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Franz Baumgartner, 2017-09-13; www.zhaw.ch/~bauf
Zukunft derEnergietechnologien
Franz BaumgartnerZHAW University of. Appl. Sciences Zurich, School of Engineering, IEFE; www.zhaw.ch/~baufVortrag am 13.09.2017 in Schaffhausen, EKS Erneuerbare für Morgen u. Übermorgen, Schweiz
11. März 2011 Prog. Photovolt: Res. Appl. (2015)Bulletin .ch 2/2017bulletin.ch 10/2017 bulletin.ch 8/2016
Franz Baumgartner, 2017-09-13; www.zhaw.ch/~bauf
Rückschau vor 150 Jahren
Slide 2.
Schaffhausen, Moserdamm mit Transmission Mühlentor von Osten 1869
http://www.schaffhausen-foto-archiv.ch/
Franz Baumgartner, 2017-09-13; www.zhaw.ch/~bauf
Der natürliche Wandel der Energietechnik
Slide 3.
1850 1900 1950 2000 2050
Mobilität
Wärme
KraftStrom
Holz-Kohle-Guss-Öfen
IWC 19. Jhd.1866 Moserdamm
KANGOO Z.E.
Tesla Truck
Hegauwind
1967 Wasser KWSchaffhausen
Öl-Gas- Kessel PV Boiler oder Wärmepumpe
PV Fam. SeelhoferEKS
Li-Batterie
Solarthermie Öl-Öfen
Franz Baumgartner, 2017-09-13; www.zhaw.ch/~bauf
Sorge um die Umwelt / Treibhauseffektsollte zu weniger fossiler Energie führen!
Slide 4
Melani Trump stöckelt ins Texas Flut Desaster, «Strum Harvey» FAZ 2017-08-31
Fakten: 1500 Tote in Asien durch MonsunJuni bis Sept 2017; FAZ, Tagesschau
U.S. GLOBAL CHANGE RESEARCH PROGRAM CLIMATE SCIENCE SPECIAL REPORT (CSSR) Final Clearance; 28 June 2017https://searchworks.stanford.edu/view/12120197
+15%
Franz Baumgartner, 2017-09-13; www.zhaw.ch/~bauf
Relevante Photovoltaik Module aus industrieller Fertigung seit 25 Jahren
1989 2014Standard kristallinesSilizium
12.8% / 55W/ 25 Jahremonokrist. Silizium, 4``Siemens Solar, DNo.: SM551.30m x0.33m0.43m2
15.9% / 260W / 25 Jahremultikrist. Silizium 6``Trina Solar, ChinaNo: TSM-260, PC05A1.65m x 0.99m1.64m2
(4 x grösser, 5x Leistung)(2017 Standard 300W / 60 cr-Si cells 6)
StandardDünnschicht
5.7% / 30WAmorphes SiliziumArco Solar, USNo.: G40001.28m x 0.41m
13.8% / 170W /25 JahreCIS CuInS2Solar Frontier, JapanNo.:TSM-260, PC05A1.26m x 0.98m
Diese Module sind am ZHAW SoE Dach des IEFE in Winterthur im Einsatz und werden zu Unterrichtszwecken eingesetzt. (TSM-260 ersetzt durch LDK-260)https://www.zhaw.ch/de/engineering/institute-zentren/iefe/news/news/news-single/neues-photovoltaik-outdoor-labor/
F. Baumgartner, 2015 Nov, electrosuisse, 151105 Energien der Zukunft: erneuerbare Energien - Electrosuisse
Franz Baumgartner, 2017-09-13; www.zhaw.ch/~bauf
Die Weltrekorde von Labor-Solarzellen
Slide 7
https://www.nrel.gov/pv/assets/images/efficiency-chart.png
Effiziente industriell gefertigte Standard Solarmodule am Markt1990 201712% Steigerung +1% in 5 Jahren 17%
Franz Baumgartner, 2017-09-13; www.zhaw.ch/~bauf
Brauchen wir die nächsteSolarzellen Technologie?
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https://www.ekson.ch/detail-neue-erneuerbare-energie/organische-solarzellen.html
Franz Baumgartner, 2017-09-13; www.zhaw.ch/~bauf
Der Erfolg der Photovoltaik liegt in der Kostensenkung durch die Massenproduktion
Status Modul ab Fabrik 2016 Multi. MW 0.37US$/Wpbzw. ca. 400 SFr pro kWp
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http://www.itrpv.net
Franz Baumgartner, 2017-09-13; www.zhaw.ch/~bauf
Gesamthaft installiertePV Module weltweit
Slide 10.
