ZHAW School of Engineering, Energie- und Umweltforum vom 26. Oktober 2016 zum Thema Photovoltaik und Wärmepumpen im Vergleich zu Solarthermie Ueli Frei, Geschäftsführer, SOLTOP Schuppisser AG

1. Solartechnik:
Thermische contra
photovoltaische Nutzung
der Sonne
Pros und Cons
Zitat:
“Eine scheinbare Kontroverse ,die sich durch
situationsabhängige intelligente Energietechnik
von alleine löst!”

2. Ziel des Referats:
 Diskussion der beiden sich «konkurrenzierenden»
Technologien
 Technische & betriebswirtschaftliche Betrachtung
aus der aktuellen Sicht einer spezialisierten KMU
 Was kann ich von den Technologien erwarten
 Welchen Effekt/Ertrag/Kosten hat die Wahl der
Technologie
Nicht Ziel des Referats:
 Keine universelle Antworten
 Keine Simulationsorgie
Zieldefinition des Referats

3. SOLTOP in Elgg ZH

4. SOLTOP: Herstellung und Vertrieb von effizienten Energiesystemen
Die Freude an technischer Innovation ist auch nach über 30 Jahren unser Antrieb.
Am Standort in Elgg (ZH) befindet sich die Produktion, die Technik und die
Verwaltung. Für Kunden in der Westschweiz sind die Kollegen der Niederlassung in
Puidoux (VD) zuständig. Die Soltop beschäftigt aktuell rund 60 Mitarbeiter.

5. SOLTOP: Herstellung und Vertrieb von effizienten Energiesystemen

6. Energieverbrauch nach Sektoren

7. Energieverbrauch Verwendungszweck

8. Solartechnik
Thermischer Kollektor PV-modul
Energielieferant
SONNE
Verwaltung
Technik
Leitungen
Pumpen
Regulierung
Speicher
Kabel
Wechselrichter
Regulierung
Speicher (Batterien)
Verbraucher
Mensch
Wärme für Warm-
wasser, Heizung
Schwimmbad usw.
Beleuchtung
Kochen, Waschmaschine,
Wärmepumpe usw.
Zusatz-
energie
Holz, Oel, Gas,
Elektrizität
öffentliches Stromnetz
Solarthermie Photovoltaik

9. Solartechnik – Kostenentwicklung der Technologien

10. Solartechnik – Kostenentwicklung PV-Module
Quelle: ISE Freiburg, D

11. Solartechnik – Kostenentwicklung PV-Module

12. Solarwärme:
 hoher spezifischer Ertrag (Wärme hat den
besseren Wirkungsgrad als PV)
 Speicher sind preiswert (Wasser), verlustbehaftet
und brauchen viel Platz (ca. 50-70 kWh/m3)
 Wärme sollte vor Ort verbraucht werden, da sie
schlecht transportierbar ist (Verluste, Investition)
 Je tiefer die geforderte Temperatur je besser
 gut kombinierbar mit herkömmlichen Systemen
 Hohe Deckungsgrade benötigen grosse Speicher
und Kollektorflächen – viele Beispiele sind
realisiert und funktionieren bestens!
Wärme oder Strom oder beides?

13. Solarstrom:
 Strom ist gut transportierbar, ist also egal, wo er
hergestellt wird
 Braucht mehr Platz als Wärme für gleichen Ertrag
 Universell einsetzbar, alle elektrischen
Verbraucher können mit Solarstrom betrieben
werden
 In Kombination mit Wärmepumpen effiziente
Wärmebereitstellung für Warmwasser und
Heizung
 Speicherung in Batterien (Li-ionen ca. 180 Wh/kg /
ca. 200 kWh/m3), teuer, kalendarische und
zyklenbasierte Alterung!
Wärme oder Strom oder beides?

