die zukunft ist elektrisch und solar – tipps für hausbesitzer...2019/05/08 · tesla renault...
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Die Zukunft ist elektrisch und solar – Tipps für HausbesitzerUrs Muntwyler Professor für Photovoltaik Berner Fachhochschule Technik und Informatik (BFH-TI) – Leiter PV-Labor BFH-TIAlt- Grossrat/ chair Technical Collaboration Program Internationale Energie-Agentur IEA „Hybrid- und Brennstoffzellenfahrzeuge“ 1998-2018
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▶Gegründet: 1988▶Leiter: Professor Urs Muntwyler▶12-15 Assistanten + wiss. Mitarbeiter▶Mitglied Speicher-Forschungscenter▶Mitglied: SCCER-Furies (Innosuisse)▶website: www.pvtest.ch/
PV Laboratory BFH (Burgdorf)
SCCER-FURIES Partner (2014-20) http://sccer-furies.epfl.ch/
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EinführungEnergiestrategie 2050/ CO2
Potential SolarenergieChancen für HausbesitzerSchrittweises Vorgehen
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Die Party ist nur kurz und subventioniert…
Schiefergas ist nur ein kurzfristige Verlängern – Peak in den USA: 2020 (IEA World Energy Outlook 2013)
Subventionen fossile Energien 2013: 550 Mia US$ (IEA)/ D: 40 Mia€Subventionen erneuerbare Energien 2013: 120 Mia US$/ D: 17 Mia€
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IEA roadmap: 50% CO2 nötig (2007)!
Aktuell sind wir auf über 3 Grad-Kurs – vier (zwei 2013) Technologien sind 2017 auf 2DS Kurs (IEA)!
PV ist 2019 ca- 12-mal günstiger als 2007!E-Mobile sind heute breit verfügbar!
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Eckwerte der Energiestrategie 2050: 1. Richtwerte für Strom- und Energieverbrauch 2. Zielvorgaben für CO2 Ausstoss von Fahrzeugen3. Gebäudeprogramm für energetische Sanierungen4. Richtwerte für erneuerbare Energien 2020/ 20355. Befristetes Einspeisevergütungssystem6. Raschere Bewilligungsverfahren für erneuerbare
Energien7. Unterstützung der Grosswasserkraftwerke 8. Erhöhter Netzzuschlag von 1,5 auf 2,3 Rp./ kWh9. Förderung des Eigenverbrauchs – Lieferung an
benachbarte Grundeigentümer und Mieter10.Keine neuen AKWs
Die Energiestrategie 2050 wurde im Sommer 2017 vom Volk angenommen!
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Berner Fachhochschule / Haute école spécialisée bernoiseTechnik und Informatik / Technique et informatiqueStand “Energie Strategie 2050” 2017
geothermal energy
Biomass (wood)
Biogas
Wastewater treatment plant
Waste incineration plant (50% renewable)
PV
Wind energy
2017: PV 1,5 TWh/ CH Wind Ausland: >4TWh2.Q KEV: in Betrieb 3,3TWh/ Pos. Entsch.: 2,9TWh/ Warteliste:7TWhGesamt: 14,2TWh (+1TWh PV ohne KEV)
*PV CH
* KEV in Betrieb
* Projekte total 2017
* Total Wind CH und Europe
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CO2-frei realistisch? BFE P+D-Projekt: Simulation Zukunft
▶ Die Energieperspektiven 2050 von Prognos bilden die Grundlage für die Energiestrategie 2050 der Schweiz.
▶ Die Studie untersuchte die gesamte Schweiz.
▶ Das Projekt SimZukunft» untersucht das am Bei-spiel der Kleinstadt Burg-dorf (16’000 Einwohner).
▶ «SimZukunft» ist ein P+D Projekt des Bundesamtes für Energie BFE.
In Burgdorf wurde die erste KEV für Photovoltaik eingeführt (1989)
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Lastprofil der Stadt Burgdorf im Utopia - Szenario 2050Deutliche Steigerung der Lasten, besonders im Sommer Klimatisierung
Tipp: Hausbauer Neubau – sie brauchen eine Lösung für heisse Tage!
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Stromsparen – Technologiepotentiale:
Nr. Technologiewechsel Verbrauch
1 Glühlampe – E-Spar – LED-Leuchte -90%2 Elektroheizung (AKW) – WP (SWW) -90%3 Benzinauto - E-Mobile (SWW) -75%4 Haus 1975 – MuKen Haus 2014 -85%
5 Kühlschrank (Absorber-Kompressor) -75%
6 TV-Gerät (Röhre – OLED) -75%
7 WW-System (Elektro-Solarsystem) -60%8 Waschmaschine (Elektro-Solarwärme) >60%9 Motoren -10% bis 30%10 Plushaus >100%
Planung mit Lastprofilgenerator LPG www.pvtest.ch!
