Photovoltaik Strom aus der Sonne - GSI€¦ · Projekt I (vor Aufbau) angemietetes Dach eines...

7.12.20097.12.2009

PhotovoltaikPhotovoltaikStrom aus der SonneStrom aus der Sonne

oderoderWie wird man zu einem Wie wird man zu einem „Kapitalisten“ in der EE„Kapitalisten“ in der EE

Sven Sven LöchnerLöchner

Planung, Aufbau und BetriebPlanung, Aufbau und Betriebeiner eigenen Photovoltaikanlageeiner eigenen Photovoltaikanlage

7.12.20097.12.2009 Photovoltaikanlagen Photovoltaikanlagen -- Sven LöchnerSven Löchner 22

AgendaAgenda

• Motivation• Kurzer Überblick Photovoltaik• Planung• Aufbau• Betrieb• Zusammenfassung


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MotivationMotivation

• Persönliches Interesse an Erneuerbaren Energien• Interesse an der technischen Umsetzung• Sammeln von Erfahrungen mit dem Betrieb einer

eigenen Photovoltaikanlage• Warum die Anlage selbst planen und aufbauen?

– Kontrolle über das „Geschehen“– Differenzierte Betrachtung der „Experteninformationen“– Kosteneinsparung– Spaß an der Planung von Projekten


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Geschichte der PhotovoltaikGeschichte der Photovoltaik

• 1839: Bequerel „erfindet“ die Solarzelle– Entdeckte bei der Beleuchtung einer Elektrolytzelle,

dass eine elektrische Spannung entstand– Erstmals ein direkter Zusammenhang zwischen Licht

und Elektrizität– Konnte jedoch den Effekt nicht erklären

• noch 23 Jahre: Licht eine elektromagnetische Welle• noch 58 Jahre: Entdeckung des Elektrons• noch 66 Jahre: Albert Einstein und der Photoeffekt• noch 89 Jahre: Erklärung eines Halbleiters



• 1877: erste Solarzelle aus Selen• 1951: erste kristalline Solarzelle aus Germanium• 1958: erster Satellit mit Solarzellenversorung• 1963: erstes Modul mit Si-Solarzellen von Sharp• 1976: Erfindung der amorphen Si-Solarzelle• 1982: erstes 1 MWp PV-Kraftwerk (USA)• 1985: erste Si-Solarzelle mit 20% Wirkungsgrad



• 1990-94: 1000 Dächer Förderprogramm• 1991: Stromeinspeisegesetz• 2000-03: 100.000 Dächer Förderprogramm,

EEG ersetzt das Stromeinspeisegesetz• 2004: Überarbeitung des EEG,

höhere Vergütung für Biomasse und Solar-strom löst in diesen Bereichen ein Boom aus

• 2009: erneute Überarbeitung des EEG,stärkere Reduzierung der Einspeisevergütung,Förderung von „Eigenverbrauch“


Typen von SolarzellenTypen von Solarzellen• Monokristalline Solarzelle

– Hohe Effizienz (bis zu 20%)– Gleichmäßig glatte Oberfläche– Herstellung aus Halbleitersilicium ( extrem teuer)

• Polykristalline Solarzelle– Gute Effizienz (16-19%)– Unregelmäßige Oberfläche (einzelne Kristalle gut zu erkennen)– z.B. Si schmelzen, Gießverfahren ( mittlere Kosten)– Am weitesten verbreiteter Einsatz

• Amorphe Solarzelle– Geringe Effizienz (6-10%), dafür schon bei geringer Beleuchtungsleistung– Abscheiden z.B. auf Glas, 1µm dünne, nichtkristalline Si-Schicht

( sehr preiswert)


ModulartenModularten

Monokristallin

Polykristallin„String-Ribbon Zellen“

Polykristallin

Dünnschichtmit Strukturopak


Vergleich ModulartenVergleich Modularten


Prinzip einer SolarzellePrinzip einer Solarzelle


Typisches HerstellungTypisches HerstellungPolykristallines

Silizium

Tigelziehprozeß

Besäumen

Scheiben sägen

Phosphor Diffusion

Siebdruck

Solarzelle

Verketten

Laminieren

Rahmung

Solarmodul


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EErneuerbare rneuerbare EEnergie nergie GGesetzesetz

§ Abnahme- und Übertragungspflicht§ Vergütungspflicht

Netzbetreiber sind verpflichtet Strom aus Erneuerbaren Energien abzunehmen und zu vergüten.

