PHOTOVOLTAIK ALS ZENTRALE SÄULE UNSERES KÜNFTIGEN ... · 13 Electricity supply from renewable...

© Eicke R. Weber

Eicke R. Weber Direktor, CEO Berkeley Education Alliance for Research in Singapore BEARS (bis 31.12.2016: Direktor, Fraunhofer ISE, Freiburg) Eröffnungsseminar Erneuerbare Energien HS Karlsruhe, 15. März 2017

Grafik: Primolo

PHOTOVOLTAIK ALS ZENTRALE SÄULE UNSERES KÜNFTIGEN, ERNEUERBAREN ENERGIESYSTEMS

2

n  Die Menschheit kann nur dann langfristig auf unserem Planeten leben wenn wir nur verbrauchen was nachwächst (Pflanzen) bzw. unerschöpflich vorhanden ist (wie Sonnenlicht), oder was wir ersetzen (Recycling)

n  Dies bezeichnen wir mit Nachhaltigkeit

n  Wir wollen dies am Beispiel der Aufgabe der Transformation des Energiesystems näher betrachten, in dem auch die Gefahr für das Weltklima eine zentrale Rolle spielt

n  Nachhaltigkeit ist erforderlich für Nutzung von Ressourcen (Lebensmittel, Wasser, Land) sowie Energie

n  Bis vor ca. 150 Jahren lebten wir weitgehend nachhaltig auf dem Planeten, z.B. durch Nutzung von Holz, geringem Ressourcenbedarf, aber bereits mit einigen Ausnahmen, wie z.B. Entwaldung, Osterinseln

n  Seid ca. 1850 führte uns die Industrialisierung in eine zunehmend ressourcenverschwendende, nicht mehr nachhaltige Lebensweise

Nachhaltigkeit als zentrale Aufgabe der Menschheit

3

Eine radikale Transformation unseres globalen Energiesystems ist erforderlich

n  Verknappung fossiler Brennstoffe

Fossile Brennstoffe werden knapper.

4

Eine radikale Transformation unseres globalen Energiesystems ist erforderlich

n  Verknappung fossiler Brennstoffe

n  Gefahr katastrophaler Klimaveränderungen

n  Risiko von Nuklearunfällen/ Endlagerfrage

n  Abhängigkeit von Importen aus politisch unstabilen Regionen

Dazu kommen seit Kurzem:

Zunehmende wirtschaftliche Chancen dieses disruptiven Prozesses!

Die Welt wird wärmer.

5

Copyright © 2016 Tony Seba

5th AVE NYC

1900 Where is

the!car?!

US National Archives : Fifth Ave NYC on Easter Morning 1900

Slide courtesy Tony Seba 2016

Tony Seba: Clean Disruption of Energy and Transportation

6


5th AVE NYC

1913

George Grantham Bain Collection

Where is the!

horse?!Photo: Easter 1913, New York. Fifth Avenue looking north.


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‘Expert’ Disruption Forecasts In the mid-1980s AT&T hired McKinsey & Co to forecast cell phone adoption by the year 2000

THEIR (15-YEAR) PREDICTION

900,000 SUBSCRIBERS

THE ACTUAL NUMBER WAS

109 million 120x

They were off by a factor of:

Motorola DynaTAC 8000X from 1984. Source: Wikimedia, Source: Economist


8


Energy Storage Electric Vehicles Self-Driving Solar

1

2

3

4

CLEAN DISRUPTION OF ENERGY & TRANSPORTATION!