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Potential Solarenergie/ erneuerbare EnergienPhotovoltaik – Entwicklung -Kosten
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Bilanz: Energie von der Sonne auf die Erde
Die Effekte auf die Erde sind sehr unterschiedlich, daher lohnt es sich, zu schauen, wo die Wirkung am Besten ist.
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Die „Ölflut“ auf dem Hausdach
… wir haben genügend Energie – sind aber zu faul um sie einzusammeln … (Paul Dominik Hasler – Philosoph aus Burgdorf) …
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Lernen von der VergangenheitErstes Pilot- and Demonstra-tions Programm für PV in der Schweiz bei Hasler AG Bern späte 70-er Jahre bis1984.
Einer der Standorte:PTT Tower ChasseralSolarex HE 51 m-Si mit 2 verschiedenen Frontabdeckun-gen der Solarmodule (Photo1983/Mu).
Verbesserungen seither: Energierücklaufzeit Si-c PV Module >30! Material rezyklierbar zu 90-95%!Preisrückgang >200/ Effizienz verdoppelt/ Modules sind 10-mal grösserPV Module sind >4’000-mal besser als vor 40 Jahren!
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Berner Fachhochschule / Haute école spécialisée bernoiseTechnik und Informatik / Technique et informatiqueTour de Sol – Werbetour für die
Sonnenenergie
Quer durch die Schweiz mit Solarenergie < 6m2 (max. 480 Wp) – 58 Fahrzeuge in zwei Kategorien!
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Tour de Sol: Schweizer Pioniere
Neu an der Tour de Sol 87: Leicht-Elektromo-bile mit netzge-koppelten PV-Anlagen!
Netzgekoppelte PV-Anlagen: Burgdorf führte die kosten-deckende Einspeise-vergütung KEV ein (1989)!
„SMART“ Auto ein spin-off der Tour de Sol – lanciert von SWATCH Chef Nicolas Hayek!
Tour de Sol 85-92: erzeugte Innovationen im Bereich Politik/ Solarenergie und E-Mobile!
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PV-Prognose: starkes Wachstum …
Realität….: 2016: 75 GWp/ 2017: ca. 100 GWp
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PV Markt überrascht IEA jedes Jahr…
Im «World Energy Outlook» unterschätzt die IEA jährlich das Wachstum der erneuerbaren Energien, hier PV!
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Was kostet der Solarstrom – was die Forscher meinen:
PV Strompreise – ETHZ-Studie (2012):2010: 35 - 55 Rp./ kWh2020: 20 - 30 Rp./ kWh2035: 10 - 15 Rp./ kWh2050: 6 - 10 Rp./ kWh
PV Strompreise – PSI-Studie (2017):2017: 18 - 31 Rp./ kWh2050: 8 - 19 Rp./ kWh
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Preis-Lernkurve von c-Si PV-Module
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Berner Fachhochschule / Haute école spécialisée bernoiseTechnik und Informatik / Technique et informatiquePV-Preise Schweiz „EFH“ (2012-er Preise):
Annahmen: 2.5% Verzinsung/ mit ca. 30 % EIV/ bei bestehendem Haus: zusätzlich Steuerabzug 20-30%)!
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Planung und Realisation von Plushäusern
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usual newbuilding 1975
modelordinance
1992
modelinstructions
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Minergie*1998
modelinstructions
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Minergie*2009
Minergie-P* Minergie-A* Plus-energy-house**
Plus-energy-house with E-
mobility
Plus-energy-house with E-mobility andgray energy
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Energieverbrauchsstandards im Haus in der Schweiz
* inkl. Warmwasser
MuKen 2008: 48 kWh/m2 MuKen 2014: 30 kWh/m2
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Mein Plushaus – PV on my home:Verbraucher Verbrauchs-
grösseSpez. Verbrauch
Energie
Heizbedarf 1 100 m2 10 kWh/ m2 1‘000 kWh
Warmwasser …x50 l/ Pers 200 l/ 43oK 3 1‘250 kWh
Strombedarf Haushalt 4x1‘000 kWh 4‘000 kWh
Auto 12’000 km/J 15kWh/100km 1’800 kWh
Total 8‘050 kWh
1 Vorgabe Muken 2014 – Energiegesetz!
Berechnung PV Anlage: Haus analysieren: www.sonnendach.ch Website Swissolar: www.solardach.ch/Faustformel Leistung: Jahresverbrauch/ 1’000 h Leistung PV-Anlage!Fläche: Total kWh/ 250 kWh x 1,6 m2 (8’050 kWh/ 300 kWh x1,6m2= 45m2)
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Ziel «Plushaus» – in der Jahresbilanz!