14. Solartechnik – Aufbau Kollektor/Modul
Thermischer Kollektor plus PV-Modul → Hybridkollekor

15. Thermische Solartechnik: geringer Exergiegehalt
PV Solartechnik: hoher Exergiegehalt
Die Wertigkeit der Energie: Exergiegehalt

16. Thermische Solartechnik: geringer Exergiegehalt
PV Solartechnik: hoher Exergiegehalt
Die Wertigkeit der Energie: Exergiegehalt / Carnotfaktor

17. Thermische Solartechnik: geringer Exergiegehalt
PV Solartechnik: hoher Exergiegehalt
Die Wertigkeit der Energie: Exergiegehalt / Carnotfaktor
«Exergie» der
elektrischen
Energie

18. Thermische Solartechnik: geringer Exergiegehalt
PV Solartechnik: hoher Exergiegehalt
Die Wertigkeit der Energie: Exergiegehalt / Carnotfaktor
1000 W/m2 / 25 °C

19. Vergleich der Leistungsfähigkeit
Vergleich der Leistungsfähigkeit PV zu Thermie
(1000 W/m2 / 25°C)
PV-Modul:
• 290 Wp, all black
• Wirkungsgrad: 17.3 %
• Platzbedarf pro kWp: ca. 6 m2
• Spezifischer erwarteter Jahresertrag (Süd/30°) ca. 180 kWh/m2
Thermischer Kollektor:
• 2.5 m2 Aperturfläche, ca. 1675 W (T:50K)
• Wirkungsgrad: 68 % (T: 50K)
• Platzbedarf pro kW ca. 1.5 m2
• Spezifischer erwarteter Jahresertrag (Süd/30°) 300 bis 800 kWh/m2
(abhängig vom Einsatz bzw. den Betriebsbedingungen)

20. Vergleich der Leistungsfähigkeit an 2 Beispielen
Vorstellung von 2 Fallbeispielen:
1. Solare Warmwasseranlage im Einfamilienhaus
2. Solaranlage im Mehrfamilienhaus

21. PV-WW-System

22. Thermie-WW-System

23. 3390 kWh/Jahr
Nutzenergie WW:
2140 kWh/Jahr
Ertrag Thermie 5 m2:
1930 kWh/Jahr
Ertrag PV 12 m2:
Fallbeispiel Einfamilienhaus – solare Warmwassererwärmung
Investition (ohne Förderung) CHF 10’000 für beide Systeme

24. WP
Fallbeispiel Warmwasser und Heizung im Mehrfamilienhaus

25. Fallbeispiel Warmwasser und Heizung im Mehrfamilienhaus

26. WP
Fallbeispiel Warmwasser und Heizung im Mehrfamilienhaus

27. Energiedichte von Stromspeichern
Wasserspeicher

28. «Verbrechen» auf Dächern

29. Wärme oder Strom oder beides?
Thermischer Kollektor
PV-Modul

30. vorgestern
Stroh
gestern
Ziegel
Heute solare
Nutzung
Das Energiedach für Wärme und Strom ab Sonne.

31. ELEKTRA Energiedach - Das Dach für Strom und Wärme

32. Energiedach Dachfenster

33. Perfekte Integration von
thermischen Kollektoren!
Energiedach mit thermischen Kollektoren

34. Energiedach Kaminanschluss

35. Energiedach Wiesendangen

36. ELEKTRA Energiedach - Aufbau in einer Woche
Montage der Solarstrom Laminate, Verkabelung,
Spenglerei und Inbetriebnahme
Montage der Unterkonstruktion, Schneefang,
Abschlussmodule und thermische
Kollektoren
Gerüst aufbauen, bestehende Ziegel
entfernen

37. Fallbeispiel 8-Familienhaus Minergie mit WP-LW-monovalent
Ziel:
Aufzeigen der Systemkosten PV- bzw. Thermie-Anlage als Ergänzung einer
monovalenten Luft/Wasser Wärmepumpenanlage.
Aufzeigen typische Margensituation auf den Stufen Fachhandel/Hersteller bzw.
Installateur
Anlagenkomponente / Leistung CHF
Luft/Wasser WP 20 kW inkl. Regulierung 20500
Aquapur Weichenpuffer 1000 l 3500
Heizungsanbindung ETA‐Gruppe 2250
Aquapur MINI 9950
Material Anschluss an KW/WW und Zirkulation 1500
Bearbeitung/Montage/IB konv. Teil 12500
Heizung Luft/Wasser WP monovalent ohne Solar, installiert 50200