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On the Cusp of Disruption of Energy (& Transportation)

We are here!2017


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This is NOT an Energy Transition This is a Technology Disruption

Photo: Tony Seba Copyright 2016 Tony Seba


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Die Transformation des Energiesystems erfordert:

n Verbesserte Energieeffizienz in Gebäuden, Transport (e-Mobilität) and Produktion

n Rasche Entwicklung der regenerativen Energien, wie PV, ST, Wind, Hydro, Geothermie und Biomasse in Richtung auf eine Zukunft mit 100% regenerativen Energien

n Entwicklung von Energie Speicher- technologien

n Ausbau des Stromnetzes für dezentrale Einspeisung, weiträumigen Transport und intelligenten Verbrauch (‘smart grid’)

n  Integration des Strom-, Gas- & Wärmenetzes

13

Electricity supply from renewable energy sources Development in Germany 1990-2013 Year 2013

Total* 25.4%

152.6 TWh PV 5.0%

30.0 TWh 36.3 GW

Bio 8.0% 47.9 TWh

8.1 GW

Wind-onsh 8.7%

52.4 TWh 33.8 GW

Wind-offsh 0.1%

0.9 TWh 0.9 GW

Hydro 3.5% 21.2 TWh

5.6 GW

* gross electricity demand

StromEinspG:

Januar 1991 – März 2000

Novelle BauGB

November 1997 EEG

April 2000

EEG

August 2004

EEG

Januar 2009

EEG

Januar 2012

EEG

August 2014

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World EnergyRessources

2 – 6 per year

2010 World energy use: 16 TWy per year

COAL

Uranium

900 Total reserve

90-300 Total

Petroleum

240 Total

Natural Gas

215 Total

WIND

Waves 0.2-2 per year

60-120 per year

OTEC

Biomass

3 -11 per year

HYDRO 3 – 4 per year

TIDES

SOLAR

23,000 per year

Geothermal 0.3 – 2 per year

© R. Perez et al.

0.3 per year 2050: 28 TW

finite renewable

World Energy Ressources (TWyear)

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2 – 6 per year

2010 World energy use 16 TWy per year

COAL

Uranium

900 Total reserve

90-300 Total

Petroleum

310 Total

Natural Gas

330 Total

WIND 60-120 per year

OTEC

Biomass

3 -11 per year

HYDRO 3 – 4 per year

TIDES

SOLAR

23,000 per year

Geothermal 0.3 – 2 per year

© R. Perez et al.

0.3 per year 2050: 28 TW

finite renewable

Waves 0.2-2 per year

World Energy Ressources (TWyear)

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Long-term utility-scale PV system price scenarios

Source: Fraunhofer ISE (2015): Current and Future Cost of Photovoltaics. Study on behalf of Agora Energiewende

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Source: Fraunhofer ISE (2015): Current and Future Cost of Photovoltaics. Study on behalf of Agora Energiewende

Levelized cost of electricity Solar power will rapidly become the lowest-cost form of electricity in many regions of the world!

Dubai 2016: 2,42ct/kWh!!

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PV Produktions-Technologien

Produktion 2013 (GWp)

Thin film 3.2

Mono-Si 12.6

Multi-Si 19.2

Ribbon-Si 0

Data: Navigant Consulting and IHS; since 2012: estimation from different sources. Graph: PSE AG 2014

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Crystalline Silicon Technology Portfolio

Adapted from Preu et al., EU-PVSEC 2009

material quality n  diffusion length n  base conductivity

device quality n  passivation of surfaces n  low series resistance n  light confinement

cell structures n  PERC: Passivated Emitter

and Rear Cell n  MWT: Metal Wrap Through n  IBC-BJ: Interdigitated Back

Contact – Back Junction n  HJT: Hetero Junction Technology

material quality

module efficiency

Industry

Standard

IBC-BJ

HJT

PERC

MWT- PERC

20%

19%

18%

17% 16%

15% 14%

21%

device quality

BC- HJT

c-Si PV modules: no commodity, high-tech products!

