PHOTOVOLTAIK: EIGENSTROM UND SPEICHERTECHNIK

Factor e – Energieeffizienz im Unternehmen| Koblenz | 07.09.2016

Dr. Ralf Engelmann | Referent Solarenergie, Geothermie und Speicher

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ENERGIEAGENTUR RHEINLAND-PFALZ Die Energieagentur Rheinland-Pfalz: Gründung am 22.06.2012 die landesweite Plattform für die Energiewende 100-prozentige Landes-GmbH Zentrale in KL, mit 9 Regionalbüros flächendeckend in ganz Rheinland-Pfalz vor Ort » arbeitet produkt-/ anbieterunabhängig und marktneutral (tritt nicht in Wettbewerb mit den am Markt tätigen Akteuren!) » » » »

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ENERGIEAGENTUR RHEINLAND-PFALZ Unsere Ziele: » Gestaltung der Energiewende gemeinsam mit allen relevanten Akteuren im Land » initiiert und begleitet themenübergreifenden, interdisziplinären Dialog zu Erneuerbaren Energien, Effizienz, Einsparung, nachhaltiger Mobilität u.v.a.

» informiert, vernetzt und unterstützt Energiewende-Akteure in Kommunen, Unternehmen, Organisationen, Bürgerinnen und Bürger » Bewusster Umgang mit Energie » Dezentrale Energieversorgung » Einsparung, Effizienz, EE

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FRAGESTELLUNG

Warum sollte ich Solarenergie überhaupt nutzen? Ist es im Hinblick auf die stark gefallene EEG-Vergütung überhaupt noch sinnvoll in eine PV-Anlage zu investieren?

Eigenverbrauchen, einspeisen oder direktvermarkten welches Geschäftsmodell ist am besten?

Bildquelle: Hardy/ pixelio.de

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JÄHRLICHER PRIMÄRENERGIEVERBRAUCH IN DEUTSCHLAND

Primärenergie (fossile, nukleare und regenerative Energieträger)

3,63 PWh/a = 3,63*1012 kWh/a 3.630.000.000.000 kWh/a

= 1 Wasserkocher mit 2.000 W rund 190 Mill. Jahre = ca. 458 AKWs

Sekundärenergie/ Endenergie (Benzin, elektrischer Strom, Wärme, etc.)

Tertiärenergie/ Nutzenergie (Wärme, Kälte, mechanische Arbeit, Licht, etc.)

Datenquelle: AG Energiebilanz e.V.: Energieverbrauch in Deutschland im Jahr 2014

„Umwandlungsverluste“

„Transportverluste“

„Wirkungsgradverluste“ beim Endverbraucher

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PRIMÄRENERGIEVERBRAUCH IN DEUTSCHLAND Mineralöl 1,27*1012 kWh

Windenergie 0,06*1012 kWh Wasserkraft 0,02*1012 kWh

Bioenergie 0,27*1012 kWh Geothermie 0,01*1012 kWh Solarenergie 0,04*1012 kWh

PrimärenergieVerbrauch Deutschland 3,63 *1012 kWh

Erdgas 0,74*1012 kWh

Steinkohle 0,45*1012 kWh Braunkohle 0,43*1012 kWh

Uran 0,29*1012 kWh

gerade einmal 11 % des Primärenergiebedarfs Deutschlands wird durch regenerative Energien abgedeckt Datenquelle: AG Energiebilanz e.V.: Energieverbrauch in Deutschland im Jahr 2014

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WAS VERBRAUCHT DIE WELT AN ENERGIE IM JAHR? jährliches Energieangebot durch regenerative Energiequellen

Windenergie

Bioenergie Geothermie Wasserkraft

Gezeitenkraft

gesamtes Energieangebot von fossilen und nuklearen Energieträgern auf der Erde

Weltweiter jährlicher Primärenergieverbrauch

Solarenergie In einem Jahr schickt uns die Sonne das 7.500 fache des weltweit jährlichen Energiebedarfs oder in 70 Minuten den weltweit jährlichen Energiebedarf

Reichweite Kohle

170 a

Erdöl

45 a

Erdgas

65 a

Uran

70 a

Datenquelle: Grafik verändert nach Quaschning 2011, Kurzbericht AG Energierohstoffe, BMWi

