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PV-STROM FÜR DEUTSCHLAND: STAND HEUTE UND PERSPEKTIVE 2050

Harry Wirth

Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE

Workshop

Erlebnis Solar-manufaktur“

bei der SI Module GmbH

Freiburg, 22.2.2013

www.ise.fraunhofer.de

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ÜBERSICHT

1. Vorstellung Fraunhofer ISE

2. PV-Beiträge zur Stromversorgung

3. PV Preisentwicklungen

4. Strompreisbildung & EEG-Umlage

5. Effizienz von PV

6. PV & Brandrisiken

7. Energieszenarien 2020-2050

8. Umbau des Energiesystems auf Erneuerbare Energien (EE)

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1. VorstellungProfil der Fraunhofer-Gesellschaft

Führende Organisation für angewandte Forschung in Europa

20 000 Angestellte, meistWissenschaftler und Ingenieure

60 Forschungsinstitute an verschiedenen Standorten in Deutschland

Fraunhofer Institut für SolareEnergiesysteme ISE ist zweitgrößtesInstitut

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Gegründet: 1981

Institutsleiter: Prof. Eicke R. Weber

Mitarbeiter: 1139

Budget: 69 Mil. €

Industrieerträge: 53%

Grundfinanzierung: 5%

(Stand 2011)

Profil des Fraunhofer ISEVorstellung

Forschung Materialien,

Modellierung,Methoden

DienstleistungBeratung, Tests,

Monitoring,Qualitätskontrolle

Entwicklung

Komponenten,Prototypen,

Systeme, Verfahren

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VorstellungGeschäftsfelder am Fraunhofer ISE

Photovoltaik

Silicium-Photovoltaik

Photovoltaische Module und Systeme

Alternative Photovoltaik-Technologien

Solarthermie

Energiesysteme

Energieeffiziente Gebäudeund Gebäudetechnik

Regenerative Stromversorgung

Wasserstofftechnologie

Angewandte Optikund funktionale Oberflächen MWT Modul mit Rückkontakt-

Zellen, Zelldicke 120 μm

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2. PV-Beiträge zur Stromversorgung

Anfang August 2012 hat die Solarenergie die Windenergie in der installierten Leistung überholt

Grafik: B. Burger, Fraunhofer ISE; Daten: Bundesnetzagentur

Installierte Leistung Solar und Wind

40

30

20

10

GW

Solarleistung Windleistung

32,44 GW29,9 GW

Jahr 2012

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PV-Beiträge zur Stromversorgung

Monatliche PV- und Windstromproduktion der Jahre 2011-2012 [ISE4]

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PV- und Windstromerzeugung

Mittlere Stundenleistung für die Einspeisung von Sonnen- und Windstrom im Jahr 2012 [ISE4]

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Stromproduktion mit bisher höchstem PV-Anteil

Stromproduktion in der Kalenderwoche 21 des Jahres 2012, mit Rekordwert von 22,4 GW

PV-Leistung am Freitag, den 25.5. (Grafik: B. Burger, Fraunhofer ISE; Daten: Leipziger Strombörse EEX)

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Grafik: B. Burger, Fraunhofer ISE; Daten: Statistisches Bundesamt, Leipziger Strombörse EEX

Datenquellen:

Januar bis Oktober: Statistisches Bundesamt

November und Dezember: EEX mit Korrekturfaktoren

Nettostromerzeugung

Jahr 2012

100

120

140

80

60

40

20

TWh

Braunkohle Steinkohle Kernenergie Gas Wind Solar Laufwasser

143 TWh

106 TWh94 TWh

49 TWh 45,9 TWh27,9 TWh

17 TWh

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Der Exportüberschuss erreicht 2012 ca. 22 TWh und liegt damit auf dem Niveau des Rekordjahres 2008, in dem 22,5 TWh exportiert wurden.

Grafik: B. Burger, Fraunhofer ISE; Daten: Leipziger Strombörse EEX; BMWi Energiedaten

TWh

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012

Jahr 2001-2012

-5

-20

5

-10

-15

-25

-30

Imp.

Expo

rt

Strom Export und Import Saldo

Legende: ImportüberschussExportüberschuss

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Grafik: B. Burger, Fraunhofer ISE; Daten: Leipziger Strombörse EEX

60.000

MW

50.000

40.000

30.000

20.000

10.000

Mo21.05.

Di22.05.

Mi23.05.

Do24.05.

Fr25.05.

Sa26.05.

So27.05.

