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Zürcher Fachhochschule; Franz Baumgartner, www.zhaw.ch/~bauf ; Vortrag ZHAW, Winterthur am 26. Okt 2016
Solarstrom intelligent verheizen
Inhalt
1. Klima- und Energieprobleme
2. Solarmärkte : PV versus ST
3. Wirkungsgrad: PV+WP versus ST
4. Kombinationen von PV und WP
5. PV + WP Wand
6. Trends
Swiss PV Wall System (SPWS)
Franz Baumgartner
ZHAW, IEFE, Winterthur; www.zhaw.ch/~bauf
1
Zürcher Fachhochschule; Franz Baumgartner, www.zhaw.ch/~bauf ; Vortrag ZHAW, Winterthur am 26. Okt 2016
Fossile Wärme gibt zu denken!
GELD UMWELT ZUKUNFT
Bergbauriese muss
Fracking-Milliarden
abschreiben
SPIEGEL ONLINE -
15.01.2016 Zwanzig Milliarden
Dollar hat der weltgrößte
Bergbau-konzern BHP Billiton
ins US-Geschäft mit Schiefer-
gas und -öl gesteckt. Nun
schreibt er rund ein Drittel
davon ab: Der Ölpreis-verfall
macht die Förderung durch
das umstrittene Fracking
unrentabel.
Zürcher Fachhochschule; Franz Baumgartner, www.zhaw.ch/~bauf ; Vortrag ZHAW, Winterthur am 26. Okt 2016
Oberflächen Temperatur +1 °C / 66a
Nordhalbkugel im Sommer
3
James Hansen and Makiko Sato; Environ. Res. Lett. 11 (2016) 034009
Figure 1. Frequency of occurrence of local temperature anomalies (relative to 1951–1980 mean) divided by local standard deviation (horizontal axis) for land areas
shown on map. Area under each curve is unity. Numbers above the maps are percent of the globe covered by the selected region. ‘Shift’ and ‘width’ refer to the
dashed curve fit to 2005–2015 data and are relative to the 1951–1980 base period.
°C
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Das Volk hat zu entscheiden und zu zahlen
2011-03-12
4
4. Sept 2013
Schweizerischen
Bundesrates
13.074 Botschaft
Energiestrategie 2050
Ausstieg Kernkraft
Tagesanzeiger, 6.9.2012
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IEFE
BFE, Bern, Sektionschef, Frank Rutschmann; Dez. 2012, Zürich
KKW
OFF ?
kommtGAS???
PV
11TWh
ca. 20%
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IEFEReduktion Endenergieverbrauch CH
nach Bundesrat 2013
Schweizerischen Bundesrates 4. Sept 2013, Botschaft, Energiestrategie 2050; Seite 84
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Weniger fossile Wärme bis 2050 - BRD
http://www.bmwi.de/BMWi/Redaktion/PDF/Publikationen/entwicklung-der-energiemaerkte-energiereferenzprognose-endbericht,property=pdf,bereich=bmwi2012,sprache=de,rwb=true.pdf
7
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Thermische Kollektoren Bestand
EU28 in 2015 – pro Einwohner 0.1m2
8
in m2 Flat: 2 365 644 Vaccum : 223 305 Unglazed 69 806 Toal :2 658 755m2; equivalent power 1 861 MWth
SOLAR THERMAL BAROMETER – EUROBSERV’ER – MAY 2016; http://www.eurobserv-er.org/
8% Anteil
Vakuum Kol.
89% Anteil
Flach Kol.
Markt
ca. -10%/a
seit 2009
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Photovoltaik Module Bestand
EU28 in 2015 – pro Einwohner 0.1m2
9
100.5 TWh Photovoltaic electricity generated in the EU in 2015
PHOTOVOLTAIC BAROMETER – EUROBSERV’ER – April 2016; http://www.eurobserv-er.org/
Markt +3%/a von 2014 auf 2015 (World +25%)
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Entwicklung Solarmärkte Schweiz
Solarthermie Photovoltaik
10
BFE Markterhebung Sonnenenergie 2015, erschienen Juni 2016; http://www.swissolar.ch/fileadmin/user_upload/Markterhebung/Marktumfrage_2015_def.pdf
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PV Weltweite Preisenkung durch Industrie
Cumulated installed world market of solar cells
Gøran Bye, Bruno Ceccaroli
“Solar grade silicon;”
Journal of Solar Energy Materials
& Solar Cells , 2014
1$ /W
150mm
11
in 40 Jahren
von 50$/Wp
auf
0.5$/Wp
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Dürfen wir auch Strom selbst machen?