§ Gemeinsame Vorschriften für Übernahme, Übertragung und Vergütung

Vergütungsdauer: 20 Jahre (zzgl. 1. Betriebsjahr)

Es gilt die Einspeisevergütung ab Zeitpunkt der Inbetriebnahme für 20 JahreDie Einspeisevergütung ist fix über die Gesamtdauer der Vergütung


Vergütung für PVVergütung für PV--AnlagenAnlagen

Inbetriebnahme 2009

Installation auf Dächern oder an

Lärmschutzwänden

bis 30 kWp

43,01 Ct./kWh

30-100 kWp

40,91 Ct./kWh

100-1000 kWp

39,58 Ct./kWh

über 1000 kWp

33,00 Ct./kWh

Bei Selbstnutzung des Stroms (bis 30 kWp): 24,48 Ct./kWh

Fassadenanlagen (ohne Bodenkontakt) wie Dachanlagen

Freiflächenanlagen größenunabhängig: 31,94 Ct./kWh


Vergütung für PVVergütung für PV--AnlagenAnlagen

Inbetriebnahme 2010 (bei mehr als 1,5 GWp installierter Leistung in 2009)

Installation auf Dächern oder an

Lärmschutzwänden

bis 30 kWp

39,14 Ct./kWh

30-100 kWp

37,23 Ct./kWh

100-1000 kWp

35,23 Ct./kWh

über 1000 kWp

29,37 Ct./kWh

Bei Selbstnutzung des Stroms (bis 30 kWp): 22,76 Ct./kWh

Fassadenanlagen (ohne Bodenkontakt) wie Dachanlagen

Freiflächenanlagen größenunabhängig: 28,43 Ct./kWh


Baurechtliche GenehmigungBaurechtliche Genehmigung

• Schlichte Genehmigungsfreiheit– Gilt für „Solarenergieanlagen und Sonnenkollektoren in

und an Dach-und Außenflächen

– keine Anzeige oder Bauantrag erforderlichaber materielles Baurecht muss beachtet werden:wie z.B.:– PV-Anlage muss sich in die Gegend einfügen– Erschließung muss gesichert sein– PV-Anlagen müssen standsicher errichtet werden


PachtvertragPachtvertrag

• Pachtvertrag mit Grundstücks- oder Gebäude-eigentümer– Nutzungsbeschreibung– Laufzeit des Pachtvertrages: 20 Jahre + Optionen auf

weitere Jahre– Eintragung einer Grunddienstbarkeit ins Grundbuch– Eigentumsregelung hinsichtlich der PV-Anlage– Gewährleistungsregeln für Zustand der Dachflächen– Geregeltes Konzept über den Rückbau der Anlage am

Ende des Pachtvertrages


SicherheitenSicherheiten

• Sorgfältige Planung• Verwendung von zertifizierten Komponenten• Garantien auf Komponenten:

– Module: 10 Jahre 90%,25 Jahre 80% der Anfangsleistung

– Wechselrichter: ca. 5 Jahre, Erweiterung auf 10 Jahre möglich

• Sicheres Finanzierungskonzept (Zinssicherheit)• Versicherung der PV-Anlage


Schritte bis zur InbetriebnahmeSchritte bis zur Inbetriebnahme1. Checkliste, Vor-Ort-Termin, Einspeise-Situation2. Kostenschätzung und Ertragsprognose

