20240508_euf_strompreise_baumgartner.pdf

Franz Baumgartner, 08.05.2024; www.zhaw.ch/=bauf/
Haushaltsstrompreis
mit Photovoltaik und Batterie
Franz Baumgartner
Prof. Dr. , Leiter Studiengang Energie- und Umweltechnik, ZHAW SoE Winterthur

Inhalt
1) CO2 Probleme durch Verkehr & Gebäude
2) Entwicklung Haushaltsstrompreis Photovoltaik / Netz
3) Eigennutzung Solarstrom spart Geld E-Auto, Batterie, WP
4) Energie Zukunft nur mit Photovoltiakstrom
Slide 2
.

2023 war das DRECKIGSTE im Energiesektor
CO₂-Emissionen im
Energiebereich haben
im vergangenen Jahr
um 1,1 Prozent
zugenommen und so
einen Höchststand
erreicht. Über das Jahr
gesehen stieß der
Energiesektor 37,4
Milliarden Tonnen CO₂
aus.
https://www.iea.org/news/major-growth-of-clean-energy-limited-the-rise-in-global-emissions-in-2023
https://iea.blob.core.windows.net/assets/33e2badc-b839-4c18-84ce-f6387b3c008f/CO2Emissionsin2023.pdf

Nature sustainability, Lenton, Chi et al.; 2023; Quantifying the human cost of global warming; https://doi.org/10.1038/s41893-023-01132-6
mean annual temperature (MAT) of
~13 °C and a secondary peak at
~27 °C monsoon climates South Asia
Todeszone mit >40 °C
für über 75 Tage
bei MAT ~29 °C
Die Armen leiden unter der globalen Hitze
DIE ZEIT Online 2023

Schweizer CO2 Emission
Siehe auch https://www.bafu.admin.ch/bafu/de/home/themen/klima/daten-indikatoren-karten/daten/co2-statistik.html

Photovoltaik Lösung

Solar Cell - Module - System
PV Fascade; www.sunways.de
solar cell
15cm x 15cm
4.5 Watt
costs retailer
2.5 SFr
Solar module 2010: 230W / 60 cells
Solar module 2020: 350W / 60 cells

Unsere Arbeiten an der Hochschule ZHAW haben
seit 2008 neue PV Montagekonzepte gefördert

• Cable-based Solar Plant, 300 m long
• 1 axis tracking
• in operation since December 2008
9
Cable-based 650kW Solar Plant Waldshut

Solar Wings - 2 axis tracking
• Solar Plant
80 kWp, 200 m long cables
2 axis tracking
high energy yield
location in Flums, Switzerland
• Realized on top of storage area
Full double use of area below - trucks
• in operation since 02/2010
F. Baumgartner, A. Büchel et al.
Experiences Solar Wings tracking; Paper,
2009-09-21, Euro PV Conf., Hamburg

PVPS
11
Solarfaltdach über Kläranlage in Chur
Wind speed below 15m/s, no snow, no hale
1.5% PV losses
Heavy wind >15m/s and during night
IBC Energie Wasser Chur, 2016–2018, PV Power 643 kWp PV light weight modules
dhp-technology.ch
Intersolar Munich, 2021-10-06 IEA PVPS Task13 Baumgartner

Solarfaltdach - DHP Technologies
Slide 12
.

13
Franz Baumgartner, www.zhaw.ch/~bauf FS 2022
PV Plants in Switzerland
built in collaboration with ZHAW IEFE Winterthur
60kWp, AXA Winterthur
60kW, Solar Wings, Tenna
60kW, Werkhof, Winti
Solarspar, Klimafond
9kW, Winterthur, efb-greenroof.eu

Genutzte Chancen in der Schweiz
Privathäuser
Slide 14
.
Verkaufserlös des Überschussstroms deckt die Wasserkosten

Photovoltaik Kosten

Strompreise in der Schweiz 2010 bis 2024
Slide 16
.
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
0
10
20
30
40
50
60
2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024
PV
Modul
Anteil
Kraftwerk
Rp/kWh
Haushalt EW H4
PV Vergütung KEF EFH
PV total 10 kW
Modul/PVPlant
F. Baumgartner
www.zhaw.ch/=bauf , 2024-05-06
Ref: BFE, Elcom, IEA PVPS T1, ITRPV