ZENTRAL DEZENTRAL
12
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IEFELiechtenstein baut erfolgreich zu
PV + Wärmepumpe
«2016 wurden in Liechtenstein zirka 500 kWh Strom pro Einwohner mit Solarzellen erzeugt»
F. Baumgartner, electrosuisse Bulletin 8 / 2016, Seite 37
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Was heisst “SMART HOME”
Eckdaten vom Eigentümer:
1985 Baujahr, Einfamilienhaus,
Heizung monovalente Erdwärmesonden,
s. -Studie auf der BFE-homepage
2008 Wärmepumpe mit Scroll-Komp.
2012 Warmwasser über Wärmepumpe
und Erdwärmesonden
2014 PV-Solaranlage 16,4 kWp,
2015 vollelektr. E-Car
(mit eigener "Tankstelle")
Verbrauch Heizung, WW,
Haushalt 7000kWh Strom
Erzeugung PV Plan 17.000kWh jährlich
(seit 19.05. aktuell 11.500 kWh)
= 243%-PEB-EFH
Untersiggenthal/AG
www.staerk-erdwaerme.ch
Mehr elektrische Selbstständigkeit in allen Lebenslagen
Solar Wärme WW/HMuKEn 150m2
14
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Solarstrom in Wärme?
Solares Warmwasser: 2 Lösungen
Ref: Swiss Federal Office of Energy (SFOE); Solarwärme und Photovoltaik – ein Technologievergleich, 25. Feb 2015,
http://www.news.admin.ch/NSBSubscriber/message/attachments/38426.pdf
17% theo
588% theo
Heat Storage
Standard Technical Efficiency of Solar Input to Thermal Output
Solar thermal: 30% to 60% Photovoltaic + HP: 24% to 64%
Collector = 50% = 16%PV*3.1HP,COP = 50%
COP
coefficient
of
performance
15
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Grober Kostenvergleich
PV WP versus Erdgas
PV: 18 Rp/kWhe
Leistungszahl 3
18/3= 6 Rp/kWht
16
Typ II: Einfamilienhaus, durchschnittlicher Jahresverbrauch
von 20'000 kWh, Heizung mit Warmwasser, Kesselleistung
12 kW (Preis inkl. CO2 Abgabe ohne MWStr.)
http://gaspreise.preisueberwacher.ch/web/index.asp?z=4
Wärme aus ERDGAS
8.4 Rp/kWh
Wärme aus PV+WP
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PV on the Roof + Heat Pump = Hot Water
PV
Heat Pump
500 Wel
Hot Water
Tank
300 l
Hardwarecostsabout2000€
withoutinstallation
• No hot water on the roof needed
• Lower installation costs
• Very high reliability
• Increasing PV self-consumption
17
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Kosten Solarthermie
Warmwasser auf dem Dach CH
Kantone
2012
PhotovoltaicSolar-thermal
Costs
2013
Incentive
2013
Ref: Swiss Federal Office of Energy (SFOE); Solarwärme und Photovoltaik – ein Technologievergleich , 25. Feb 2015,
http://www.news.admin.ch/NSBSubscriber/message/attachments/38426.pdf 18
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Solar-thermal - Labour Cost Share 2014
Schlussfolgerung: Reduktion der Arbeitskosten zwingend!
Ref: M. Müller et al., “Preise und Kosten thermischer Solaranlagen“, Ernst Balser + Partner, Zollikon, Schweiz, 4. Nov. 2014;
www.ebp.ch/files/pdf/20141104_preisanalyse_solarwaerme.pdf
About 50 hours to install a single house solar-thermal system
Gesamtkosten Kostenanteil Arbeitskosten
19
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Invertergesteuerte Wärmepumpe Dach PV
• 300l Tank
• WP invertergesteuert,
keine Zeitschaltung
• 5 kWp 30° Süd
• 50°C
Speichertemperatur
normal, 60°C wenn
invertergesteuert
• 3500 kWh
Hausverbrauch
• 200l @ 50°C pro Tag (4-
Personen EFH)
• 4'630.5 kWh
• 36.7%
Simulation ausgeführt von Raphael Knecht, IEFE mit Polysun; www.velasolaris.com/ free version www.polysunonline.com
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Monatsbilanzen: PV + WP für WW
21
Simulation ausgeführt von Raphael Knecht, IEFE mit Polysun; www.velasolaris.com/
Zürcher Fachhochschule; Franz Baumgartner, www.zhaw.ch/~bauf ; Vortrag ZHAW, Winterthur am 26. Okt 2016
Boiler Steuerung mit PV Inverter
22
Simulation ausgeführt von Raphael Knecht, IEFE mit Polysun; www.velasolaris.com/
Zürcher Fachhochschule; Franz Baumgartner, www.zhaw.ch/~bauf ; Vortrag ZHAW, Winterthur am 26. Okt 2016
Standard WP mit Nachtstrom
Normalerweise läuft die Wärmepumpe in der Nacht
Leistung(kW)
10
5
0
Zeit
7. Mai 8. Mai
Wärmepumpe
Polysun Simulation zur Verfügung gestellt von A. Witzig, ZHAW; am 21.10.2016
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Wärmpumpe gespeist von Solarstrom
Lastverschiebung: Wärmepumpe dann laufen lassen, wenn es PV-Strom gibt
Leistung(kW)
10
5
0
8. Mai
Wärmepumpe
mit Lastverschiebung
7. Mai
Erkenntnis 1: Nicht nur die Energien anschauen,
auch die Leistungen müssen passen!
