Franz Baumgartner, 2018-09-05; www.zhaw.ch/~bauf Photovoltaik & Batteriespeicher Investition in Solaranlagen lohnen sich Prof. Dr. Franz Baumgartner ZHAW University of. Appl. Sciences Zurich, School of Engineering, IEFE; www.zhaw.ch/~bauf Vortrag 1h am 5.9.2018 in Herisau, CH, INFOANLASS "RENTIERT EINE SOLARANLAGE » 11. März 2011 bulletin.ch 8/2016 bulletin.ch 10/2017
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Franz Baumgartner, 2018-09-05; www.zhaw.ch/~bauf
Photovoltaik & BatteriespeicherInvestition in Solaranlagenlohnen sich
Prof. Dr. Franz Baumgartner
ZHAW University of. Appl. Sciences Zurich, School of Engineering, IEFE; www.zhaw.ch/~bauf
Vortrag 1h am 5.9.2018 in Herisau, CH, INFOANLASS "RENTIERT EINE SOLARANLAGE »
11. März 2011 bulletin.ch 8/2016 bulletin.ch 10/2017
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Inhalt - Themen
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1. Wandel der Energietechnik
2. Was macht die Politik
3. Technik3a Solarzelle3b Wechselrichter und System3c Wärmepumpe3d Batteriespeicher
4. SFr - Wirtschaftlichkeit – Förderung
5. Die Entwicklung geht weiterElektromobilität + Solar + Steuerung
Vielerorts haben wir eine Tropennacht erlebt, in der die Temperaturen nie unter 20 Grad fielen.Als Alternative zum in vielen Kantonen verbotenen Feuerwerk werden dann im Verlauf des Nachmittags und Abends einige kräftige Gewitter mit Blitz und Donner, Hagel und Sturmböen geboten.
Seit 2001 erlebten wir 17 der wärmsten 18 Jahre seit dem Beginn der Wetteraufzeichnung!Anstieg Meerwasserspiegel um 7.7cm in 2018 relativ zu 1993.Erste Hälfte 2018 viertwärmstes Halbjahr seit Aufzeichnung (NOAA); Global Warming. https://nyti.ms/2Ol1TVF
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Hitzerekord – Schaden Wirtschaft
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Einige Schäden im Hitzesommer 2018
• Deutschland: -20% Ernteertrag Getreide
• Schweden: 1 000 000 000$ Landwirtschaft
• Great Britain: Weizenertrag auf 5 Jahrestief
• El Salvator: Ausfall Getreideernte bei 41°C & 40 Tage kein Regen
Diese Module sind am ZHAW SoE Dach des IEFE in Winterthur im Einsatz und werden zu Unterrichtszwecken eingesetzt. (TSM-260 ersetzt durch LDK-260)https://www.zhaw.ch/de/engineering/institute-zentren/iefe/news/news/news-single/neues-photovoltaik-outdoor-labor/
F. Baumgartner, 2015 Nov, electrosuisse, 151105 Energien der Zukunft: erneuerbare Energien - Electrosuisse
Effiziente industriell gefertigte Standard Solarmodule am Markt1990 201712% Steigerung +1% in 5 Jahren 17%
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Industrialisierung vor 100 Jahren in USA
Henry Ford: Industrial Production & Labor Innovations
Ford was dedicated to the production of an efficient and reliable automobile that would be affordable for everyone; the result was the Model T, starting in October 1908.
Practice techniques of mass production revolutionize industry
• use of large production plants
• standardized
• interchangeable parts
• and the moving assembly line
Mass production cut down on the time required to produce an automobile, which allowed costs to stay low. (in 1918 US market share about 50%).
Slide 25 .