Plusenergie-Gebäude (Solarpreisgewinner 2009 in Thalwil (ZH)
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Tipps für Bauherren – bestehendes Haus
Haussanierung etappiert (zur Steueroptimierung):1. GEAK machen für saubere Analyse2. Sanierung der Hülle PV Anlage auf neues Dach!
Neue Fenster – Wärme- und Schalldämmung- Niedertemperatur-Wärmeverteilung3. Wärmepumpen-Boiler4. Wärmepumpe Heizung (Luft-Wasser) ev. mit Speicher5. PV Anlage möglichst gross6. Elektroverbraucher ersetzen und «smart-grid» fähig
durch PV WR7. PV an Balkon ev. Fassade (speziell MFH)8. Elektromobil-Ladestelle (sofern Auto) – gekoppelt an PV
Elektromobil kaufen oder leasen9. Option: stationäre Batterie zur Erhöhung des Eigenverbrauchs
Subventionen Gebäudesanierung/ Steuerersparnis etappiert/ Einmal-Vergütung PV Anlage!
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Beispiele:Plushaus in ThunMFH Heitenried
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Prinzip netzgekoppelte PV-Anlagen
© Copyright Muntwylers SolarAkademie
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Das Potential ist auf den Gebäuden
Potential Schweiz für Photovoltaik: Dächer 24 TWh/ Fassaden 6 TWh (2017 Meteotest)BFE 2018: 50 TWh Dächer und Fassaden/ 2019: 67 TWhPhotovoltaik auf Infrasstrukturbauten (Swissolar): 15 TWhTotal = 82 TWh (Verbrauch heute unter 60TWh)
Wohnhaus bei Bern – ca. 2009
Migros Verteilcenter Neuenhof ca. 6 MWp
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ZEITOstfassade SüdfassadeWestfassade NordfassadeSumme PV-Leistung Standardlastprofil H0 - HaushalteHorizontalstrahlung
Leistungs- und Lastprofil Sihlweid (ZH) am 16.6.2014
Stromproduktions-Design (täglich/ saisonal) mit PV-Fassade
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MFH - Plushaus: PV Ost-West
Das 1947 erstellte, energetisch sanierte und mit Ost-West PV-Anlage von 34,6 kWp und 8,6 m2 Vakuumkollektoren deckt nun 187% seines Energieverbrauchs.Aber Eigenverbrauch Strom 2013/2014: 10,7%/ 9,9% (hoher Überschuss – kleiner Eigenverbrauch)!
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Eigenverbrauchserhöhung ist schwierig
Mit Batterie (Berechnung Studis MSE BFH) 2015: 0 kWh Batterie 10,7% (2013-er Zahlen)6 kWh Batterie 14,9% (2013-er Zahlen)
10 kWh Batterie 17,2% (2013-er Zahlen)20 kWh Batterie 19,8% (2013-er Zahlen)50 kWh Batterie 20,4% (2013-er Zahlen)
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MFH Heitenried (7 Parteien)
- Heizung und Warm-wasser mit Wärme-pumpe
- Tiefgarage für E-Mobil
- Eigenverbrauchsge-meinschaft für PV -Strom
- Energieversorger Groupe E
- Planung bereits weit fortgeschritten im FS 2018
Planung im Rahmen einer BSc-Diplomarbeiten der BFH der Herren Steiger/ Walther FS 2018.
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Funktionskontrolle per IR-Drohne
Gleichmässige Temperaturverteilung und keine «hotspots» der PV Module
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Konzept PV Anlage: Ost-West
- Ursprüngliche Planung einer südwärts gerich-teten PV Anlage konn-te auf «Ost-West» gedreht werden.
- Dadurch erheblich mehr Leistung.
- Besserer Tagesertrag (am Morgen und Abend).
- Einsatz von Multi-String WR von Fronius
- PV Leistung 22 kWp
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Der Speicher erhöht die Autarkie recht stark – Einfluss der vielen tagsüber abwesenden Benutzer und der kleinen PV-Anlage.
Optimierung der Autarkie
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37
Eigenverbrauchsoptimierung mit Strom aus PV Anlage (VESE)
Eigenverbrauchsoptimierung EVO
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Zusammenschluss Eigenverbrauchs-Gemeinschaft «ZEV»
Prinzip einer Eigenverbrauchs-Gemeinschaft- PV Strom wird zuerst im Haus gebraucht und abgerechnet – nur Überschuss und Reststrom kommt in und aus dem Stromnetz (Grafik: CKW)!