Erkenntnis 2: Je genauer man simuliert, desto
kleiner wird der Eigenverbrauchsanteil…
Polysun Simulation zur Verfügung gestellt von A. Witzig, ZHAW; am 21.10.2016
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WP steigert den Eigenverbrauchsteil
1. Typisch 30% Solarstromnutzung für einen 5000kWh/a Haushalt, wenn
eine 5kW Solaranalge gesamthaft 100% Jahrestromverbrauch erzeugt.
2. Wird Solarstrom zusätzlich zur Wärmenutzung eingesetzt, kann der
Eigennutzungsanteil weit über 30% steigen.
.
Andere Weblösungen zur Analyse
des Eigenstromanteils siehe unter
http://www.solar-
toolbox.ch/simulation/
T. Tjaden; IKZ-HAUSTECHNIK 13/2014;
http://pvspeicher.htw-berlin.de
4
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26
PV-Eigenverbrauch
Polysun Rechenalgorithmen
in Sunny Design des Herstellers SMA
Polysun Simulation zur Verfügung gestellt von A. Witzig, ZHAW; am 21.10.2016
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Simulations-Tools bieten unterschiedliche
Elektrische Verbraucher Gruppen an
Polysun Simulation zur Verfügung gestellt von A. Witzig, ZHAW; am 21.10.2016
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Wege zum energieautarken Haus
wird Mainstream
Solar - Haushalt 2030
• Momentane
Stromnutzung
• Eigennutzung Wärme
• Stationäre
Batterie/EV/Netz
Momentane
Eigennutzu
ng
Strom in
Wärme
Eigennutzu
ngBatterie
EV
PV Stromnutzung
Solar - Haushalt 2020
• Momentane
Stromnutzung
• Eigennutzung Wärme
• Netzrückspeisung
PV Stromnutzung
Momentane
Eigennutzung
Strom in Wärme
Eigennutzung
Netzeinspeisun
g
• Netzanschluss für 400 CHF / Flatrate
Winter+Notstrom für 200 CHF ?
6
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ZHAW Bachelorarbeit 2015
Autonome Solarstromwand
Daniel Lantschner, Raphael Knecht
Betreuer: Prof. Dr. Franz Baumgartner, ZHAW, SoE, IEFE
Winterthur 9. Juli 2015, www.zhaw.ch/~bauf
www.myblueplanet.ch
https://www.facebook.com/Fanpage.myblueplanet/photos/
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Vom Konzept zum Prototype
Reduktion
Arbeitskosten
durch
Vorfertigung
in der Fabrik
nicht
auf der Bau-
stelle
1kW PV
STO Art Inlay
12 x 85Wp CIS
Output e-
3.6 m
2.4 m
30
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Data sheet of the SPWS prototype
Slide 31
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Simulation: Solarstrom auch im Winter
32
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Coupling of electrical and thermal systems
33
Zürcher Fachhochschule; Franz Baumgartner, www.zhaw.ch/~bauf ; Vortrag ZHAW, Winterthur am 26. Okt 2016
Simulation - Setup
Slide 34
Polysun www.velasolaris.com
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Energy Flow of SPWS
Result:
53% PV Production of Hot Water
35
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Messresultate: + 33°C / 300 Liter WW
36
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Production costs of SPWS
Component Amount Cost
PV facade and inverter 1 kWp CHF 3000.-
water tank and heat pump 300 liters CHF 2650.-
installation and material CHF 3000.-
total investment cost CHF 8650.-
electrical yield 681 kWh/p.a.
usable yield (60 %) 409 kWh/p.a.
excess yield (40 %) 272 kWh/p.a. CHF -81.-
power from grid 105 kWh/p.a. CHF 32.-
total power for heat 514 kWh/p.a.
average COP heat pump 3.7
system heat yield 1900 kWh/p.a.
years of operation 20 years
total system yield 38’000 kWh
total excess power 5440 kWh CHF -1620.-
total power from grid 2100 kWh CHF 630.-
exchange inverter after 10 years
of operation
CHF 500.-
total CHF 8160.-
Thermal production costs 0.215 CHF/kWh_thermal
37
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Anwendungsmöglichkeiten PV –WP Wand
• Vorgefertigte Wandelemente
• Für Ein- und Mehrfamilien H.
• Vorfassade - Renovation
38
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Wärmepumpe versus Widerstandsheizer
als Warmwasserquelle
39
Anteil
Eigennutzung
der PV
Erzeugung
hoch
Gesamt
Strom-
verbrauch
niedrig
Investitions-
summe
klein
Annahmen: Boiler u. WP von PV Inverter gesteuert
• 5 kWp 30° Süd Dachanlage Standard
• 3500 kWh Hausstromverbrauch
• WW 200l @ 50°C pro Tag (4-Personen EFH)
Boiler
44%
7'299 kWh
gering
WP
37 %
4‘631 kWh
hoch
Simulation Polysun;
www.velasolaris.com/
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Zusammenfassung:
Wie Verantwortung übernehmen?
1) Verantwortlich HEIZEN
2) Verantwortlich DUSCHEN
3) Verantwortlich FAHREN
Wer kann sich das nicht leisten?