y = 26439 x -0.207
Learning Rate
LR=1-2-0.207 = 0.13900
3600
10 100 1000 10000
$ (in
195
8$)
thousand units cumulative shipments
Fords T-Model cost reduction1909
1923
1918
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Der Erfolg der Photovoltaik liegt in der Kostensenkung durch die Massenproduktion
Status Modul ab Fabrik 2016 Multi. MW 0.37US$/Wpbzw. ca. 400 SFr pro kWp
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http://www.itrpv.net
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Industrielle Produktionsanlagen kommenauch aus der Schweiz: Meyer Burger
2012-Solar Home Storage Systems on the market and pricing 2012
F. Baumgartner, P. Korba et.al. EUPVSEC 2012
Commercial PV Battery + Power ElectronicsNominal Capacity C nom [kWh] 13.8Price rel. per kWh nom 833€ Used Capacity C used [kWh] 6.9lifetime full cycles @ DOD 50% 1350lifetime stored capacity [kWh] 18630cost of stored kWh 0.62€ financing costs factor (5% interst rate, 5a) 1.2total storage costs per kWh 0.74€ http://www.mare- solar.com/shop/eigenverbrauch- speichersysteme- solarworld- sun- pac- c- 66_532_607.html
An example of a marketing document:
To increase self consumption from 38% to 50% of consumption +22%
investment of typ. 11 500€
per 6.5kW PV STC is needed(doubling investment costs)
total 2700 full cycles / 270 cycles @10aSlide 40
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Nur 6% des Wochenstroms kommt vom Netz
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Beispiel Aug 2014 - sonniger Tag 30kWh Li-Speicher, 15kWp PV
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Messresultate an PV Batterien
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Batterie mitSolarstrom
Laden
Solarstromdirekt ins Netz
Batterieversorgt Haus
Leistung der Batterie reicht nachts nicht
Lade-standBatterie
Solar-produktion
Verbrauch
Messung wurde 2017 im ZHAW IEFE Lab ausgeführt
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100 000 Solarstromspeicher in Deutschland im BetriebJede zweite Photovoltaikanlage mit Batteriespeicher
2020 TESAL’s full capacity to be reached5 billion $ FAB
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Web visited Juni 2016 - https://www.teslamotors.com/gigafactory
Tesla broke ground on the Gigafactory in June 2014 outside Sparks, Nevada, and we expect to begin cell production in 2017. By 2020, the Gigafactory will reach full capacity and produce more lithium ion batteries annually than were produced worldwide in 2013. 35 more than 35 GWh of battery cells and 50 GWh of battery packs, but CTO JB Straubel, 2015
PAN
ASO
NIC
Feb 2016http://electrek.co/2016/02/24/
2017 Aug; https://www.teslarati.com
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Grösste EV Batterie Produzenten 2015TOP TEN 11.4 GWh /a
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FAZ 2016-11-17
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Batteriefertigung in Europa?
• CATL bis 2022 rund 240 Millionen Euro in den Standort Erfurt investieren
• Die Produktionsstätte wird auf eine Kapazität von 14 GWh pro Jahr ausgelegt sein und der Region 600 neue Arbeitsplätze verschaffen
• BMW hat eine Auftragslinie von etwa 1 Mrd bei CATL plaziert
• Weitere Batteriekunden aus Deutschland, VW und Daimler
[1] B. Nykvist, M. Nilsson; «Rapidly Falling costs of battery packs for electric vehicles»,Stockholm Environment Institute & KTH Royal Institute of Technology, Stockholm; Nature Climate Change; 9th Feb 2015[2] N. Pearsall, F. Baumgartner, PV Performance, Wiley, Nov 2016, ISBN 978-1-78242-336-2
LR=0.06 [1]EVs batterymarket leaders
LR = 0.10
LR = 0.15EPRI US, 2015W. Hofmann, 2015
2020 cum5Mio EV
2025 cum30 Mio EVs
70 000 German PV home batteries 5kWh
0.35GWh
China 2025; 3 Mio Evs; each 50kWh = 150GWh/a
2018Tesla Gigaf
500 Fr/kWh Invest.250 Jahreszyklen
20 Rp/kWh
3 Mio Evs sales 202173$/kWh in 2040
Bloomberg, July 207
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Fronius Symo Hybrid PV+Storageist gleichzeitig Photovoltaik- und Batteriewechselrichter, 3phasig für, 3, 4 bis 5kW
Webrechner zur Analyse der Unabhängigkeithttps://pvspeicher.htw-berlin.de/unabhaengigkeitsrechner/
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4. Technik
Wirtschaftlichkeit
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Photovoltaik Preise in Liechtenstein sind seit 2010 auf ein Viertel gesunken
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Präsentation bei der Solargenossenschaft in Vaduz, 01.04.2017; Energiefachstelle, Jürg SennPV Status in FL 2017 ca. 20 (12)MWp; geplante PV Ausbauleistung 2.5MW in 2018
Einmalvergütung für PhotovoltaikanlagenVerordnung AS 2016 4617, Anhang 2.1, (Art. 39, 41, 44 und 46–49)- erstellt Jan 2017https://www.admin.ch/ch/d/gg/pc/documents/2833/6_EnFV_de.pdf
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Förderung aus Bern: 2. EV
Beispiel: 10kW (integrieter Solarfläche ca. 70m2) Bau Feb 2017 : Subv. EV mit 1600+5200=6800 Fr
nicht ins Dach integrierte PV Module 5900 Fr
ca. 100 Frpro QuadratmeteroderBern zahltdie Solarmodule!!