Europe
Asia/Pacific
America
Report IEA PVPS T1-31:2017
Franz Baumgartner, 2017-09-13; www.zhaw.ch/~bauf
Industrialisierung vor 100 Jahren in USA
Henry Ford: Production & Labor Innovations
Ford was dedicated to the production of an efficient and reliable automobile
that would be affordable for everyone; the result was the Model T, starting in
October 1908.
Practice techniques of mass production revolutionize industry
• use of large production plants
• standardized
• interchangeable parts
• and the moving assembly line
Slide 11 .
y = 26439 x -0.207
Learning Rate
LR=1-2-0.207 = 0.13900
3600
10 100 1000 10000$
(in 1
958$
)
thousand units cumulative shipments
Fords T-Model cost reduction1909
1923
1918
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Kostenaufteilung Photovoltaik Kraftwerk
Slide 12.
2017Schweiz
Kosten-anteil
Gesamt10kWin SFr
Solarzelle* (10%) 2 500
Solarmodul** 24% 6 000
Solarinverter 8% 2000
Rest 68% 15 500
Gesamt 100% 25 000
Beispiel 10kW
0.15m x 0.15m
1m x 1.6m
Grobe Richtwerte
Anmerkung: 2008 Modulkosten ca. 5 mal höher
ca. 21 Rp/kWh PV Kosten ohne Förderung
* Fabrik / Asien: http://pvinsights.com/index.php
** Zwischenhandel https://www.photovoltaik-shop.com/
Franz Baumgartner, 2017-09-13; www.zhaw.ch/~bauf
Solarstromkosten in Grosskraftwerken2017 ca. 3US$/kWh im Arabischen Raumca. 6 € cents/kWh in Deutschland - Bieterverfahren
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http://www.itrpv.net
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2. Produkt
der Energiezukunft
Lithium BatterieSlide 14
.
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2012-Solar Home Storage Systems on the market and pricing 2012
F. Baumgartner, P. Korba et.al. EUPVSEC 2012
Commercial PV Battery + Power ElectronicsNominal Capacity C nom [kWh] 13.8Price rel. per kWh nom 833€ Used Capacity C used [kWh] 6.9lifetime full cycles @ DOD 50% 1350lifetime stored capacity [kWh] 18630cost of stored kWh 0.62€ financing costs factor (5% interst rate, 5a) 1.2total storage costs per kWh 0.74€ http://www.mare- solar.com/shop/eigenverbrauch- speichersysteme- solarworld- sun- pac- c- 66_532_607.html
An example of a marketing document:
To increase self consumption from 38% to 50% of consumption +22%
investment of typ. 11 500€
per 6.5kW PV STC is needed(doubling investment costs)
total 2700 full cycles / 270 cycles @10aSlide 16
Franz Baumgartner, 2017-09-13; www.zhaw.ch/~bauf
Beispiel Aug 2014 - sonniger Tag 30kWh Li-Speicher, 15kWp PV
17.
Franz Baumgartner, 2017-09-13; www.zhaw.ch/~bauf
2020 TESAL’s full capacity to be reached5 billion $ FAB
Slide 20.
Web visited Juni 2016 - https://www.teslamotors.com/gigafactory
Tesla broke ground on the Gigafactory in June 2014 outside Sparks, Nevada, and we expect to begin cell production in 2017. By 2020, the Gigafactory will reach full capacity and produce more lithium ion batteries annually than were produced worldwide in 2013. 35 more than 35 GWh of battery cells and 50 GWh of battery packs, but CTO JB Straubel, 2015
PAN
ASO
NIC
Feb 2016http://electrek.co/2016/02/24/
2017 Aug; https://www.teslarati.com
Franz Baumgartner, 2017-09-13; www.zhaw.ch/~bauf
Kostenreduktion Li-Ion Battery Packsvgl. Ref. F. Baumgartner, EUPVSEC 2016, June, Munich
Slide 21.
100
200
400
0.01 0.1 1 10 100 1000 10000
$/kW
h
GWh cum.
