10 ct/kWh x 2/3 x 4500 kWh/Jahr = 300 Euro/Jahr
Vorteil durch Eigenverbrauch: 28 ct/kWh x 1/3 x 4500 kWh/Jahr = 420 Euro/Jahr
Gesamteinnahmen: 720 Euro/Jahr
Laufende jährliche Kosten: 1,5 % der Investitionskosten: 97,50 Euro/Jahr
Rendite ist deutlich verbessert!
• z.B. 1/3 des erzeugten Stroms wird selbst verbraucht, Tarifstrom kostet z.B. 28 ct/kWh
• Neue Rechnung:
Ausgaben: 97,50 Euro/Jahr
Überschuss: (720 – 97,50) Euro/Jahr = 622,50 Euro/Jahr
Amortisationszeit: 6.500 Euro / 622,50 Euro/Jahr = 10,4 Jahre
Rendite: = 7,2 %
K. Mertens Folie 38Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
Konkrete Empfehlungen bei Planung und Kauf einer PV-Anlage:
• Dacheignung prüfen (steht ggf. Sanierung an?)
• Installierbare PV-Leistung abschätzen
• Mehrere Angebote einholen!
• Verschiedene Varianten durchrechnen lassen
Geeignete Solaranlage installieren
www.pv-magazine.de/2019/09/27/photovoltaik-ohne-finanzamt/
• Infos zu Steuerfragen:
K. Mertens Folie 39Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
Welche Art von Modulen?
multikristallin: monokristallin:
Wirkungsgrad: bis 18 % Wirkungsgrad: bis 22 %
Bilder: Solarwatt
K. Mertens Folie 40Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
• Gibt es Energieeinsparpotential?
• z.B. Beleuchtung:
• z.B. Haushaltsgeräte:
• Macht ggf. Wärmeerzeugung mit Strom Sinn? (Brauchwasser oder Heizung)
Ebenfalls zu überlegen:
K. Mertens Folie 41Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
Eigenverbrauchserhöhung durch Wärmeproduktion: Mit Heizstab
K. Mertens Folie 42Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
Que
lle:
ww
w.v
olke
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asch
nin
g.d
e
Eigenverbrauchserhöhung durch Wärmeproduktion: Mit Wärmepumpe
K. Mertens Folie 43Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
5. Speicherung von Solarstrom
K. Mertens Folie 44Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
=
PV-GeneratorWechselrichter
öffentliches Netz
Hausverbraucher
Akkumulator(Blei oder Lithium-Ionen)
Prinzip
• Ein Teil des Stroms wird zwischengespeichert, um den Eigenverbrauchsanteil zu erhöhen
K. Mertens Folie 45Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
Aktuelle Situation:
• Zusatzfeatures: z.B. Notstromfunktion, Anbindung an Elektroauto, etc.
Quelle: DGS
• Lithium-Ionen-Speicher haben sich praktisch durchgesetzt ggü. Bleispeichern
K. Mertens Folie 46Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
Aktuelle Situation:
aktuell: ca 150.000 Speicher
K. Mertens Folie 47Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
ca. 30 % Eigenanteil
ca. 60 % Eigenanteil
Intelligentes System zur Erhöhung des Eigenverbrauchs (EFH):
a) Ohne Speicher und Lastmanagement: eingespeiste PV-Energiedirekt verbrauchte PV-Energie
aus Netz be-zogene Energie
b) Mit Speicher und Lastmanagement:
Quelle: SMA
gespeicherte PV-Energie
aus Speicher bezogene Energie
K. Mertens Folie 48Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
Aktuelle Situation:
Speicher rechnen sich bislang nur in Ausnahmefällen!
• Bislang wurden in Deutschland ca. 150.000 Heimspeicher installiert
• Kosten von Speichern sinken (insb. Lithium-Ionen-Speicher)
• Kosten zur Speicherung einer Kilowattstunde liegen aber immer noch über 15 bis 20 Cent
Speicherung in Wärme (z.B. in Kombination mit Wärmepumpen) ist eher wirtschaftlich!