Es kostet nicht mehr wie heute SMART zu telefonieren!
kWh/d
elektr.
SFr/d
4 1.2
2 0.6
7 1.4
13 3.0
30kWh/m2*150m2/3/365=4
20kWh/100km*35km
2 Personen je 20 Liter WW
40
Zürcher Fachhochschule; Franz Baumgartner, www.zhaw.ch/~bauf ; Vortrag ZHAW, Winterthur am 26. Okt 2016
Auszug aus dem Tagesprogramm:
https://www.electrosuisse.ch/de/verband/fachwissen/fachtagungen.html
PV und Wärmepumpe – ein ideales Gespann
Martin Kleimaier, Task Force Leiter beim VDE / ETG, Essen, Deutschland
Fördermodelle auf dem Prüfstand
Marcel Knöri, Stv. Abteilungsleiter Amt für Energie Kanton St. Gallen
Solarthermie und Photovoltaik in Kooperation statt in Konkurrenz
Beat Kämpfen, Geschäftsleiter Kämpfen für Architektur
Vision wird Realität – das Energieautarke Mehrfamilienhaus
Roger Balmer, Geschäftsführer Pro-Energie GmbH
Eisspeicher, Wärmepumpe und PV – ein unschlagbares Team
Martin Rauen, Leiter Viessmann Akademie, Viessmann Schweiz AG
PV to Heat hilft dem Ausbau der Photovoltaik in der Schweiz
Wieland Hintz, Fachspezialist erneuerbare Energien Bundesamt für Energie
Schweizer Solarpreis 2016
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Danke für Ihre Aufmerksamkeit
• Seit 1988 in der Forschung u Entwicklung Photovoltaik an
Hochschulen in Deutschland und der Schweiz
Mandate / Beratungsgremien
• Bundesamt für Energie Direktorium, Bern
• Energiekommission Liechtenstein, Frauenfeld, Feldk.
• Forschungs- Förderung Fond, Wien
• Wiss. Beirat, Smart Grid Solar Bayern
• AEE Agentur für Erneuerbare Energie, Bern
• Erneuerbare Energie der ETG der Electro Suisse
• Scientific Committee European Photovoltaic Conf.
42
Meine Energie-Aktivitäten
Dokumentation siehe zum Downlaod
https://home.zhaw.ch/~bauf/

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Solarstrom intelligent verheizen

  • 1. Zürcher Fachhochschule; Franz Baumgartner, www.zhaw.ch/~bauf ; Vortrag ZHAW, Winterthur am 26. Okt 2016 Solarstrom intelligent verheizen Inhalt 1. Klima- und Energieprobleme 2. Solarmärkte : PV versus ST 3. Wirkungsgrad: PV+WP versus ST 4. Kombinationen von PV und WP 5. PV + WP Wand 6. Trends Swiss PV Wall System (SPWS) Franz Baumgartner ZHAW, IEFE, Winterthur; www.zhaw.ch/~bauf 1
  • 2. Zürcher Fachhochschule; Franz Baumgartner, www.zhaw.ch/~bauf ; Vortrag ZHAW, Winterthur am 26. Okt 2016 Fossile Wärme gibt zu denken! GELD UMWELT ZUKUNFT Bergbauriese muss Fracking-Milliarden abschreiben SPIEGEL ONLINE - 15.01.2016 Zwanzig Milliarden Dollar hat der weltgrößte Bergbau-konzern BHP Billiton ins US-Geschäft mit Schiefer- gas und -öl gesteckt. Nun schreibt er rund ein Drittel davon ab: Der Ölpreis-verfall macht die Förderung durch das umstrittene Fracking unrentabel.
