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
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AgendaAgenda
• Motivation• Kurzer Überblick Photovoltaik• Planung• Aufbau• Betrieb• Zusammenfassung
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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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AgendaAgenda
• Motivation• Kurzer Überblick Photovoltaik• Planung• Aufbau• Betrieb• Zusammenfassung
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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
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Geschichte der PhotovoltaikGeschichte der Photovoltaik
• 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
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Geschichte der PhotovoltaikGeschichte der Photovoltaik
• 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“
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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)
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ModulartenModularten
Monokristallin
Polykristallin„String-Ribbon Zellen“
Polykristallin
Dünnschichtmit Strukturopak
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Vergleich ModulartenVergleich Modularten
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Prinzip einer SolarzellePrinzip einer Solarzelle
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Typisches HerstellungTypisches HerstellungPolykristallines
Silizium
Tigelziehprozeß
Besäumen
Scheiben sägen
Phosphor Diffusion
Siebdruck
Solarzelle
Verketten
Laminieren
Rahmung
Solarmodul
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AgendaAgenda
• Motivation• Kurzer Überblick Photovoltaik• Planung• Aufbau• Betrieb• Zusammenfassung
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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ErtragsaussichtenErtragsaussichten
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ErtragsaussichtenErtragsaussichten
European Commission, Joint Research Centre (JRC)http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps3/pvest.php
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VerschattungsberechnungVerschattungsberechnung
z.B. „Sombrero“ (Uni Siegen Fachgebiet Bauphysik & Solarenergie)
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Übersicht KomponentenÜbersicht KomponentenA ModuleB WechselrichterC EinspeisezählerD BezugszählerE öffentliches Netz
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Auslegung WechselrichterAuslegung Wechselrichter
z.B. „SMA Sunny Design“ (Firma SMA)
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ModulModul--VerschaltungVerschaltung
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AgendaAgenda
• Motivation• Kurzer Überblick Photovoltaik• Planung• Aufbau• Betrieb• Zusammenfassung
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Projekt I (vor Aufbau)Projekt I (vor Aufbau)
angemietetes Dach eines Bürogebäudes (~300 m²)
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Projekt I (Vorbereitung Elektrik)Projekt I (Vorbereitung Elektrik)
Wechselrichter Keller
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Projekt I (Lieferung)Projekt I (Lieferung)
• Montagegestell• Solarmodule
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Projekt I (Aufbau)Projekt I (Aufbau)
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Projekt I (Aufbau)Projekt I (Aufbau)
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angemietetes Dach eines Vereinsclubhauses (~270 m²)
Projekt II (vor Aufbau)Projekt II (vor Aufbau)
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Projekt II (Vorbereitung)Projekt II (Vorbereitung)
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Projekt II (Aufbau)Projekt II (Aufbau)
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AgendaAgenda
• Motivation• Kurzer Überblick Photovoltaik• Planung• Aufbau• Betrieb• Zusammenfassung
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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
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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)
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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
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BetriebsdatenBetriebsdaten
• Monatserträge für das 1. Jahr20,20 MWh975 kW/kWp4% über dem
kalkuliertenBetrag
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AgendaAgenda
• Motivation• Kurzer Überblick Photovoltaik• Planung• Aufbau• Betrieb• Zusammenfassung
7.12.20097.12.2009 Photovoltaikanlagen Photovoltaikanlagen -- Sven LöchnerSven Löchner 4343
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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