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Advanced Cell Technologies

Passivated Emitter and Rear PERC1

Metal Wrap-Through MWT-PERC2

2Dross et al., Proc. 4th WCPEC, 2006, pp. 1291-4

1Blakers et al., Appl. Phys. Lett. 55, pp. 1363-5, 1989

Heterojunction on Intrinsic layer HIT3

Interdigitated Back Contact/Junction IBC-BJ4

Passivating Layer Local Contacts

Metal Wrap Through Contact Passivating Layer Local Contacts

Lightly Doped Front

Diffusion Texture+passivation Layer

3 Sanyo/Panasonic 4 Sunpower

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Advanced Cell Technologies Tunnel Oxide Passivated Contact (TOPCon)

n  TOPCon enables:

n  Excellent carrier-selectivity

n  High tolerance to high-temperature processes

n  Very high Voc and FF achieved due to

n  Excellent surface passivation

n  1D carrier flow pattern in base

Voc Jsc FF η [mV] [mA/cm2] [%] [%]

Champion 719 41.5 83.4 24.9[*]

TOPCon: J0,rear � 7 fA/cm²

n-base

[*]FZ-Si, n-type, 2x2 cm², aperture area, confirmed by Fraunhofer ISE Callab

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Advanced Cell Technologies Tunnel Oxide Passivated Contact (TOPCon)

n  TOPCon enables:

n  Excellent carrier-selectivity

n  High tolerance to high-temperature processes

n  Very high Voc and FF achieved due to

n  Excellent surface passivation

n  1D carrier flow pattern in base

Voc Jsc FF η [mV] [mA/cm2] [%] [%]

Champion 719 41.5 83.4 24.9[*]

TOPCon: J0,rear � 7 fA/cm²

n-base

[*]FZ-Si, n-type, 2x2 cm², aperture area, confirmed by Fraunhofer ISE Callab

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0 121 194

167 169 172

255 101 1

255 204 3

208 209 211

182 217 29

Finished Solar Silicon

Silicor vs. Siemens Process

6

Silicor Process Siemens Process

Step 1 – Dissolve MG-Si with Al and harvest silicon flakes

Step 2 – Acid wash to dissolve aluminum from solar flakes

Dissolve Silicon in Aluminum

Harvest solar silicon flakes

Aluminum Acid Wash

Step 3 – Melt flakes in a furnace to solidify into ingot

Step 4 – Cut and package to finished solar Si

Directional Solidification

Finished Solar Silicon

The Siemens process is energy and capital intensive as it makes three states of matter changes (solid>liquid>gas>solid)

1) Metallurgical grade silicon – MG-Si is combined with hydrochloric acid at 300 qC in a fluidized bed reactor to form SiHCL3

2) Resulting tri-chlorine saline SiHCL3 goes through a dust filtration process and condenses back to a liquid

3) The SiHCL3 is then run through a distillation process to remove impurities 4) The pure SiHCL3 is reacted with hydrogen at 1,100 qC for ~200-300 hours to produce a very pure

form of silicon 5) The reaction takes place in large vacuum chambers and the silicon is deposited onto thin

polysilicon rods to producer larger rods (Siemens process) 6) The rods are broken up and packaged as finished solar silicon

1

2

3

4 5

6

Silicor plant capital costs of $36/kg compared to comparable Siemens plant costs of ~$100/kg+

Poly-Si Supply: The Silicor vs. Siemens Process

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NexWafe: Kerfless Wafer Production for High-Efficiency PV

n  Product: n-type wafer for high-efficiency solar cells

n  ISE high-throughput ProConCVD to grow the epitaxial layer

n  Wafer thickness 150 µm à “drop-in” replacement for Cz-wafer

n  Proof-of-concept verified on small scale, upscaling under way!

n  Wafers available 2017!

Removed epitaxial wafer

Seed wafer re-usable

25

6

re-usable Si wafer

Epitaxially grown Si wafer

Monocrystalline “EpiWafer”

Detachment

Kerfless Si wafer

Epitaxy

re-usable Si waferRelease layer

re-usable Si wafer

Kerfless wafer process for mass production

Key differentiators

In-line process and equipment for creating weak layer for mass production in contrast to slow single wafer processing

High-throughput patent-protected silicon deposition tool and process

Free-standing silicon wafer – no need for temporary substrates in subsequent cell processing steps

Low cost, high efficiency “EpiWafer”