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REGENERATIVE ENERGIEQUELLEN SIND NAHEZU UNERSCHÖPFLICH 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

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SOLARANLAGEN - AUFBAU UND FUNKTIONSPRINZIP Netzgekoppelte PV-Anlage » Komponenten 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Solargenerator Solarmodul Solarzelle Verbindungskabel Wechselrichter Solarstromzähler Einspeisezähler Bezugszähler Speicher

3 2 1

2

4

6 8

7

5 9

3

Bildquelle: Agentur für Erneuerbare Energien

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SOLARANLAGEN - INSTALLATION Installation Montagemöglichkeiten

Anforderungen an das Dach:  Statik  Dacheindeckung (asbestfreie Abdeckung)  genügend Freiflächen  Zugang zum Solardach für Wartungsarbeiten

Bildquelle: Thermische Solaranlagen zur Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung (2008)

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SOLARANLAGEN - INSTALLATION

Bildquelle: EOR, Schott Solar AG, Schüco, Baunetz Wissen Solar, Soltecture/Baunetz Wissen Solar, heliathus Solar GmbH, heliatek

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SOLARANLAGEN - PLANUNG Entscheidungskriterien bei der Anschaffung und Planung einer PVAnlage » Standortfaktoren:  Sonneneinstrahlung/ Klimazone  Ausrichtung der Solaranlage  Verschattung

» Wirtschaftliche Faktoren:  Technologie  Kosten der Anlage  Möglicher Geschäftsmodelle Quelle: Klaus-Uwe Gerhardt/ pixelio.de

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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/kWp

Bildquelle: Deutscher Wetterdienst

Ausrichtung und Neigung » Optimale Ausrichtung: Süden, Neigungswinkel 30° - 40° Ostausrichtung Südausrichtung

Westausrichtung

Sonnenaufgang

Mittag

Sonnenuntergang

Stromproduktion

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SOLARANLAGEN - PLANUNG

Tageszeit

Bildquelle: MGT esys Energy System

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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 SYSTEMPREISE PV-AUFDACHANLAGEN Systempreise für Aufdachanlagen sind von 2006 bis 2015 um 71 % gefallen

5.000

Bruttosystempreis PV-Anlage (€/kWp)

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PREISENTWICKLUNG IN DER PHOTOVOLTAIK

4.500 4.000 3.500

Systempreise heute bei 1.400 bis 1.600 €/ kWp

3.000 2.500 2.000 1.500 1.000

Systemkosten PVAnlagen < 100 kWp 2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

Jahr Datenquelle: verändert nach BSW-Solar/EuPD Research

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100 % EINSPEISUNG Einspeisung

Rechenbeispiel Rentabilität einer PV-Anlage       

Inbetriebnahme der Anlage: Vergütungszeitraum: Anlagengröße: Stromproduktion im Jahr: EEG-Vergütung: Investitionskosten: Wartung/ Versicherungen: Kosten:

Juli 2016 20 Jahre (0,1178 €/kWh) 50 kWp ca. 47.500 kWh/a => 950.000 kWh in 20 a 112.000 € ca. 1.400 €/kWp = 70.000 € 500 €/ Jahr 80.000 €

Bildquelle: Wolfgang Dirscherl/pixelio.de; wwwoeko-haus.com

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EIGENVERBRAUCH DES PV-STROMS Einspeisung

Eigenverbrauch

Warum Eigenverbrauch?  Einspeisevergütung sehr niedrig   

12,31 €Cent/kWh bis 10 kWp 11,97 €Cent/kWh bis 40 kWp 10,71 €Cent/kWh bis 100 kWp

 Sie müssen weniger Strom aus dem Netz beziehen und sparen somit Stromkosten  Sie sind unabhängig von Strompreissteigerungen – die Solarstromkosten bleiben für Sie nahezu konstant über 20 Jahre! Bildquelle: Wolfgang Dirscherl/pixelio.de; wwwoeko-haus.com

Strompreisentwicklung in Deutschland

Nettostrompreis (€Cent/kWh)

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EIGENVERBRAUCH DES PV-STROMS