Netz- versus Solarstrompreis
Slide 17
.
https://www.vese.ch/pvtarif/
Stadtwerk Winterthur: 14.2 +18.9 +2.9 =35.9 Rp/kWh
Netz + Energie + Zusch.=Total
Netzstrom Median 32.1 Rp/kWh Solarstrom Vergütung 16 Rp/kWh
Stadtwerk Winterthur: 2.5 +14.9 =17.3 Rp/kWh
HKN + Energie =Total
https://www.strompreis.elcom.admin.ch/

Typische Kosten von Solarstrom
im Einfamilienhaus – Parität mit Netz möglich
Slide 18
.
Diessenhofen, Tg
Kreuzlingen, Tg
PV Inndach
PV Aufdach
Kosten Solaranlagen 10kW
in SFr
Solarstrompreis
pro kWh in Rp
28 000 PV Inndach 10kW
47 / 39 / 33
Haushalt 4000 kWh
+ WP 6800 kWh
+ EV 10tkm, 8500 kWh
37 000 PV+
Batterie 10kWh
56 / 42 / 38
23 000 PV Aufdach 10kW
39 / 34 / 30
no Batt.
42 / 33 / 33
32 000 PV +
Batterie 10kWh
49 / 37 / 34
41 / 34 / 33
Annahmen: 30Rp/kWh Netz, 7.3 Rp Rückspeisetarif, 25Jahre, Batterieersatz 15 Jahre, PV 25 Jahre
inkl. Förderung 4500 SFr, 2% Verzinsung, zusätzliche Betriebskosten 1% vom Invest, plus 85Fr Zähler
Basis Eigenstromanteil nach https://solarsimulator.fronius.com/
2021 Haushaltsstrompreis 21Rp/kWh H4, www.strompreis.elcom.admin.ch

Strompreise über drei Jahrzente entscheiden
Slide 19
.
https://www.vese.ch/pvtarif/
Stadtwerk Winterthur: 14.2 +18.9 +2.9 =35.9 Rp/kWh
2024 Netz + Energie + Zusch.=Total
CH Netzstrom Median 32.1 Rp/kWh in 2024 CH Solarstrom Vergütung 16 Rp/kWh in 2024
Stadtwerk Winterthur: 2.5 +14.9 =17.3 Rp/kWh
2024 HKN + Energie =Total
https://www.strompreis.elcom.admin.ch/
NIX is FIX

Sparen mit mehr
solarer Eigennutzung

Erfolgsgeheimnis Wärmepumpe + Photovoltaik

Stärke der Schweiz: Wärmepumpen
• 2022 eine WP pro 100
Haushalte verkauft!
• 2022 führende WP Technologie
Luft/Wasser (74%)
• auch in 2022
4 Mio Bohrmeter für Erdsonden
• Aktuell 3GWth WP Leistung
inst.
• Wachstum WP von 2009 bis
2021die Bestandsleistung
verdoppelte; Ref.: de.statista.com
• 2021 Zuwachs Luft-Wasser WP
um 37% der Jahresverkaufszahl
(WP +21%);
Ref.: www.gebaeudetechnik-news.ch

Franz Baumgartner, 08.05.2024; www.zhaw.ch/=bauf/ Slide 23
.
Wärmepumpe:1kWh Solarstrom erbring 4kWh Wärme

Franz Baumgartner, 2021-02-22; www.zhaw.ch/~bauf
Privathaus Kn 16kW und 8kWh Li-Batterie
Slide 24
.

2023
Privat-
haus
Boden-
see
Slide 25
.

Grösse und Kosten der Li- Solarbatterie
F. Baumgartner, Okt 2017; http://www.bulletin.ch/de/news-detail/sonnenstrom-speichern.html
Slide 26 .
F. Baumgartner, bulletin.ch 10 / 2017; Sonnenstrom speichern;
2020
Ergänzung: Herstellung 1kWh Li-Batteriekapazität verursacht 100 kgCO2-eq. Emissionen (od. 40gCO2/kWh bei 2500 Zyklen)
Ref. Han Hao et. al. ; Sustainability 2017, 9, 504; www.mdpi.com/journal/sustainability Vergleiche auch andere Simulation:
https://pvspeicher.htw-berlin.de/unabhaengigkeitsrechner/
2024:
Li Batt
10kWh
1600 to
5000Fr
total
Endkunde
600Fr/kWh

Schweizer Technik zur Optimierung solaren Eigenverbrauch
Slide 27
.