(techn. Auslegung, Statik, Modultyp, Verschattung, elektr. Dimensionierung, Leitungsverluste, …)

3. Finanzierungskonzept(KfW, Bausparkasse, Fördermittel)

4. Detailplanung, Zuarbeiten der Unterlagen für Bank5. Behördenwege

(EVU Anmeldung, Bauvorschriften, Prüfung des EEG Status, …)

6. Bau-/Liefervertrag, Bauleistungsversicherung7. Start Bau / Beginn Zahlungsplan8. Lieferung Materialien, Aufbau der Anlage, Koordination9. Inbetriebnahme


ErtragsaussichtenErtragsaussichten


ErtragsaussichtenErtragsaussichten

European Commission, Joint Research Centre (JRC)http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps3/pvest.php


VerschattungsberechnungVerschattungsberechnung

z.B. „Sombrero“ (Uni Siegen Fachgebiet Bauphysik & Solarenergie)


Übersicht KomponentenÜbersicht KomponentenA ModuleB WechselrichterC EinspeisezählerD BezugszählerE öffentliches Netz


Auslegung WechselrichterAuslegung Wechselrichter

z.B. „SMA Sunny Design“ (Firma SMA)


ModulModul--VerschaltungVerschaltung


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Projekt I (vor Aufbau)Projekt I (vor Aufbau)

angemietetes Dach eines Bürogebäudes (~300 m²)


Projekt I (Vorbereitung Elektrik)Projekt I (Vorbereitung Elektrik)

Wechselrichter Keller


Projekt I (Lieferung)Projekt I (Lieferung)

• Montagegestell• Solarmodule


Projekt I (Aufbau)Projekt I (Aufbau)


angemietetes Dach eines Vereinsclubhauses (~270 m²)

Projekt II (vor Aufbau)Projekt II (vor Aufbau)


Projekt II (Vorbereitung)Projekt II (Vorbereitung)


Projekt II (Aufbau)Projekt II (Aufbau)


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BetriebBetrieb

• Anfahren der Anlage erfolgt vollautomatisch• Automatische Mpp-Tracking

(Bestimmung des Maximum Power Point)• Sofortige Trennung der PV-Anlage vom Netz im

Falle eines Spannungsabfalls (z.B. um eine ungewollte Inselbildung zu verhindern)

bisher nicht vorgefallen


BetriebsüberwachungBetriebsüberwachung

• Überwachung via SMA WebBox– RS485 Schnittstelle zu Wechselrichtern– Ethernet-Schnittstelle – bis zu 50 überwachte Wechselrichter– Speicherung auf SD-Karte (bis zu 2 GB)– integrierter Webserver– FTP-Push Funktionalität– RPC-Schnittstelle– automatische Datenübermittelung an zentrale

Anlagenüberwachung (SMA Sunny Portal)


BetriebsüberwachungBetriebsüberwachung

• Sunny-Portal– Kostenloses Überwachungsportal– Frei konfigurierbare Auswertungen– Grundlage: alle Daten der Anlage

gemittelt über 5 Minuten

• Eigene Webseite– aktuelle Leistungsdaten (via RPC)

• SMS-Tagesstatusbericht• Email

– bei Anlagenstörung– Ertragsabweichungen


BetriebsdatenBetriebsdaten

• Monatserträge für das 1. Jahr20,20 MWh975 kW/kWp4% über dem

kalkuliertenBetrag


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ZusammenfassungZusammenfassung

• Eigene Planung und Kalkulation der PV-Anlagen• Einfache Montage der Anlagen durch Familie,

Freunden und Bekannten• Deckt den Stromverbrauch von ca. 12 Haushalten

(4-köpfiger Haushalt, ca. 4.000 kWh/a)

• Reduziert ca. 38 t CO2/a • Eigenleistungen sparten ca. 20% der Kosten

– Verkürzung der Amortisierungsphase auf ca. 10 Jahren– Jährliche Rendite von ca. 5%

• Die nächste Anlage kommt bestimmt…

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