True drop-in replacement for Cz silicon wafers

PV Wafer Technologies: Kerfless wafers for mass production

27

High-Efficiency III/V Based Triple-Junction Solar Cells

Slide: courtesy of F. Dimroth

28

GaInP 1.9 eV

GaAs1.4 eV

GaInAsP 1.0 eV

GaInAs 0.7 eV

Bonding

InP engineered substrate

InP based 4-Junction Solar Cell Results on Engineered Substrate

One sun

QuadFlash: η = 46 % C = 312

3.2

3.6

4.0

4.4

80

85

90

1 10 100 100035

40

45

V oc [V

]FF

[%]

lot29-02-x23y08

Single Flash QuadFlash

η [%

]

Concentration [suns]

29

46 %

30

Täglicher Stromverbrauch – Juli 2013 Fab 5

0

50

100

150

200

250

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in k

W

Uhrzeit

Dienstag, den 16.07.2013

Grafik: Ralf Hofmann, CEO KACO

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Täglicher Stromverbrauch – August 2013 Fab 5 mit 2 MW PV System

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40

60

80

100

120

140

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Uhrzeiten


Kosten: € 2M, Einsparung Stromkosten: € 350.000/a! Grafik: Ralf Hofmann, CEO KACO

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Täglicher Stromverbrauch – August 2013 Fab 5 mit 2 MW PV System

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60

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120

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In k

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Uhrzeiten


Kosten: € 2M, Einsparung Stromkosten: € 350.000/a! Grafik: Ralf Hofmann, CEO KACO

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Globaler PV-Markt

Prognose der Entwicklung von Angebot und Nachfrage im globalen PV-Markt.

Quelle: Lux Research Inc., Grafik: PSE AG

2008 - 2015: Die erste Welle der Photovoltaik!

34

Globaler PV-Markt Prognose bis 2017: Wir stehen am Beginn der zweiten Welle der PV!

Prognose der Entwicklung von Angebot und Nachfrage im globalen PV-Markt.

Quelle: Lux Research Inc., Grafik: PSE AG

35

Projections to TW-scale PV from TW workshop March 2016

Using simple assumptions, we can project that just maintaining the 2015 deployment rate would reach 1-TW deployment before 2030. A 25% annual growth rate would reach 5-10 TW by 2030!

36

PV Markt Wachstum (IEA 2014)

Source: IEA 2014

n  Die rasche Implementierung der globalen PV wird angetrieben durch die Verfügbarkeit von preiswerter, sauberer und verteilt bereit gestellter Energie

n  Mehr als 4.000 GWp an solarer PV werden bis 2050 installiert werden

Wir sind noch ganz am Anfang der globalen Wachstumskurve!!

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PV Markt Wachstum (IEA 2014)

Source: IEA 2014

n  Die rasche Implementierung der globalen PV wird angetrieben durch die Verfügbarkeit von preiswerter, sauberer und verteilt bereit gestellter Energie

n  Mehr als 4.000 GWp an solarer PV werden bis 2050 installiert werden

Wir sind noch ganz am Anfang der globalen Wachstumskurve!!

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Regenerative Energien Modell REMoD-D: Ansatz Strukturoptimierung

Exogene Vorgaben CO2-Emissionen è verfügbare Menge fossiler Energieträger Weitere externe Randbedingungen (z.B. verfügbare Biomasse, …)

Optimierer Optimierung

Gesamtsystem (Minimierung

jährliche Gesamtkosten)

Ergebnisse Installierte Leistung aller Komponenten Größe Speicher Umfang energetische Sanierung Gebäude Wärmeversorgungs-techniken Gebäude-sektor (Wärme-netze, dezentral)

39 © Fraunhofer ISE

Optimization of Germany’s future energy system based on hourly modeling

REMod-D

Renewable Energy Model – Deutschland

Electricity generation, storage and end-use

Fuels (including biomass and synthetic

fuels from RE)

Mobility (battery-electric,

hydrogen, conv. fuel mix)

Processes in industry and

tertiary sector

Heat (buildings,

incl. storage and heating networks)