  • 3. Zürcher Fachhochschule; Franz Baumgartner, www.zhaw.ch/~bauf ; Vortrag ZHAW, Winterthur am 26. Okt 2016 Oberflächen Temperatur +1 °C / 66a Nordhalbkugel im Sommer 3 James Hansen and Makiko Sato; Environ. Res. Lett. 11 (2016) 034009 Figure 1. Frequency of occurrence of local temperature anomalies (relative to 1951–1980 mean) divided by local standard deviation (horizontal axis) for land areas shown on map. Area under each curve is unity. Numbers above the maps are percent of the globe covered by the selected region. ‘Shift’ and ‘width’ refer to the dashed curve fit to 2005–2015 data and are relative to the 1951–1980 base period. °C
  • 4. Zürcher Fachhochschule; Franz Baumgartner, www.zhaw.ch/~bauf ; Vortrag ZHAW, Winterthur am 26. Okt 2016 Das Volk hat zu entscheiden und zu zahlen 2011-03-12 4 4. Sept 2013 Schweizerischen Bundesrates 13.074 Botschaft Energiestrategie 2050 Ausstieg Kernkraft Tagesanzeiger, 6.9.2012
  • 5. Zürcher Fachhochschule; Franz Baumgartner, www.zhaw.ch/~bauf ; Vortrag ZHAW, Winterthur am 26. Okt 2016 IEFE BFE, Bern, Sektionschef, Frank Rutschmann; Dez. 2012, Zürich KKW OFF ? kommtGAS??? PV 11TWh ca. 20%
  • 6. Zürcher Fachhochschule; Franz Baumgartner, www.zhaw.ch/~bauf ; Vortrag ZHAW, Winterthur am 26. Okt 2016 IEFEReduktion Endenergieverbrauch CH nach Bundesrat 2013 Schweizerischen Bundesrates 4. Sept 2013, Botschaft, Energiestrategie 2050; Seite 84
  • 7. Zürcher Fachhochschule; Franz Baumgartner, www.zhaw.ch/~bauf ; Vortrag ZHAW, Winterthur am 26. Okt 2016 Weniger fossile Wärme bis 2050 - BRD http://www.bmwi.de/BMWi/Redaktion/PDF/Publikationen/entwicklung-der-energiemaerkte-energiereferenzprognose-endbericht,property=pdf,bereich=bmwi2012,sprache=de,rwb=true.pdf 7
  • 8. Zürcher Fachhochschule; Franz Baumgartner, www.zhaw.ch/~bauf ; Vortrag ZHAW, Winterthur am 26. Okt 2016 Thermische Kollektoren Bestand EU28 in 2015 – pro Einwohner 0.1m2 8 in m2 Flat: 2 365 644 Vaccum : 223 305 Unglazed 69 806 Toal :2 658 755m2; equivalent power 1 861 MWth SOLAR THERMAL BAROMETER – EUROBSERV’ER – MAY 2016; http://www.eurobserv-er.org/ 8% Anteil Vakuum Kol. 89% Anteil Flach Kol. Markt ca. -10%/a seit 2009
  • 9. Zürcher Fachhochschule; Franz Baumgartner, www.zhaw.ch/~bauf ; Vortrag ZHAW, Winterthur am 26. Okt 2016 Photovoltaik Module Bestand EU28 in 2015 – pro Einwohner 0.1m2 9 100.5 TWh Photovoltaic electricity generated in the EU in 2015 PHOTOVOLTAIC BAROMETER – EUROBSERV’ER – April 2016; http://www.eurobserv-er.org/ Markt +3%/a von 2014 auf 2015 (World +25%)
  • 10. Zürcher Fachhochschule; Franz Baumgartner, www.zhaw.ch/~bauf ; Vortrag ZHAW, Winterthur am 26. Okt 2016 Entwicklung Solarmärkte Schweiz Solarthermie Photovoltaik 10 BFE Markterhebung Sonnenenergie 2015, erschienen Juni 2016; http://www.swissolar.ch/fileadmin/user_upload/Markterhebung/Marktumfrage_2015_def.pdf
  • 11. Zürcher Fachhochschule; Franz Baumgartner, www.zhaw.ch/~bauf ; Vortrag ZHAW, Winterthur am 26. Okt 2016 PV Weltweite Preisenkung durch Industrie Cumulated installed world market of solar cells Gøran Bye, Bruno Ceccaroli “Solar grade silicon;” Journal of Solar Energy Materials & Solar Cells , 2014 1$ /W 150mm 11 in 40 Jahren von 50$/Wp auf 0.5$/Wp
  • 12. Zürcher Fachhochschule; Franz Baumgartner, www.zhaw.ch/~bauf ; Vortrag ZHAW, Winterthur am 26. Okt 2016 Dürfen wir auch Strom selbst machen? ZENTRAL DEZENTRAL 12
  • 13. Zürcher Fachhochschule; Franz Baumgartner, www.zhaw.ch/~bauf ; Vortrag ZHAW, Winterthur am 26. Okt 2016 IEFELiechtenstein baut erfolgreich zu PV + Wärmepumpe «2016 wurden in Liechtenstein zirka 500 kWh Strom pro Einwohner mit Solarzellen erzeugt» F. Baumgartner, electrosuisse Bulletin 8 / 2016, Seite 37