70

Strompreis von 2000 bis 2015 um ca. 110% gestiegen

PV-Stromgestehungskosten

Solarstrompreis von 2000 bis 2015 um ca. 80% gefallen

60 50

Grid parity

40

24 bis 26 €Cent/ kWh

30 20

Strombezugspreis

Finanzieller Vorteil

10

10 bis 12 €Cent/ kWh

0 2000

2005

2010

Jahr

2015

2020

+40% EEG-Umlage auf Eigenverbrauch für PV-Anlagen nach dem 01.08.2015 und größer 10 kWp

Datenquelle: verändert nach BSW-Solar/BMU

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EIGENVERBRAUCH DES PV-STROMS Eigenverbrauch  Personenidentität von Anlagenbetreiber und Stromverbraucher  sind Eigentümer, Betreiber und Verbraucher die gleiche natürliche/ juristische Person liegt immer Eigenverbrauch vor!!!  Unternehmen können als juristische Personen unter den oben genannten Bedingungen Eigenverbrauch geltend machen  Personenidentität bei mehrere Akteure (Bsp. Betreibergesellschaft) nicht eindeutig geklärt => Eigenverbrauchsmodell nur bedingt möglich  Komplexe Eigenverbrauchsmodelle sollten im Vorfeld eng mit dem Übertragungsnetzbetreibern abgestimmt werden (genaue juristische Vertragsprüfung)

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EIGENVERBRAUCH DES PV-STROMS Eigenverbrauch

Einspeisung

Beispielrechnungen:    

Stromverbrauch im Jahr 80.000 kWh Anlageinstallation 07/2016 (Einspeisevergütung 11,78 €Cent/kWh) Strombezugskosten: 24 €Cent/kWh Anlagengröße: 50 kWp

100% Einspeisung EEG-Vergütung: 5.600 €/a

Summe:

5.600 €/a

40% Eigenverbrauch

80% Eigenverbrauch

(19.000 kWh => 23,75 % AG)

(38.000 kWh => 47,5 % AG)

EEG-Vergütung: 2.240 €/ a Einsparung: 4.560 €/a Summe: 6.800 €/a

EEG-Vergütung: 1.120 €/a Einsparung: 9.120 €/a Summe: 10.240 €/a

Bildquelle: Wolfgang Dirscherl/pixelio.de; wwwoeko-haus.com

Anlagengröße 50 kWp Einspeisung 47.500 kWh 28.500 9.500 kWh

Eigenverbrauch 38.000 kWh 1.200 kWh 19.000

Netzbezug 80.000 42.000 61.000 kWh

Kostenrechnung:

Reduktion der Strombezugskosten Stromkosten im Jahr

-9,1 T€/a

-9 T€/a

1,1T €/a

mit PV (80 % Eigenverbrauch)

10,1 T€/a

-4,56 T€/a -12,4 T€/a

2,2 T€/a

-13,6 T€/a

14,6 T€/a

mit PV (40 % Eigenverbrauch)

5,6 T€/a

mit PV (100 % Einspeisung)

19,2 T€/a

ohne PV

19,2 T€/a

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EIGENVERBRAUCH DES PV-STROMS

Bildquelle: Wolfgang Dirscherl/pixelio.de; wwwoeko-haus.com

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EIGENVERBRAUCH DES PV-STROMS » 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: energetisch sinnvolle Anlagenauslegung der PVAnlagengröße unter Einbezug von Jahreslast- und Erzeugungsprofilen

Juni, bedeckt

Leistung

Juni, sonnig

Leistung

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EIGENVERBRAUCH DES PV-STROMS

März, Durchzug von Wolken

Tagesverlauf

Dezember, bedeckt

Tagesverlauf Quelle: verändert nach SMA

Beispiel Gewerbe werktags: Leistung

 Typischer Eigenverbrauchsanteil: 10 bis 90 %  Typische Branchen: 

Tagesverlauf 100

Eigenverbrauch (%)

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EIGENVERBRAUCH DES PV-STROMS

verpflichtende Direktvermarktung

80 60

Bildung, Kantinen, Krankenhäuser, Verwaltung, Behörden, Banken, Dienstleister, Praxen, Werkstätten, Autohäuser, metall- und holzverarbeitende Industrie, Elektroindustrie, Ernährung, etc.