Comprehensive analysis of the overall system

Slide courtesy Hans-Martin Henning 2014


TWh

TraktionH2-Bedarf

45

11TWh

TWh39

TWh

14TWh

Einzelgebäude mit Sole-Wärmepumpe

Solarthermie

11

Solarthermie 8 Gebäude9

TWhel. WP Luft 43

TWh

TWh44

4

Einzelgebäude mit Gas-Wärmepumpe

13TWh

14 4

W-Speicher

GWth TWh 60 TWh

82TWh

220TWh

420

22 GWth TWh 103 GWh51 W-Speicher14el. WP Sole

Biomasse

TWh

0

TWh15

KWK-BHKW

Solarthermie 13

TWh

Strombedarf gesamt (ohne

Strom für Wärme und MIV)

375

TWhTWh

3

GWgas 0

220

0TWh

0Sabatier Methan-Sp.

H2-Speicher

7 GWth TWh

TWh 41

3

GWth

Gas-WP

W-Speicher25

20

40TWh

388 TWh

20 GWth TWh Wärmenetze mit GuD-KWK

7 GWth TWh

W-Speicher

TWh Wärmenetze mit BHKW-KWK

Wärmebedarf gesamt

TWh

26

TWh

TWh

217TWh

82

16TWh

GWel

TWh 23

4TWh

9 Pump-Sp-KW 7TWh

TWh

6TWh

GasturbineW-Speicher

Steink.-KW Braunk.-KW Öl-KW3 GW 0 GW5 GW 0 GW 7 GW

Atom-KWPV Wind On Wind Off Wasserkraft

112TWh

103TWh

147

Batterien24 GWh

GW 120 GW 32 GW143

TWh

5TWh 60 GWh TWh

TWh

Einzelgebäude mit Luft-Wärmepumpe

GWth

Gebäude8

TWh

7TWh 50

14

4 TWh

TWh

19 GWth TWh GWh

Einzelgebäude mit Gaskessel

TWhGaskessel 71 Gebäude

32 GWth

0

4

Gebäude59

0.0

TWh3734

Solarthermie 6 W-Speicher

Gebäude15

27 GWh

23TWh

TWh

TWh 173 GWh

3

TWh

ungenutzter Strom (Abregelung)

TWh0

TWh26

TWh12

TWh

TWh

5TWh

TWh

241 TWh

Gebäude4

87

TWh 6 TWh

Gebäude59

7 GWth TWh

3

TWh

WP zentral 20

KWK-GuD 2735 GWel TWh

20

60TWh

7

GW

Einzelgebäude mit Mini-BHKW

6 46

WP zentral 23

4

8TWh

TWh

Verkehr (ohne

Schienenverkehr/Strom)