PV Carport 430kW im Appenzell Kronberg

Energieflüsse und Kostenschätzung
Slide 29
.
20kWh/100km
täglich 50km
10kWh
18000 km x 10a
40 000 Fr Kauf
11kWh
Solare Tagesladung für 1.65 Franken: 15 Rp/kWh
Solare Nachtladung mit Batterie im Gebäude : 45 Rp/kWh
Betrieb
Franz Baumgartner, 2021, www.zhaw.ch/=bauf
E-Auto
beliefert
das Haus
20kWh Kapazität
Rp/km
22
5
3
Total 30
40
Kosten-
alternative
SBB GA 2. Kl
21 Rp/km

Franz Baumgartner, 08.05.2024; www.zhaw.ch/=bauf/ Slide 30
.
11kW3ph
3.7kW1ph
ZOE 52kWh
14 15 16
Kreuzlingen
am 2. Mai 2021
solare Tankfüllung
ab Hausbatterie
6 700kW PV Carport, Courgenay, Ch
Aufladung meines Elektoautos in Kreuzlingen
mit Solarstrom aus dem Batteriespeicher von Energy Depot

Energiezukunft

Wer reduziert die CO2 Emission der Schweiz bis 2050?
Übrige erneuerbare Energien
Fernwärme
Elektrizität
Gas
Treibstoffe
Erdölbrennstoffe
Industrieabfälle
Kohle
Holz
Endenergieverbrauch 1910-2017 nach Energieträgern
1 000 000
800 000
600 000
400 000
200 000
0
1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050
TJ
Öl-Gebäude
Öl-Verkehr
Elektrizität
CO2
-12% CO2 eq.
1990 und 2017
-80% CO2 eq.
1990 bis 2050
für 1.5°C
BFE, Schweizerische
Gesamtenergiestatistik
Grafik: F. Baumgartner 2023
Gas

2023
Schweizer
Stimmvolk
sagte JA zu
ZERO 2050

Schweiz Landesregierung mehr Strom aus Photovoltaik!
BFE 2022-05, IEA Meeting

Hat die Solarzelle eine Zukunft? (1994)
F. Baumgartner, e&i Jg. 112, H 10 (1995) – Preprint
Zeitschrift des Österr. Verbandes für Elektrotechnik
1994 2023 2050
Global PV [GW] 0.4 1000 14500
CostsLCOE [$/kWh] 2 0.05 0.03
Share of electricity 0.001% 4% 38%
www.pv-tech.org
A. Jäger-Waldau,”Global PV Markets”
EPJ Photovoltaics 13, 9 (2022)
Es gibt keine Energiezukunft ohne PV! (2023)

Welcher Strom fliesst in den Ländern
Slide 36
.

Solarstrom Potential der Schweiz
• VSE 2020 Juni, Verband Schweizer
Elektrizitätsunternehmen
• Typisch 2/3 der CH Dachflächen sind geeignet
• Gebäude Detailanalyse siehe
www.Sonnendach.CH
www.Sonnenfassade.CH
Slide 38
.

Stahleinsatz pro Solarleistung und Ertrag
Solarmodul
Position
Beispiel in Erprobung kg Stahl
pro kWp
gCO2/kWh
nur Stahl!
MWh/ha
jährlich
Referenz
Standort
vertical
Höhe ca. 2.5m
40-70
5 to 9 Stahl
+
30 PVModul
343
(4100kW
bifazial)
Next2Sun,
Donaueschingen
Aasen (Baden-
Württemberg, D)
über Kopf
mittlere Höhe
ca. 2-4m 60 - 80
8 to 10 Stahl
+
30 PVModul
https://insolight.ch
Conthey,
Schweiz
Über Kopf
hoch
>4m 284
36 Stahl
+
30 PVModul
248
(194kWp)
FhG ISE,
Heggelbach am
Bodensee, D
Slide 39
2.5kg CO2 pro kg verzinkter Stahl
30 Mittelwert von 17 to 43 g CO2/kWh PV Modul L. Wagner, Friedrich ISE 2021

Abstimmung um alpine PV, Wind, bidr. EV…..
https://www.bulletin.ch/de/news-detail/potenzial-fuer-pv.html

Balance im Netz

Herausforderung lokale Strom BALANCE
ohne fossile und nukleare Quellen
WIR SCHAFFEN ES wenn wir uns auf MEHR EE-Strom-ZUBAUEN
konzentrieren ohne Ablenkung durch Nebengeräusche wie
Stromnetz Probleme der Nachbarländer hier nach zu erzählen!
Slide 42
.
+0.01%
0.5%
die jährlichen
Stromzuwachsraten
neuer Kraftwerke
entscheiden! +0.6%
+0.4%
F. Baumgartner, Electrosuisse Bulletin, Okt 2018

Prognose 2010 : PV growth and the limits of the grid
F. Baumgartner Prog. of PV, 2010

Tagesbilanze: Verbrauch = Erzeugung
Slide 44
.