  • 14. Zürcher Fachhochschule; Franz Baumgartner, www.zhaw.ch/~bauf ; Vortrag ZHAW, Winterthur am 26. Okt 2016 Was heisst “SMART HOME” Eckdaten vom Eigentümer: 1985 Baujahr, Einfamilienhaus, Heizung monovalente Erdwärmesonden, s. -Studie auf der BFE-homepage 2008 Wärmepumpe mit Scroll-Komp. 2012 Warmwasser über Wärmepumpe und Erdwärmesonden 2014 PV-Solaranlage 16,4 kWp, 2015 vollelektr. E-Car (mit eigener "Tankstelle") Verbrauch Heizung, WW, Haushalt 7000kWh Strom Erzeugung PV Plan 17.000kWh jährlich (seit 19.05. aktuell 11.500 kWh) = 243%-PEB-EFH Untersiggenthal/AG www.staerk-erdwaerme.ch Mehr elektrische Selbstständigkeit in allen Lebenslagen Solar Wärme WW/HMuKEn 150m2 14
  • 15. Zürcher Fachhochschule; Franz Baumgartner, www.zhaw.ch/~bauf ; Vortrag ZHAW, Winterthur am 26. Okt 2016 Solarstrom in Wärme? Solares Warmwasser: 2 Lösungen Ref: Swiss Federal Office of Energy (SFOE); Solarwärme und Photovoltaik – ein Technologievergleich, 25. Feb 2015, http://www.news.admin.ch/NSBSubscriber/message/attachments/38426.pdf 17% theo 588% theo Heat Storage Standard Technical Efficiency of Solar Input to Thermal Output Solar thermal: 30% to 60% Photovoltaic + HP: 24% to 64% Collector = 50% = 16%PV*3.1HP,COP = 50% COP coefficient of performance 15
  • 16. Zürcher Fachhochschule; Franz Baumgartner, www.zhaw.ch/~bauf ; Vortrag ZHAW, Winterthur am 26. Okt 2016 Grober Kostenvergleich PV WP versus Erdgas PV: 18 Rp/kWhe Leistungszahl 3 18/3= 6 Rp/kWht 16 Typ II: Einfamilienhaus, durchschnittlicher Jahresverbrauch von 20'000 kWh, Heizung mit Warmwasser, Kesselleistung 12 kW (Preis inkl. CO2 Abgabe ohne MWStr.) http://gaspreise.preisueberwacher.ch/web/index.asp?z=4 Wärme aus ERDGAS 8.4 Rp/kWh Wärme aus PV+WP
  • 17. Zürcher Fachhochschule; Franz Baumgartner, www.zhaw.ch/~bauf ; Vortrag ZHAW, Winterthur am 26. Okt 2016 PV on the Roof + Heat Pump = Hot Water PV Heat Pump 500 Wel Hot Water Tank 300 l Hardwarecostsabout2000€ withoutinstallation • No hot water on the roof needed • Lower installation costs • Very high reliability • Increasing PV self-consumption 17
  • 18. Zürcher Fachhochschule; Franz Baumgartner, www.zhaw.ch/~bauf ; Vortrag ZHAW, Winterthur am 26. Okt 2016 Kosten Solarthermie Warmwasser auf dem Dach CH Kantone 2012 PhotovoltaicSolar-thermal Costs 2013 Incentive 2013 Ref: Swiss Federal Office of Energy (SFOE); Solarwärme und Photovoltaik – ein Technologievergleich , 25. Feb 2015, http://www.news.admin.ch/NSBSubscriber/message/attachments/38426.pdf 18
  • 19. Zürcher Fachhochschule; Franz Baumgartner, www.zhaw.ch/~bauf ; Vortrag ZHAW, Winterthur am 26. Okt 2016 Solar-thermal - Labour Cost Share 2014 Schlussfolgerung: Reduktion der Arbeitskosten zwingend! Ref: M. Müller et al., “Preise und Kosten thermischer Solaranlagen“, Ernst Balser + Partner, Zollikon, Schweiz, 4. Nov. 2014; www.ebp.ch/files/pdf/20141104_preisanalyse_solarwaerme.pdf About 50 hours to install a single house solar-thermal system Gesamtkosten Kostenanteil Arbeitskosten 19
  • 20. Zürcher Fachhochschule; Franz Baumgartner, www.zhaw.ch/~bauf ; Vortrag ZHAW, Winterthur am 26. Okt 2016 Invertergesteuerte Wärmepumpe Dach PV • 300l Tank • WP invertergesteuert, keine Zeitschaltung • 5 kWp 30° Süd • 50°C Speichertemperatur normal, 60°C wenn invertergesteuert • 3500 kWh Hausverbrauch • 200l @ 50°C pro Tag (4- Personen EFH) • 4'630.5 kWh • 36.7% Simulation ausgeführt von Raphael Knecht, IEFE mit Polysun; www.velasolaris.com/ free version www.polysunonline.com
  • 21. Zürcher Fachhochschule; Franz Baumgartner, www.zhaw.ch/~bauf ; Vortrag ZHAW, Winterthur am 26. Okt 2016 Monatsbilanzen: PV + WP für WW 21 Simulation ausgeführt von Raphael Knecht, IEFE mit Polysun; www.velasolaris.com/
  • 22. Zürcher Fachhochschule; Franz Baumgartner, www.zhaw.ch/~bauf ; Vortrag ZHAW, Winterthur am 26. Okt 2016 Boiler Steuerung mit PV Inverter 22 Simulation ausgeführt von Raphael Knecht, IEFE mit Polysun; www.velasolaris.com/