Brennstoff-basierter Verkehr

Batterie-basierter Verkehr

Wasserstoff-basierter Verkehr

137

TWhTWh

TWhTWh

TWhTWhTWhTraktion gesamt

BrennstoffeTraktion

erneuerbare Energien primäre Stromerzeugung fossil-nukleare Energien

14 GWth TWh 56 GWh

86 TWhGeothermie 6 Gebäude

2 GWth

10

TWh

TWh108 TWh

57 TWh

0TWh

3TWh

TWh 173

Wärmenetze mit Tiefen-Geothermie

TWh

Brennstoffe

TWhErdgas 394

TWh

4

TWh22

TWh

Elektrolyse

8233 GWel

4

21TWh

0TWh

TWh 26

1 GW

GuD-KW

ungenutztWarmwasserRaumheizung290 TWh 98 TWh 2

Solarthermie

GWhMini-BHKW 23

GWh

TWhSolarthermie 13

20 GWth

GWel TWh

TWh0.6

GWth TWh

TWh

W-Speicher

TWh

TWh76

6

4182

StrombedarfTraktion

Solarthermie 12 6

TWh

73TWh

25 TWhBrennstoffe

55220

100% Wert 2010

335

TWh

TWh

Treibstoff Verkehr

55TWh

420 TWh

Brennstoff-basierte Prozesse in

Industrie und Gewerbe

gesamt 445 TWhSolarthermie

%

4155

© F

raun

hofe

r ISE

Optimization of Germany’s future energy system based on hourly modeling

REMod-D

Renewable Energy Model – Deutschland



TWh

TraktionH2-Bedarf

45

11TWh

TWh39

TWh

14TWh


Solarthermie

11


TWhel. WP Luft 43

TWh

TWh44

4


13TWh

14 4

W-Speicher

GWth TWh 60 TWh

82TWh

220TWh

420


Biomasse

TWh

0

TWh15

KWK-BHKW

Solarthermie 13

TWh



375

TWhTWh

3

GWgas 0

220

0TWh


H2-Speicher

7 GWth TWh

TWh 41

3

GWth

Gas-WP

W-Speicher25

20

40TWh

388 TWh


7 GWth TWh

W-Speicher


Wärmebedarf gesamt

TWh

26

TWh

TWh

217TWh

82

16TWh

GWel

TWh 23

4TWh

9 Pump-Sp-KW 7TWh

TWh

6TWh




112TWh

103TWh

147

Batterien24 GWh

GW 120 GW 32 GW143

TWh

5TWh 60 GWh TWh

TWh


GWth

Gebäude8

TWh

7TWh 50

14

4 TWh

TWh

19 GWth TWh GWh



32 GWth

0

4

Gebäude59

0.0

TWh3734


Gebäude15

27 GWh

23TWh

TWh

TWh 173 GWh

3

TWh


TWh0

TWh26

TWh12

TWh

TWh

5TWh

TWh

241 TWh

Gebäude4

87

TWh 6 TWh

Gebäude59

7 GWth TWh

3

TWh

WP zentral 20


20

60TWh

7

GW


6 46

WP zentral 23

4

8TWh

TWh

Verkehr (ohne





137

TWhTWh

TWhTWh


BrennstoffeTraktion


14 GWth TWh 56 GWh


2 GWth

10

TWh

TWh108 TWh

57 TWh

0TWh

3TWh

TWh 173


TWh

Brennstoffe

TWhErdgas 394

TWh

4

TWh22

TWh

Elektrolyse

8233 GWel

4

21TWh

0TWh

TWh 26

1 GW

GuD-KW


Solarthermie

GWhMini-BHKW 23

GWh

TWhSolarthermie 13

20 GWth

GWel TWh

TWh0.6

GWth TWh

TWh

W-Speicher

TWh

TWh76

6

4182

StrombedarfTraktion

Solarthermie 12 6

TWh

73TWh

25 TWhBrennstoffe

55220

100% Wert 2010

335

TWh

TWh

Treibstoff Verkehr

55TWh

420 TWh




%

4155

© F

raun

hofe

r ISE

Electricity generation

Photovoltaics a 147 GWel

Medium and large size CHP (connected to district heating)