 Ideale Ausrichtung: Süd

40 20

anteilige EEGUmlage

0 0

50

100

150 200

250

300

350 400

PV-Leistung der Aufdachanlage in kWp

450

Elektrischer Energiebedarf: 20 MWh/a 50 MWh/a 100 MWh/a

200 MWh/a 500 MWh/a 1 GWh/a Quelle: verändert nach SMA

Leistung

Beispiel Gewerbe durchlaufend:  Typischer Eigenverbrauchsanteil: 10 bis 100 %  Typische Branchen:  Tagesverlauf

100

Eigenverbrauch (%)

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EIGENVERBRAUCH DES PV-STROMS

verpflichtende Direktvermarktung

80

Läden mit starker Kühlung (Bsp. Discounter), Kälteanlagen, Zwangsbelüftungen, Parkhäuser, IT-Infrastruktur, Kläranlagen

 Ideale Ausrichtung: Ost-West

60 40 20

anteilige EEGUmlage

0 0

50

100

150 200

250

300

350 400

PV-Leistung der Aufdachanlage in kWp

450

Elektrischer Energiebedarf: 20 MWh/a 50 MWh/a 100 MWh/a

200 MWh/a 500 MWh/a 1 GWh/a Quelle: SMA

Leistung

Beispiel sonstige Landwirtschaftsbetriebe:  Typischer Eigenverbrauchsanteil: 10 bis 100 %  Typische Branchen:  Tagesverlauf

100

Eigenverbrauch (%)

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EIGENVERBRAUCH DES PV-STROMS

verpflichtende Direktvermarktung

Landwirtschaftsbetriebe mit Produktion und Haushalt (Bsp. Schweinemast)

 Ideale Ausrichtung: Süd oder OstWest

80 60 40 20

anteilige EEGUmlage

0 0

50

100

150 200

250

300

350 400

PV-Leistung der Aufdachanlage in kWp

450

Elektrischer Energiebedarf: 20 MWh/a 50 MWh/a 100 MWh/a

200 MWh/a 500 MWh/a 1 GWh/a Quelle: SMA

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WIRTSCHAFTLICHKEIT EINER SOLARANLAGE- BATTERIESPEICHER Pb-Batterien » Vorteile     

kostengünstige Speichervariante ausgereifte Technologie modular erweiterbar kurze Amortisationsperioden Recycling-System etabliert

» Nachteile  Lüftungsanforderung am Installationsort  kaum Kostenreduktion in Zukunft zu erwarten  geringe Entladetiefe  geringe Zyklenzahl  geringe Energiedichte

Bildquelle: Martin Frey, www.wikipedia.de

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WIRTSCHAFTLICHKEIT EINER SOLARANLAGE- BATTERIESPEICHER Li-Ionen-Batterien » Vorteile    

hohe Entladetiefe modular erweiterbar hohe Energie- und Leistungsdichte hohe Zyklenzahl => lange Lebensdauer

» Nachteile  Noch sehr teuer  Aufwendiges Batteriemanagementsystem erforderlich  thermisches Verhalten (thermal runaway)

Bildquelle: PROSOL Invest Deutschland GmbH, www.sonnenbatterie.de

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ZUSAMMENFASSUNG » Paradigmenwechsel in der PV:  früher: Geldanlagen mit hohen Renditen  heute: Stromkosteneinsparung » direkte Förderung durch das EEG wird für PV-Anlagenbetreiber immer weniger relevant » Investitionen in Solarstrom-Systeme amortisieren sich inzwischen schneller über den eigenverbrauchten als über den eingespeisten Strom! => Vermeidung von Netzstrombezugskosten

» Eigenverbrauch:  Optimal auf den Bedarf des Nutzers abgestimmte PV-Anlagen können bis zu 80 % Eigenverbrauch des PV-Stroms bei Unternehmen generieren  Je größer der Preisvorteil von PV-Strom gegenüber den Strom aus dem Netz ist und je höher der Autarkiegrad desto wirtschaftlicher ist das Modell Eigenverbrauch  Rentabilität des Modells hängt von zukünftiger Strompreisentwicklung ab