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E-Mobil als wichtiger Baustein des hohen Eigenverbrauchs- Energiestrategie 2050+(Dekarbonisierung)
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Berner Fachhochschule / Haute école spécialisée bernoiseTechnik und Informatik / Technique et informatiqueUmweltbilanz/ Kosten E-Mobil mit PV
PHV E-Mobil braucht:- 2‘400 Wp Photovoltaik für 15‘000 km/ Jahr- Spart 900 l Benzin / Jahr (ca. 1‘600 € pro Jahr)!Für die graue Energie der Batterie braucht es zusätzliche 150 Wp PV!
Beispiel BFH in Burgdorf:Der Solarcarport mit 2,5 kWp (<5’000.– Fr.) spart in 30 Jahren 27’000 Liter Benzin mit einem heutigen Elektroauto (PHV) -Opel Ampera!
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Die Stromherkunft ist zentral…
ModellCO2-emiss.
TWIKE
BMW i3
Renault ZOE
TeslaRenault Clio 1.2
BMW X5 3l
[kWh/ 100 km] 5 12 14 20 Gasoline Gasoline
Stromart[kg/kWh]
Braunkohle 1.23 61.5 147.6 172.2 246
Steinkohle 1.08 54 129.6 151.2 216
Gas 0.64 32 76.8 89.6 128PV 0.03 1.5 3.6 4.2 6Wind 0.01 0.5 1.2 1.4 2CO2 (DE-Mix) 0.48 24 57.6 67.2 96CO2 EU- LCA Mix (mit plant etc.)
0.578 28.9 69.36 80.92115.6
CO2 CH-Mix (Frischkn. 2012)
0.014 0.7 1.68 1.96 2.8
Benzin --- 0 0 0 0 137 197
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Platzierung der E-Mobilladestellen
E-Mobilparkplätze sollen privilegiertplatziert sein:- Beim Eingang (Firma etc.)- Beim Aufzug (Parkhaus etc.)- Gute gekennzeichnet sein (grün)- Einfach erreichbar sein- Einfach zu bedienen sein- Immer in genügender Anzahl
vorhanden sein (erweiterbar)
In Überbauungen alle 2 Parkplätze eine Ladestelle mit 2 Steckdosen vorhanden sein. Die Ladeleistung sollte 6kVA/ 3-phasig pro Ladestelle sein.Am Anfang reichen einige verkabelte Plätze und Leerrohre für alle Anderen!
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Ausblick:- 100% Erneuerbar?- PV - Strom ins Netz- Status Energiestrategie 2050?
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Hoher PV-Anteil im Netz – ein Problem?
20% Solarstrom im Netz ohne Speicherung (14 GWp)
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Management PV Überproduktion: Nr. Massnahme + PV Leistung Kosten
1 Limitieren 30% der PV power +42% 3%2 Verbraucher einschalten +20% < 5%3 Neue Verbraucher wie EVs,
Wärmepumpen mit Speicher etc.+80% 0-50%
4 Limitieren 50% der PV power +100% 18%5 Ost-West PV Installationen +50% ca. 20%6 Dezentrale Batterien +50% <50% 7 Pumpspeicherwerke +50% 50%8 Netzverstärkung (Hochspg.) Ca. 20% ca. 25%
Bereits mit den Massnahmen 2-5 kann + 642% Leistung gemanagt werden 32,4 TWh PV!Pumpspeicherwerke braucht es für so wenig PV nicht!
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Berner Fachhochschule / Haute école spécialisée bernoiseTechnik und Informatik / Technique et informatiquePV Mark Schweiz
Produktion aktuell: ungefähr 2 TWh SolarstromMit Zubau +300 MWp braucht es 20 Jahre um 6 TWhSolarstrom zu produzieren – der Markt muss auf 800-1’000MWp steigen!
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Strategie Stanford University (CA/ USA):
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«100% Erneuerbar» ist der nächste Schritt!
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Zusammenfassung- Mit 40 Jahren Lebensdauer ist die PV Technik kompatibel
zu den Lebensdauern der Baubranchen.
- Für die Erreichung der Energiestrategie 2050 reichen die vorhandenen Dächern und Fassaden aus.
- Dies bedingt eine sorgfältige Planung «freier Dach-flächen». Kleine und mittlere Häuser sind so als Plushäuser gut machbar.
- Bestehende Häuser sind (etappiert) zu sanieren und mit Photovoltaik auszurüsten!
- Der Hausbesitzer ist ein Schlüsselelement des Energie-wandels. Er spart Steuern und langfristig Kosten. E-Mobilität verbessert die Bilanz und die Kosten.