Anzeigewoche: KW 21; 2012

Tatsächliche Produktion

Legende: Kernenergie Braunkohle Steinkohle GasLaufwasser Pumpspeicher Wind Solar

LW AKW BK SK Gas PSp Wind Solarmin. Leistung (GW) 2,6 8,8 11,2 1,5 2,0 0 0,42 0max. Leistung (GW) 2,9 11,4 16,4 15,1 6,1 3,9 9,1 22,4Wochenenergie (TWh) 0,48 1,7 2,4 1,5 0,55 0,13 0,66 1,1

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Entwicklung des Anteils Erneuerbarer Energien am Stromverbrauch (Endenergie) in Deutschland, Daten aus [BMWi], [BDEW3]

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3. Preislernkurve für PV-Module, über alle Technologien

Historische Entwicklung der Preise für PV-Module (PSE AG/Fraunhofer ISE, Datenquelle: Strategies, Unlimited/Navigant Consulting, 2012 geschätzt). Die Gerade

zeigt den Trend der Preisentwicklung.

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PV-Systempreise in Deutschland

Durchschnittlicher Endkundenpreis (Systempreis, netto) für fertig installierte Aufdachanlagen bis 10 kWp, Daten aus [BSW]

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Vergütungs- und Strompreisentwicklung

Vergütung von PV-Strom nach dem Datum der Anlageninbetriebnahme gemäß EEG, durchschnittliche Vergütung von PV-Strom für Anlagenbestand aus [VDN], [R2B] und

Strompreise [BMWi]; gestrichelte Linienabschnitte zeigen Schätzungen

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Vergütungs- und Strompreisentwicklung

Prognose zur Vergütungs- und Strompreisentwicklung, Grafik: B. Burger, Fraunhofer ISE, Stand 14.11.2012; Daten: BMU, EEG 2012 und BMWi Energiedaten

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4. Preisbildung an der Strombörse EEX

Merit-Order der konventionellen Kraftwerke 2011 [IZES]; Primärenergiepreise beziehen sich auf Brennwerte, die Grenzkosten auf elektrische Energie

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Preisbildung an der Strombörse EEX

Einfluss von EE-Zubau auf die Preisbildung an der Strombörse [WEC]

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Wer investiert in PV?

Anteile der Eigentümer an der Ende 2010 betriebenen Leistung von Photovoltaikanlagen [trend:research]

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EEG-Umlage

Struktur der EEG-Umlage 2012 und 2013 [BEE]

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EEG-Umlage

EEG-Umlage 2013 ohne Fremdkosten [BEE]

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Strompreise

Entwicklung von Brutto-Strompreisen für Haushalte, von Netto-Strompreisen für industrielle Großabnehmer [BMWi] und Entwicklung der EEG-Umlage; die Brutto-Strompreise der Haushalte bestehen heute zur Hälfte aus Steuern und Abgaben

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Strompreise

Beispielhafte Zusammensetzung eines Haushaltsstrompreises von 29 ct/kWh im Jahr 2013 (KWK: Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz; Strom-NEV: Entlastung stromintensiver

Industriebetriebe; Konzessionsabgabe: Entgelte für Nutzung öffentlicher Wege)

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5. Effizienz von PVModulwirkungsgrade

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Effizienz von PV

Prognostizierte Vollbenutzungsstunden für ganzjährig betriebene Anlagen, gemittelte Werte die Jahre für 2012 bis 2016, Daten aus [R2B]

Volllaststunden

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Effizienz von PV

Fahrzeugreichweite mit dem Jahresertrag von 1 a = 100 m2 Energiepflanzenanbau (2,3) und von 40 m2 PV-Modulen, aufgeständert auf 100 m2 ebener Grundfläche,

Quellen: Bruno Burger, Fraunhofer ISE (1) und Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (2),(3)

Flächennutzung

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Effizienz von PV

…

Energierücklaufzeit (1000 kWh/m²/a)

Data: ISE 2011 (for mono, multi); de Wild-Scholten (ECN),Sustainability Dec. 2009, Graph: PSE AG 2012

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EEG-Differenzkosten

Prognose der EEG-Differenzkosten für PV-Strom pro kWh und als Jahressumme,

dazu jährliche PV-Stromproduktion

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6. PV & Brandrisiken

aktuell ca. 1,3 Mio. Anlagen in Betrieb

in den letzten 20 Jahren wurden gemeldet

350 Brände, an denen die Solaranlage beteiligt war

120 Brände, die die Solaranlage ausgelöst hat

75 Brände mit größerem Schaden

10 Brände mit Totalverlust des Gebäudes

Können defekte PV-Anlagen einen Brand auslösen?

Photovoltaik-Brandschutz – Fakten statt Phantome, Presseinformation des Fraunhofer ISE, 7. Februar 2013; Näheres zum Brandschutz unter

www.pvbrandsicherheit.de

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PV & BrandrisikenGefährden PV-Anlagen die Feuerwehrleute?