Antrag sofort – finanzielle Zusicherung in ca. 6 Jahren (EV bis 2030)https://www.swissgrid.ch/swissgrid/de/home/experts/topics/renewable_energies/remuneration_re/eiv/compensation.html
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Lokal Unterschied bei der Vergütung des rückgespeisten Solarstroms
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http://www.vese.ch/karte/
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Lokal grosse Unterschied bei der Vergütung des rückgespeisten PV-Stroms – Mittel 9 Rp
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http://www.vese.ch/karte/
30 grössten Ews versorgen ca. 2/3 der Schweizer Bevölkerung
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Finanzierungsmodellgrobe Richtwerte
Anteil am der PV GesamtinvestitionBeispiel 10kW PV Anlagemit 25 000 Fr
Anteil
EV Einmalvergütung vom BundBFE bzw. https://www.swissgrid.ch/
1/4
Eigenverbrauch im Moment erspart den Kaufvon Netzstrom im Umfang ca. 2000kWh jährlich zu je 0.20Fr bzw. 12 000 Fr in 30 Jahren
2/4
Zusätzlicher Eigenverbrauch durch Wärme-pumpe für 2/3 Warmwasser – ca. 1000kWh/a
1/4
Erträge aus der Rücklieferung des Stroms ins öffentliche Stromnetz (ca. 3 Rp/kWh) / 30 Jahre
1/4
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Die Betriebskosten und Ersatz z.B. Wechselrichter nach 13 Jahren belaufen sich auf ca. 1/3 der InvestitionVergleiche auch andere Simulation:
Investitionskosten zur SteigerungEigenverbrauch – z.B. Li-Batterie
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T. Baumann, F. Baumgartner, 2017 – Studie für Solarspar.chhttps://www.solarspar.ch/fileadmin/user_upload/PDF/Forschung/20170106_Home_Batteriespeicher_solarspar.pdf Vergleiche auch andere Simulation:
Woher stammte der Ladestrom vor 25 Jahren CO2 Emission des E-Autos
12th European Photovoltaic Solar Energy Conference; Amsterdam 11-15 April
1994
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Beispiel: Solares Einfamilienhaus mitSolarem-Haushaltsstrom, -Heizung und -Elektroauto
Eckdaten vom Eigentümer:
1985 Baujahr, Einfamilienhaus, Heizung monovalente Erdwärmesonden, s. -Studie auf der BFE-homepage
2008 Wärmepumpe mit Scroll-Kompressor
2012 Warmwasser über Wärmepumpe und Erdwärmesonden
2014 PV-Solaranlage 16,4 kWp, s. att.
2015 vollelektr. E-Car (mit eigener "Tankstelle")
Verbrauch Heizung, WW, Haushalt 7000kWh Strom
Erzeugung PV Plan 17.000kWh jährlich (seit 19.05. aktuell 11.500 kWh)
= 243%-PEB-EFH
Untersiggenthal/AG
www.staerk-erdwaerme.chSlide 68
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Solar Wärme WW/HMuKEn 150m2
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Wo liegt die Zukunft der Energietechnologien?
1. In der industriellen Massenproduktion der erneuerb. Komponenten - beschleunigt durch temporäre Marktanreizprogramme
2. In der Steigerung der lokalen Erzeugung und der Maximierung des Verbrauchs vor Ort- ermöglicht durch Sektorkopplung (Strom in Wärme)- Tagespeicherung des Stroms in Batterien im Gebäude- Nutzung der Elektro-Autobatterie als Notstromquelle o. Puffer- Saisonaler Speicher mittels Methanol od. erneuerbarem CH4 über Verstromung mittels Brennstoffzelle od. Generator
3. In professionalere Planung, Installation und Betrieb/Service
4. Schlüsselkomponenten und Hardware Technologien sind+++ Solarzellen, Wind KW, Lithium Batterien, Brennstoffzelle+ digital Vernetzung könnte überschätzt werden / Smart Grid
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USA PV MW Kraftwerk in Mojave Desert
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Schmelzender Gletscher in Patagonien Uppsala Gletscher in Argentinien – 0.7km jährlich
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60kWp, AXA Winterthur 650kW, Lonza AG, Waldshut 50kW – LE / dhp
90kW, Solar Wings60kW, Solar Wings, Tenna10kW, EKZ60kW, Werkhof, WintiSolarspar, Klimafond
Danke für ihre AufmerksamkeitPV Team IEFE ZHAW Dozenten Dr. Hartmut Nussbaumer und Prof. Dr. Franz Baumgartner
PV plants built in collaboration w. IEFE www.zhaw.ch/~bauf
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Danke für Ihre Aufmerksamkeit
• Seit 1988 in der Forschung u Entwicklung Photovoltaik an Hochschulen in Deutschland und der Schweiz