a 60 GWel

Onshore Wind

a 120 GWel

Offshore Wind a 32 GWel



TWh

TraktionH2-Bedarf

45

11TWh

TWh39

TWh

14TWh


Solarthermie

11


TWhel. WP Luft 43

TWh

TWh44

4


13TWh

14 4

W-Speicher

GWth TWh 60 TWh

82TWh

220TWh

420


Biomasse

TWh

0

TWh15

KWK-BHKW

Solarthermie 13

TWh



375

TWhTWh

3

GWgas 0

220

0TWh


H2-Speicher

7 GWth TWh

TWh 41

3

GWth

Gas-WP

W-Speicher25

20

40TWh

388 TWh


7 GWth TWh

W-Speicher


Wärmebedarf gesamt

TWh

26

TWh

TWh

217TWh

82

16TWh

GWel

TWh 23

4TWh

9 Pump-Sp-KW 7TWh

TWh

6TWh




112TWh

103TWh

147

Batterien24 GWh

GW 120 GW 32 GW143

TWh

5TWh 60 GWh TWh

TWh


GWth

Gebäude8

TWh

7TWh 50

14

4 TWh

TWh

19 GWth TWh GWh



32 GWth

0

4

Gebäude59

0.0

TWh3734


Gebäude15

27 GWh

23TWh

TWh

TWh 173 GWh

3

TWh


TWh0

TWh26

TWh12

TWh

TWh

5TWh

TWh

241 TWh

Gebäude4

87

TWh 6 TWh

Gebäude59

7 GWth TWh

3

TWh

WP zentral 20


20

60TWh

7

GW


6 46

WP zentral 23

4

8TWh

TWh

Verkehr (ohne





137

TWhTWh

TWhTWh


BrennstoffeTraktion


14 GWth TWh 56 GWh


2 GWth

10

TWh

TWh108 TWh

57 TWh

0TWh

3TWh

TWh 173


TWh

Brennstoffe

TWhErdgas 394

TWh

4

TWh22

TWh

Elektrolyse

8233 GWel

4

21TWh

0TWh

TWh 26

1 GW

GuD-KW


Solarthermie

GWhMini-BHKW 23

GWh

TWhSolarthermie 13

20 GWth

GWel TWh

TWh0.6

GWth TWh

TWh

W-Speicher

TWh

TWh76

6

4182

StrombedarfTraktion

Solarthermie 12 6

TWh

73TWh

25 TWhBrennstoffe

55220

100% Wert 2010

335

TWh

TWh

Treibstoff Verkehr

55TWh

420 TWh




%

4155

© F

raun

hofe

r ISE

Storage

Heat buffers in buildings Total a320 GWh (e.g. 7 Mio units with 800 Litres each)

Large scale heat storage in district heating systems Total a350 GWh (e.g. 150 units with 50.000 m³ each)

Pumped storage power plants 42 units with a total of 60 GWh

Stationary batteries Total a24 GWh (e.g. 8 Mio units with 3 kWh each)

Electrolysers with total capacity of 33 GWel (needed for mobility)



TWh

TraktionH2-Bedarf

45

11TWh

TWh39

TWh

14TWh


Solarthermie

11


TWhel. WP Luft 43

TWh

TWh44

4


13TWh

14 4

W-Speicher

GWth TWh 60 TWh

82TWh

220TWh

420


Biomasse

TWh

0

TWh15

KWK-BHKW

Solarthermie 13

TWh



375

TWhTWh

3

GWgas 0

220

0TWh


H2-Speicher

7 GWth TWh

TWh 41

3

GWth

Gas-WP

W-Speicher25

20

40TWh

388 TWh


7 GWth TWh

W-Speicher


Wärmebedarf gesamt

TWh

26

TWh

TWh

217TWh

82

16TWh

GWel

TWh 23

4TWh

9 Pump-Sp-KW 7TWh

TWh

6TWh




112TWh

103TWh

147

Batterien24 GWh

GW 120 GW 32 GW143

TWh

5TWh 60 GWh TWh

TWh


GWth

Gebäude8

TWh

7TWh 50

14

4 TWh

TWh

19 GWth TWh GWh



32 GWth

0

4

Gebäude59

0.0

TWh3734


Gebäude15

27 GWh

23TWh

TWh

TWh 173 GWh

3

TWh


TWh0

TWh26

TWh12

TWh

TWh

5TWh

TWh

241 TWh

Gebäude4

87

TWh 6 TWh

Gebäude59

7 GWth TWh

3

TWh

WP zentral 20


20

60TWh

7

GW


6 46

WP zentral 23

4

8TWh

TWh

Verkehr (ohne





137

TWhTWh

TWhTWh


BrennstoffeTraktion


14 GWth TWh 56 GWh


2 GWth

10

TWh

TWh108 TWh

57 TWh

0TWh

3TWh

TWh 173


TWh

Brennstoffe

TWhErdgas 394

TWh

4

TWh22

TWh

Elektrolyse

8233 GWel

4

21TWh

0TWh

TWh 26

1 GW

GuD-KW


Solarthermie

GWhMini-BHKW 23

GWh

TWhSolarthermie 13

20 GWth

GWel TWh

TWh0.6

GWth TWh

TWh

W-Speicher

TWh

TWh76

6

4182

StrombedarfTraktion

Solarthermie 12 6

TWh

73TWh

25 TWhBrennstoffe

55220

100% Wert 2010

335

TWh

TWh

Treibstoff Verkehr

55TWh

420 TWh




%

4155

© F

raun

hofe

r ISE

Heat

Solar thermal a 42 GWth

Heat pumps � a 22 GWth (el., ground) � a 19 GWth (el., air) � a 15 GWth (gas)