„Durch flächendeckende Schulungsmaßnahmen bei den Feuerwehren konnten anfängliche Unsicherheiten behoben werden. Wie bei jeder Elektroinstallation kann man je nach Strahlart auch bei Photovoltaikanlagen mit Wasser aus ein bis fünf Meter Abstand sicher löschen. Alle Behauptungen, die Feuerwehr habe ein brennendes Wohnhaus wegen der Photovoltaik nicht gelöscht, stellten sich bei bisherigen Recherchen als falsch heraus.“

Photovoltaik-Brandschutz – Fakten statt Phantome, Presseinformation des Fraunhofer ISE, 7. Februar 2013; Näheres zum Brandschutz unter

www.pvbrandsicherheit.de

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7. Energieszenarien 2020-2050

H.-M. Henning (ISE); Photovoltaik 12/2012

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Mögliche Pfade zur Wandlung und Speicherung von PV-Strom mit orientierenden Angaben

zu Wirkungsgraden

Fahr-leistung

CH4-Tank (CNG) & Verbrennungsmotor

=30%

H2-Tank & Brenn-stoffzelle & E-Motor

=38%Elektrolyse=81%

Methanisierung=85%

H2

Akku & E-Motor=80%

CH4

Gasnetz/-speicher, E=240TWh

31%

21%

80%

Wärme40%

Pumpspeicher-KW=80%, P=7GW,

E=40GWh

BHKW, el=50%, th=40%

WärmepumpeJAZ=300%

270%

32%

S tromnetz

Wärmespeicherth=90%

100%

station. Akku=90%

90%

Druckluft-KW=70%

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Grobe Abschätzung der monatlichen Verteilung (Jahressumme = 100%) für Sonnenstrom, berechnet für den Standort Freiburg aus [PVGIS], des Windstroms [DEWI], des Heizwärmebedarfs nach Gradtagszahlen (VDI 2067 bzw. DIN 4713), des Energiebedarfs für die Warmwasserbereitung

der Haushalte, des Strombedarfs [AGEB1] und des Kraftstoffabsatzes [MWV]

0%

5%

10%

15%

20%

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12Monat

mon

atl.

Ant

eil a

n Ja

hres

sum

me PV-Strom Windstrom

Heizwärmebedarf WarmwasserStrombedarf Straßenverkehr

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8. Umbau des Energiesystems auf EEZentrale Aufgaben

Aufbau von EE-Produktionskapazitäten

Nutzung von „überschüssigem“ EE-Strom aus PV und Wind

Stromversorgung in Zeiten unzureichender Produktion aus PV und Wind

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Umbau des Energiesystems auf EEMaßnahmen

Verstetigung der PV-Stromerzeugung

Komplementärbetrieb von Wasserkraftwerken

Komplementärbetrieb regelbarer fossil-nukl. Kraftwerke

Anpassung von Verbrauchsprofilen

Umstellung speicherfähiger Verbraucher auf elektrischen Betrieb, Effizienzmaßnahmen

Speicherung dezentral el./el.

Speicherung dezentral el./el. + el./therm.

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Umbau des Energiesystems auf EE

Stromertragsprofile von PV-Anlagen in verschiedenen Montagevarianten, berechnet mit der Software PVsol für einen überwiegend klaren Julitag am Standort Freiburg

Verstetigung der PV-Stromerzeugung

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Gesamtleistung von Wasserkraftwerken in ausgesuchten Ländern, Stand 2010 [Prognos]; die Zuordnung der Kapazitäten zu den einzelnen Kraftwerkstypen unterscheidet sich je nach

Datenquelle.

Komplementärbetrieb von Wasserkraftwerken

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Stromverbrauch eines durchschnittlichen Haushalts ohne Warmwasseraufbereitung, aus [RWE]

Anpassung von Verbrauchsprofilen

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Umbau des Energiesystems auf EEUmstellung speicherfähiger Verbraucher auf elektrischen Betrieb, Effizienzmaßnahmen

Raumwärme/Warmwasser -> Wärmepumpe + Speicher

(D: ca. 600,000 WP)

motorisierte Verkehr-> Elektroantriebe

(D: 1 Mio. E-Fahrräder, ca. 50000 Hybrid-KFZ, paar Tausend reine E-KFZ)

Energieflussbild 2010 für die Bundesrepublik Deutschland in

Petajoule [AGEB2]

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Umbau des Energiesystems auf EESpeicherung dezentral el./el.

PV-Batteriesystemen erhöhen Eigenverbrauch deutlich, abh. von Kapazität

Photovoltaik 10/2012, S.50-54

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netzoptimierte PV-Batteriesystemen ermöglichen 66% mehr PV-Installation bei gleicher max. Übertragungskapazität

ISE Speicherstudie 2013

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Umbau des Energiesystems auf EESpeicherung dezentral el./el. + el./therm.

V. Quaschning, BWK Bd. 64 (2012) Nr. 7/8, S.25-28http://www.elektro-autos.info/Elektromobilitaet.html

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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE

Grafiken und Quellenangaben aus „Aktuelle Fakten zur Photovoltaik in Deutschland“, www.pv-fakten.de

www.ise.fraunhofer.de

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