38. Fallbeispiel 8-Familienhaus Minergie mit WP-LW-monovalent
PV‐Anlage Brutto CHF Rabatt Inst. Netto CHF Bruttomarge
%
Bruttomarge
CHF
8 Module à 290 W 2530 17 2100 15 315
Dacheinbaumat. Elektra inkl. Spenglerbleche 1500 17 1245 35 436
Ueberspannungsschutz/Wechselrichter 1200 15 1020 16 163
Kabel/Kleinteile 1200 17 996 32 319
Batteriepuffer AC 3 kWh 7600 16 6384 14 894
Montage/IB PV‐Solarteil 4500
Montage/IB Batterie 1650
PV‐Anlage komplett, mit Batterie 20180 11745
Pv‐Anlage komplett, ohne Batterie 10930
Thermie‐Anlage Kosten CHF Rabatt Inst.
%
Netto Inst.
CHF
Bruttomarge
%
Bruttomarge
CHF
5 Kollektoren 5150 25 3863 45 1738
Dacheinbau standard 1500 25 1125 45 506
Flex. Leitungen 30 m 1600 25 1200 40 480
Solargruppe komplett mit Regler und Plattenwärmetauscher 2850 25 2138 42 898
Anschluss PLT an Speicher inkl. Dämmung 2000 25 1500 40 600
Montage/IB Thermie‐Solarteil 6000
Thermie‐Anlage komplett 19100 8325

39. Fallbeispiel 8-Familienhaus Minergie mit WP-LW-monovalent
Anlagekosten,
installiert CHF
Kapitalzins
in %
Abschrei‐
bung
CHF/Jahr
Annuität
pro kWh
Wartung /
Unterhalt
CHF/kWh
Anteil
Wartung
WP
Kosten pro
kWh
Wärme CHF
PV/WP mit Speicher 20180 0.02 1033.63 0.13 0.02 0.02 0.17
PV/WP ohne Speicher 10930 0.02 559.84 0.07 0.02 0.02 0.10
Thermie 19100 0.02 978.31 0.12 0.02 0.14
Thermie mit Bruttomarge PV 13966 0.02 715.32 0.09 0.02 0.11
Wp‐Heizung Monovalent 50200 0.02 2571.27 0.07 0.03 0.17
Amortisationszeitraum 25 Jahre
Preis elektrische Energie WP  0.20 CHF
Produzierte Wärme WP mit PV‐Strom* 8000 kWh/Jahr
Ertrag thermische Solaranlage* 8000 kWh/Jahr
* Wärme an Pufferspeicher
SCOP WP im Sommerbetrieb > 4
SCOP WP im Jahersmittel 3

40. Fallbeispiel 8-Familienhaus Minergie mit WP-LW-monovalent

41. Die thermische Solaranlage benötigt weniger
graue Energie und bringt in Kombination mit Öl,
Gas und Holz den höheren Wirkungsgrad.
Die Solarstromanlage liefert hochwertigere Energie.
Sie ist im Zusammenspiel mit einer Wärmepumpe
energetisch und preislich auf gleichem Niveau wie
Solarwärme.
Statement: beide Technologien entsprechend ihrer
Stärke einsetzen
Einsatz der Technologien

42. (Dach)fläche pro Bewohner bestimmt sinnvolle Nutzung
EFH
4 Personen
Dachfläche pro Person =
100/2/4 = 12.5 m2
2 kWp, WW, zusätzlich
Heizungsunterstützung
12 Familien Haus
48 Personen
Dachfläche pro Person =
(400/2/48 = 2 m2
0.3 kWp oder WW
Mehrfamilienhaus – Thermie oder PV

43. Ertragskontrolle: höchste Erträge, attraktive Amortisation

44. Solaranlagen für Grossverbraucher

45. Beispiel M-Sportzentrum Greifensee, 630 m2 COBRA

46. Beispiel Wohnüberbauung Ernastr., Zch, Nachrüstung

47. Solarwärme: kleine Fläche, grosser Effekt

48. Solarnutzung: grosse Flächen, sehr grosser Effekt
Quelle: Schweizer Solarpreis 2015

49. Quelle: Schweizer Solarpreis 2015

50. Kriterien:
 Randbedingungen: Standort, Objekt mit allen
Eigenschaften
 Zielsetzung des Besitzers/Entscheidungsträgers
Anwendung:
 Wärmebereitstellung mit thermischen Kollektoren oder PV
mit WP immer sinnvoll (Wärmequelle WP sicherstellen!)
 Solarthermie in Verbindung mit Oel-oder Gasheizungen
besonders sinnvoll und einfach integrierbar!
 Zusatznutzen durch PV-Strom: Kühlung im Sommer,
Deckung Strom Haushalt, Elektromobilität…
 Hohe Autonomie durch die Kombination beider Techniken
möglich und sinnvoll!
Schlusswort: Thermie oder PV oder beides?

51. Schlusswort: Thermie oder PV oder beides?
Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!
Fragen?