Solar thermal a40 GWth

CHP in heat networks � a 60 GWel installed

capacity � a 15 GWth centralized

heat pumps

decentralized centralized

44

Results of Scenarios Comparing cumulative total costs

#1 -80 % CO2, Coal exit not accelerated

#2 -80 % CO2, Coal exit accelerated



Ref.: Today‘s system ‘frozen‘

n No cost for CO2 - emissions

n Constant prices for fossil energy


C

um

ula

tive c

ost

2014-2

050 i

n B

n €

45

Results of Scenarios Comparing cumulative total costs



n No cost for CO2 - emissions

n Constant prices for fossil energy


C

um

ula

tive c

ost

2014-2

050 i

n B

n €

Cumulative additional cost for scenarios 2 & 3: about € 1100 Bn for 2014 – 2050, ca. 0.8 % of German GDP!

46

Monatliche Produktion Solar und Wind

n Die maximale Stromproduktion erzeugten Solar- und Windenergie-anlagen im Januar 2012 mit 7,6 TWh

n Die minimale Produktion betrug 4,7 TWh im November 2012 Grafik: B. Burger, Fraunhofer ISE; Daten: Leipziger Strombörse EEX

Monatliche Produktion Solar und Wind

Jahr 2012

Januar Februar März April Mai Juni Juli August Sept. Oktober Nov. Dez.

5,0

6,0

7,0

4,0

3,0

2,0

1,0

TWh

Legende: Wind Solar

47

Zur Frage der Netzstabilität: Mit Ökostromausbau wurde unser Netz stabiler!

Zum Vergleich (2013): Frankreich (81% Atomstrom): 68 min., UK: 55 mins!

SAIDI: System Average Interuption Duration Index Zahl der Unterbrechungen: 228 Tsd 2006 – 174 Tsd 2014!

48

Photovoltaik als zentrale Säule unseres künftigen, erneuerbaren Energiesystems n  Die Photovoltaik ist - zusammen mit der Windenergie - zentraler Pfeiler

unseres künftigen Energiesystems, das auf effizienter Nutzung von schliesslich 100% erneuerbarer Energien beruhen wird.

n  Der Welt-Solarmarkt wächst rasch, angetrieben durch die günstigen Kosten von Solarstrom, auf 2017 über 70GW/a, 2020 >100GW/a

n  2017 entspricht der Welt-Solarmarkt nahezu der globalen Produktionskapazität; in den nächsten 5 Jahren wird er sich verdoppeln!

n  DiePhotovoltaik wird weitere, innovative Verbesserungen erleben, die zu höheren Effizienzen bei niedrigeren Preisen führen werden!

n  Mit wenig mehr als 1 GW/a PV Zubau hat sich Deutschland aus dem globalen PV Markt verabschiedet, angetrieben durch politische Weichenstellungen gegen die PV (Abgabe auf selbstverbrauchten Solarstrom für Handwerker und KMUs!)

n  Deutschland ist ohne Entwicklung eines eigenen Marktes in großer Gefahr, die Elektromobilität zu verpassen!

n  Die disruptive, globale Energiewende ist unterwegs, wir sollten die Früchte der Anschubfinanzierung - besonders der Photovoltaik - auch ernten!

49

Süddeutsche Zeitung vom 13. Juni 2016, Seite 2

PHOTOVOLTAIK ALS ZENTRALE SÄULE UNSERES KÜNFTIGEN ... · 13 Electricity supply from renewable...

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