  • 23. Zürcher Fachhochschule; Franz Baumgartner, www.zhaw.ch/~bauf ; Vortrag ZHAW, Winterthur am 26. Okt 2016 Standard WP mit Nachtstrom Normalerweise läuft die Wärmepumpe in der Nacht Leistung(kW) 10 5 0 Zeit 7. Mai 8. Mai Wärmepumpe Polysun Simulation zur Verfügung gestellt von A. Witzig, ZHAW; am 21.10.2016
  • 24. Zürcher Fachhochschule; Franz Baumgartner, www.zhaw.ch/~bauf ; Vortrag ZHAW, Winterthur am 26. Okt 2016 Wärmpumpe gespeist von Solarstrom Lastverschiebung: Wärmepumpe dann laufen lassen, wenn es PV-Strom gibt Leistung(kW) 10 5 0 8. Mai Wärmepumpe mit Lastverschiebung 7. Mai Erkenntnis 1: Nicht nur die Energien anschauen, auch die Leistungen müssen passen! Erkenntnis 2: Je genauer man simuliert, desto kleiner wird der Eigenverbrauchsanteil… Polysun Simulation zur Verfügung gestellt von A. Witzig, ZHAW; am 21.10.2016
  • 25. Zürcher Fachhochschule; Franz Baumgartner, www.zhaw.ch/~bauf ; Vortrag ZHAW, Winterthur am 26. Okt 2016 WP steigert den Eigenverbrauchsteil 1. Typisch 30% Solarstromnutzung für einen 5000kWh/a Haushalt, wenn eine 5kW Solaranalge gesamthaft 100% Jahrestromverbrauch erzeugt. 2. Wird Solarstrom zusätzlich zur Wärmenutzung eingesetzt, kann der Eigennutzungsanteil weit über 30% steigen. . Andere Weblösungen zur Analyse des Eigenstromanteils siehe unter http://www.solar- toolbox.ch/simulation/ T. Tjaden; IKZ-HAUSTECHNIK 13/2014; http://pvspeicher.htw-berlin.de 4
  • 26. Zürcher Fachhochschule; Franz Baumgartner, www.zhaw.ch/~bauf ; Vortrag ZHAW, Winterthur am 26. Okt 2016 26 PV-Eigenverbrauch Polysun Rechenalgorithmen in Sunny Design des Herstellers SMA Polysun Simulation zur Verfügung gestellt von A. Witzig, ZHAW; am 21.10.2016
  • 27. Zürcher Fachhochschule; Franz Baumgartner, www.zhaw.ch/~bauf ; Vortrag ZHAW, Winterthur am 26. Okt 2016 Simulations-Tools bieten unterschiedliche Elektrische Verbraucher Gruppen an Polysun Simulation zur Verfügung gestellt von A. Witzig, ZHAW; am 21.10.2016
  • 28. Zürcher Fachhochschule; Franz Baumgartner, www.zhaw.ch/~bauf ; Vortrag ZHAW, Winterthur am 26. Okt 2016 Wege zum energieautarken Haus wird Mainstream Solar - Haushalt 2030 • Momentane Stromnutzung • Eigennutzung Wärme • Stationäre Batterie/EV/Netz Momentane Eigennutzu ng Strom in Wärme Eigennutzu ngBatterie EV PV Stromnutzung Solar - Haushalt 2020 • Momentane Stromnutzung • Eigennutzung Wärme • Netzrückspeisung PV Stromnutzung Momentane Eigennutzung Strom in Wärme Eigennutzung Netzeinspeisun g • Netzanschluss für 400 CHF / Flatrate Winter+Notstrom für 200 CHF ? 6
  • 29. Zürcher Fachhochschule; Franz Baumgartner, www.zhaw.ch/~bauf ; Vortrag ZHAW, Winterthur am 26. Okt 2016 ZHAW Bachelorarbeit 2015 Autonome Solarstromwand Daniel Lantschner, Raphael Knecht Betreuer: Prof. Dr. Franz Baumgartner, ZHAW, SoE, IEFE Winterthur 9. Juli 2015, www.zhaw.ch/~bauf www.myblueplanet.ch https://www.facebook.com/Fanpage.myblueplanet/photos/
  • 30. Zürcher Fachhochschule; Franz Baumgartner, www.zhaw.ch/~bauf ; Vortrag ZHAW, Winterthur am 26. Okt 2016 Vom Konzept zum Prototype Reduktion Arbeitskosten durch Vorfertigung in der Fabrik nicht auf der Bau- stelle 1kW PV STO Art Inlay 12 x 85Wp CIS Output e- 3.6 m 2.4 m 30
  • 31. Zürcher Fachhochschule; Franz Baumgartner, www.zhaw.ch/~bauf ; Vortrag ZHAW, Winterthur am 26. Okt 2016 Data sheet of the SPWS prototype Slide 31
  • 32. Zürcher Fachhochschule; Franz Baumgartner, www.zhaw.ch/~bauf ; Vortrag ZHAW, Winterthur am 26. Okt 2016 Simulation: Solarstrom auch im Winter 32
  • 33. Zürcher Fachhochschule; Franz Baumgartner, www.zhaw.ch/~bauf ; Vortrag ZHAW, Winterthur am 26. Okt 2016 Coupling of electrical and thermal systems 33
  • 34. Zürcher Fachhochschule; Franz Baumgartner, www.zhaw.ch/~bauf ; Vortrag ZHAW, Winterthur am 26. Okt 2016 Simulation - Setup Slide 34 Polysun www.velasolaris.com
  • 35. Zürcher Fachhochschule; Franz Baumgartner, www.zhaw.ch/~bauf ; Vortrag ZHAW, Winterthur am 26. Okt 2016 Energy Flow of SPWS Result: 53% PV Production of Hot Water 35