2023 May ist Zustand im Schweizer Stromnetz
• Last 8GW
• Solar 3GW
• Differenz 5GW
Slide 45
.
https://www.energy-charts.info/charts/power/chart.htm?l=de&c=CH&year=2023&week=22

Reduction of performance of nominal hours - PV output
F. Baumgartner Prog. of PV, 2010
20%PV possible it Swiss hydro storage facility used prior to PV and
reduction of base load of conv. Power plants.
2021 CH 4GW Speicher

Grosse Pumpspeicherwerke CH und China
3.6GW - Dec 2021 China, Hebei, Fengning 0.9GW – Sept 2021 Switzerland, Nant de Drance
Slide 47
.
Swissinfo.ch 2021-09-03
25 Mio m3
300m
eta 80%
16GWh
6.6GWh
www.pv-magazine.com/2022/01/04/
4GW Pumpleistung
CH gesamt 2021
BFE.admin.ch
Vergleich: 80 000 EVs mit 11kW AC = 0.9GW

x4
in
4 Jahren
2019 - 2024
2024 in der Schweiz 4.8 Mio PKW
2023 global 10 Mio E-Autos neu zugelassen (CH davon 1%)

Die Jungen machen Zukunft

Mit Solarstrom Heizen
Der Klimakampf im Mehrfamilienhaus ist zentral
2020-05-08 Tagi
Waffen des Klimakampfes
1. Solar-/Wind-/Wasserkraftstrom
2. Wärmepumpe
3. Gebäudesanierung
4. Städtische Wärme-/ Kältenetze
ERSATZ bisher
von Fossiler Heizung mit fossiler Heizung
M. Neukom Vortrag ebw
24.9.2020, Winterthur

Mein Beitrag zur Energiewende
von Arturo Bänziger EU SoE Absolvent 2022
https://impact.zhaw.ch/de/artikel/mein-beitrag-zur-energiewende

Wärmepumpen Entwicklung für Mehrfamilienhäuser
ZHAW Bachelorarbeit mit zukünftigen Arbeitgeber
Fuchs/Diem
Bachelorarbeit 2021
Wärmepumpe für
Mehrfamilienhäuser,
Industriepartner Heim AG
heute entwickelt Herr
Fuchs grosse Wärme-
pumpen bei der Heim AG

Sie bauen ihr eigenes Solarmodul
Schwerpunktmodul: Photovoltaik Technologie 2023 : Hartmut Nussbaumer, Markus Klenk, Roger Hiltebrand

Bachelorstudium am Tech in Winti
ENERGIE und UMWELTTECHNIK
mit 3 Schwerpunkten
Neben 4 Schwerpunktmodulen wählen Sie aus den anderen beiden Schwerpunkten 4 Wahlpflichtmodule aus, wobei aus jedem
Schwerpunkt mindestens ein Modul belegt werden muss. Zusätzlich steht das Modul Smart Grid zur Auswahl.

Strompreise in der Schweiz 2010 bis 2024
Slide 55
.
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
0
10
20
30
40
50
60
2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024
PV
Modul
Anteil
Kraftwerk
Rp/kWh
Haushalt EW H4
PV Vergütung KEF EFH
PV total 10 kW
Modul/PVPlant
F. Baumgartner
www.zhaw.ch/=bauf , 2024-05-06
Ref: BFE, Elcom, IEA PVPS T1, ITRPV

Franz Baumgartner, 08.05.2024; www.zhaw.ch/=bauf/ 57
2012-09-27; Frankfurt, EUPVSEC Plenary Talk, 5DP.3.2 P. Korba, F. Baumgartner, B. Voellmin, A.P. Manunatha, ZHAW, EKZ, ABB;
www.zhaw.ch/~bauf
www.zhaw.ch/~bauf
LASSEN WIR DIE
SONNE AUFGEHEN
UND NICHT UNTERGEHEN
Danke für ihre Aufmerksamkeit
Franz Baumgartner

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