2007
2017
2015300$/kWh1.2Mio EV
[1] B. Nykvist, M. Nilsson; «Rapidly Falling costs of battery packs for electric vehicles»,Stockholm Environment Institute & KTH Royal Institute of Technology, Stockholm; Nature Climate Change; 9th Feb 2015[2] N. Pearsall, F. Baumgartner, PV Performance, Wiley, Nov 2016, ISBN 978-1-78242-336-2
LR=0.06 [1]EVs batterymarket leaders
LR = 0.10
LR = 0.15EPRI US, 2015W. Hofmann, 2015
2020 cum5Mio EV
2025 cum30 Mio EVs
70 000 German PV home batteries 5kWh
0.35GWh
China 2025; 3 Mio Evs; each 50kWh = 150GWh/a
2018Tesla Gigaf
500 Fr/kWh Invest.250 Jahreszyklen
20 Rp/kWh
3 Mio Evs sales 202173$/kWh in 2040
Bloomberg, July 207
Franz Baumgartner, 2017-09-13; www.zhaw.ch/~bauf
Electrical Vehicle Outlook Bloomberg 2017
“The EV revolution is going to hit the car market even harder and faster than BNEF predicted a year ago. EVs are on track to accelerate to 54% of new car sales by 2040. Tumbling battery prices mean that EVs will have lower lifetime costs, and will be cheaper to buy, than internal combustion engine (ICE) cars in most countries by 2025-29.”
2017 July, https://about.bnef.com/electric-vehicle-outlook/
Franz Baumgartner, 2017-09-13; www.zhaw.ch/~bauf
Grösse und Kosten der Li- Solarbatterie
Slide 23 .
F. Baumgartner, bulletin.ch 10 / 2017; Sonnenstrom speichern; http://www.bulletin.ch/de/
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
Franz Baumgartner, 2017-09-13; www.zhaw.ch/~bauf
Blick in die Glaskugel - Kostenprognose
10.4 8.2
35
157
20.8
0
5
10
8.38
20
12
7.2
0
10
20
30
40
50
60
2015 CH H4Stromkosten
2014 CH H4Kanton ZH
2015 PV +Batterie
2025 PV +Batterie
2035 PV +Batterie off-grid
Rp/
kWh
H4
Hau
shal
tsku
nde Energie
AbgabenNetz
Slide 24.
PV Erzeugung-5%/a CAGR
Abgaben Netzoder
Winternotstrom
Batterie-8%/a CAGR
F. Baumgartner, ZHAW, 2016-11-01, eigene Analyse
BRD 2015CH 2017 H420.4Rp/kWh910Fr / a
Franz Baumgartner, 2017-09-13; www.zhaw.ch/~bauf
Weiterbildung in Winterthur ab 6. Okt 2017
• Photovoltaik und Batteriespeicher
• Netze – Smart Grid
• Bewirtschaftungskonzepte
Slide 25.
https://weiterbildung.zhaw.ch/
Franz Baumgartner, 2017-09-13; www.zhaw.ch/~bauf
Wo liegt die Zukunft der Energietechnologien?
1. In der industriellen Massenproduktion der erneuerb. Komponenten - beschleunigt durch temporäre Marktanreizprogramme
2. In der Steigerung der lokalen Erzeugung und der Maximierung des Verbrauchs vor Ort- ermöglicht durch Sektorkopplung (Strom in Wärme)- Tagespeicherung des Stroms in Batterien im Gebäude- Nutzung der Elektro-Autobatterie als Notstromquelle o. Puffer- Saisonaler Speicher mittels Methanol od. erneuerbarem CH4 über Verstromung mittels Brennstoffzelle od. Generator
3. In professionalere Planung, Installation und Betrieb/Service
4. Schlüsselkomponenten und Hardware Technologien sind+++ Solarzellen, Wind KW, Lithium Batterien, Brennstoffzelle+ digital Vernetzung könnte überschätzt werden / Smart Grid
Slide 26.
Franz Baumgartner, 2017-09-13; www.zhaw.ch/~bauf27
60kWp, AXA Winterthur 650kW, Lonza AG, Waldshut 50kW – LE / dhp
90kW, Solar Wings60kW, Solar Wings, Tenna10kW, EKZ60kW, Werkhof, WintiSolarspar, Klimafond
Danke für ihre AufmerksamkeitPV Team IEFE ZHAW Dozenten Dr. Hartmut Nussbaumer und Prof. Dr. Franz Baumgartner
PV plants built in collaboration w. IEFE www.zhaw.ch/~bauf
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