  • 36. Zürcher Fachhochschule; Franz Baumgartner, www.zhaw.ch/~bauf ; Vortrag ZHAW, Winterthur am 26. Okt 2016 Messresultate: + 33°C / 300 Liter WW 36
  • 37. Zürcher Fachhochschule; Franz Baumgartner, www.zhaw.ch/~bauf ; Vortrag ZHAW, Winterthur am 26. Okt 2016 Production costs of SPWS Component Amount Cost PV facade and inverter 1 kWp CHF 3000.- water tank and heat pump 300 liters CHF 2650.- installation and material CHF 3000.- total investment cost CHF 8650.- electrical yield 681 kWh/p.a. usable yield (60 %) 409 kWh/p.a. excess yield (40 %) 272 kWh/p.a. CHF -81.- power from grid 105 kWh/p.a. CHF 32.- total power for heat 514 kWh/p.a. average COP heat pump 3.7 system heat yield 1900 kWh/p.a. years of operation 20 years total system yield 38’000 kWh total excess power 5440 kWh CHF -1620.- total power from grid 2100 kWh CHF 630.- exchange inverter after 10 years of operation CHF 500.- total CHF 8160.- Thermal production costs 0.215 CHF/kWh_thermal 37
  • 38. Zürcher Fachhochschule; Franz Baumgartner, www.zhaw.ch/~bauf ; Vortrag ZHAW, Winterthur am 26. Okt 2016 Anwendungsmöglichkeiten PV –WP Wand • Vorgefertigte Wandelemente • Für Ein- und Mehrfamilien H. • Vorfassade - Renovation 38
  • 39. Zürcher Fachhochschule; Franz Baumgartner, www.zhaw.ch/~bauf ; Vortrag ZHAW, Winterthur am 26. Okt 2016 Wärmepumpe versus Widerstandsheizer als Warmwasserquelle 39 Anteil Eigennutzung der PV Erzeugung hoch Gesamt Strom- verbrauch niedrig Investitions- summe klein Annahmen: Boiler u. WP von PV Inverter gesteuert • 5 kWp 30° Süd Dachanlage Standard • 3500 kWh Hausstromverbrauch • WW 200l @ 50°C pro Tag (4-Personen EFH) Boiler 44% 7'299 kWh gering WP 37 % 4‘631 kWh hoch Simulation Polysun; www.velasolaris.com/
  • 40. Zürcher Fachhochschule; Franz Baumgartner, www.zhaw.ch/~bauf ; Vortrag ZHAW, Winterthur am 26. Okt 2016 Zusammenfassung: Wie Verantwortung übernehmen? 1) Verantwortlich HEIZEN 2) Verantwortlich DUSCHEN 3) Verantwortlich FAHREN Wer kann sich das nicht leisten? Es kostet nicht mehr wie heute SMART zu telefonieren! kWh/d elektr. SFr/d 4 1.2 2 0.6 7 1.4 13 3.0 30kWh/m2*150m2/3/365=4 20kWh/100km*35km 2 Personen je 20 Liter WW 40
  • 41. Zürcher Fachhochschule; Franz Baumgartner, www.zhaw.ch/~bauf ; Vortrag ZHAW, Winterthur am 26. Okt 2016 Auszug aus dem Tagesprogramm: https://www.electrosuisse.ch/de/verband/fachwissen/fachtagungen.html PV und Wärmepumpe – ein ideales Gespann Martin Kleimaier, Task Force Leiter beim VDE / ETG, Essen, Deutschland Fördermodelle auf dem Prüfstand Marcel Knöri, Stv. Abteilungsleiter Amt für Energie Kanton St. Gallen Solarthermie und Photovoltaik in Kooperation statt in Konkurrenz Beat Kämpfen, Geschäftsleiter Kämpfen für Architektur Vision wird Realität – das Energieautarke Mehrfamilienhaus Roger Balmer, Geschäftsführer Pro-Energie GmbH Eisspeicher, Wärmepumpe und PV – ein unschlagbares Team Martin Rauen, Leiter Viessmann Akademie, Viessmann Schweiz AG PV to Heat hilft dem Ausbau der Photovoltaik in der Schweiz Wieland Hintz, Fachspezialist erneuerbare Energien Bundesamt für Energie Schweizer Solarpreis 2016
  • 42. Zürcher Fachhochschule; Franz Baumgartner, www.zhaw.ch/~bauf ; Vortrag ZHAW, Winterthur am 26. Okt 2016 Danke für Ihre Aufmerksamkeit • Seit 1988 in der Forschung u Entwicklung Photovoltaik an Hochschulen in Deutschland und der Schweiz Mandate / Beratungsgremien • Bundesamt für Energie Direktorium, Bern • Energiekommission Liechtenstein, Frauenfeld, Feldk. • Forschungs- Förderung Fond, Wien • Wiss. Beirat, Smart Grid Solar Bayern • AEE Agentur für Erneuerbare Energie, Bern • Erneuerbare Energie der ETG der Electro Suisse • Scientific Committee European Photovoltaic Conf. 42 Meine Energie-Aktivitäten Dokumentation siehe zum Downlaod https://home.zhaw.ch/~bauf/

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