K. Mertens Folie 49Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
www.pv-now-easy.de
Speicherauslegung mit pv-now-easy:
Fall A: ohne Speicher: Fall B: mit Speicher:
K. Mertens Folie 50Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
Solarspeicher-Förderprogramm in NRW:
https://www.bezreg-arnsberg.nrw.de/themen/p/progres_nrw_markteinfuehrung_breitenprogramm/04_batteriespeicher/index.php
K. Mertens Folie 51Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
Was ist hier falsch?
Foto: K. Mertens
K. Mertens Folie 52Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
Nutzt die Dächer!
Quelle: Pixabay
www.pv-magazine.dewww.solaranlagen-portal.com
Pixabay
Pixabay
K. Mertens Folie 53Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
Die Dächer müssen genutzt werden: Es ist noch genug Platz…
Beispiel Horstmar:
http://details.solare-stadt.de/kreis_steinfurt/
K. Mertens Folie 54Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
Die Dächer müssen genutzt werden: Es ist noch genug Platz…
Quelle: google maps
Beispiel Horstmar:
K. Mertens Folie 55Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
6. Balkonmodule
K. Mertens Folie 56Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
Als Fensterladen
Guerilla-Photovoltaik: Kleinstanlage aus ein oder zwei Modulen
Im Garten An der Garage
An der Hauswand
Fotos: DGS, Markus Vietzke
K. Mertens Folie 57Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
z.B. „Balkonkraftwerk“:
Komplettpaket:• 2 Solarmodule (je 300 Wp)• Miniwechselrichter• Ggf. mit Unterkonstruktion• Zubehör• Preis: 600 Euro (brutto)
• Anschlussbedingungen sind aktuell in der Normung
• Ziel: Modulstecker direkt in (spezielle) Steckdose stecken dürfen
• Expertenvortrag an FH Münster in Steinfurt: Mittwoch, 06.11.19, 17:15 Uhr!
https://youtu.be/58Ako7uaaJcVideo:
Foto: BürgerEnergie Berlin
Foto: www.alpha-solar.info
Marktübersicht: www.pv-magazine.de/themen/kleinmodule/
K. Mertens Folie 58Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
7. Photovoltaik und Elektroautos?
K. Mertens Folie 59Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
Nutzt die Dächer… auch für das Elektroauto…
K. Mertens Folie 60Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
Nutzt die Dächer… auch für das Elektroauto…
ww
w.p
ram
l.de
z.B. 5 kWp - Anlage: 25.000 km pro Jahr!
besser: 10 kWp - Anlage: 25.000 km pro Jahr + 4500 kWh für Haushalt…
K. Mertens Folie 61Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
Wie man es nicht machen sollte:
Foto: Frank Neuhaus
K. Mertens Folie 62Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
Gewöhnungsbedürftig…
Foto: © Bildarchiv Bayerisches Landesamt für Denkmalpflege, München; Fotograf: Joachim Gattenlöhner, Kitzingen
K. Mertens Folie 63Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
So bekommt man einen hohen Eigenverbrauchsanteil…
K. Mertens Folie 64Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
Wie man es nicht machen sollte:
Bild: photon-pictures.com
K. Mertens Folie 65Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
Foto: Jörg Philipp
Wie man es nicht machen sollte:
K. Mertens Folie 66Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
7. Fazit
K. Mertens Folie 67Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
• 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???
Fazit
Photovoltaik verstehen?
www.lehrbuch-photovoltaik.de
K. Mertens Folie 68Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
www.lehrbuch-photovoltaik.deInfos zur Homepage: Über 200 Abbildungen zum freien Download
K. Mertens Folie 69Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
www.lehrbuch-photovoltaik.deSoftware: Renditeberechnung
K. Mertens Folie 70Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
www.lehrbuch-photovoltaik.deSoftware: Renditeberechnung
K. Mertens Folie 71Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019
Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!
Vortragsfolien zum Download: www.fh-muenster.de/mertens
(ganz unten…)
K. Mertens Folie 72Solarvortrag energieland 2050, Sommer 2019