Die Zukunft ist elektrisch und solar – Tipps für HausbesitzerUrs Muntwyler Professor für Photovoltaik Berner Fachhochschule Technik und Informatik (BFH-TI) – Leiter PV-Labor BFH-TIAlt- Grossrat/ chair Technical Collaboration Program Internationale Energie-Agentur IEA „Hybrid- und Brennstoffzellenfahrzeuge“ 1998-2018

▶Gegründet: 1988▶Leiter: Professor Urs Muntwyler▶12-15 Assistanten + wiss. Mitarbeiter▶Mitglied Speicher-Forschungscenter▶Mitglied: SCCER-Furies (Innosuisse)▶website: www.pvtest.ch/

PV Laboratory BFH (Burgdorf)

SCCER-FURIES Partner (2014-20) http://sccer-furies.epfl.ch/

EinführungEnergiestrategie 2050/ CO2

Potential SolarenergieChancen für HausbesitzerSchrittweises Vorgehen

Die Party ist nur kurz und subventioniert…

Schiefergas ist nur ein kurzfristige Verlängern – Peak in den USA: 2020 (IEA World Energy Outlook 2013)

Subventionen fossile Energien 2013: 550 Mia US$ (IEA)/ D: 40 Mia€Subventionen erneuerbare Energien 2013: 120 Mia US$/ D: 17 Mia€

IEA roadmap: 50% CO2 nötig (2007)!

Aktuell sind wir auf über 3 Grad-Kurs – vier (zwei 2013) Technologien sind 2017 auf 2DS Kurs (IEA)!

PV ist 2019 ca- 12-mal günstiger als 2007!E-Mobile sind heute breit verfügbar!

Eckwerte der Energiestrategie 2050: 1. Richtwerte für Strom- und Energieverbrauch 2. Zielvorgaben für CO2 Ausstoss von Fahrzeugen3. Gebäudeprogramm für energetische Sanierungen4. Richtwerte für erneuerbare Energien 2020/ 20355. Befristetes Einspeisevergütungssystem6. Raschere Bewilligungsverfahren für erneuerbare

Energien7. Unterstützung der Grosswasserkraftwerke 8. Erhöhter Netzzuschlag von 1,5 auf 2,3 Rp./ kWh9. Förderung des Eigenverbrauchs – Lieferung an

benachbarte Grundeigentümer und Mieter10.Keine neuen AKWs

Die Energiestrategie 2050 wurde im Sommer 2017 vom Volk angenommen!

Berner Fachhochschule / Haute école spécialisée bernoiseTechnik und Informatik / Technique et informatiqueStand “Energie Strategie 2050” 2017

geothermal energy

Biomass (wood)

Biogas

Wastewater treatment plant

Waste incineration plant (50% renewable)

PV

Wind energy

2017: PV 1,5 TWh/ CH Wind Ausland: >4TWh2.Q KEV: in Betrieb 3,3TWh/ Pos. Entsch.: 2,9TWh/ Warteliste:7TWhGesamt: 14,2TWh (+1TWh PV ohne KEV)

*PV CH

* KEV in Betrieb

* Projekte total 2017

* Total Wind CH und Europe

CO2-frei realistisch? BFE P+D-Projekt: Simulation Zukunft

▶ Die Energieperspektiven 2050 von Prognos bilden die Grundlage für die Energiestrategie 2050 der Schweiz.

▶ Die Studie untersuchte die gesamte Schweiz.

▶ Das Projekt SimZukunft» untersucht das am Bei-spiel der Kleinstadt Burg-dorf (16’000 Einwohner).

▶ «SimZukunft» ist ein P+D Projekt des Bundesamtes für Energie BFE.

In Burgdorf wurde die erste KEV für Photovoltaik eingeführt (1989)

Lastprofil der Stadt Burgdorf im Utopia - Szenario 2050Deutliche Steigerung der Lasten, besonders im Sommer Klimatisierung

Tipp: Hausbauer Neubau – sie brauchen eine Lösung für heisse Tage!

Stromsparen – Technologiepotentiale:

Nr. Technologiewechsel Verbrauch

1 Glühlampe – E-Spar – LED-Leuchte -90%2 Elektroheizung (AKW) – WP (SWW) -90%3 Benzinauto - E-Mobile (SWW) -75%4 Haus 1975 – MuKen Haus 2014 -85%

5 Kühlschrank (Absorber-Kompressor) -75%

6 TV-Gerät (Röhre – OLED) -75%

7 WW-System (Elektro-Solarsystem) -60%8 Waschmaschine (Elektro-Solarwärme) >60%9 Motoren -10% bis 30%10 Plushaus >100%

Planung mit Lastprofilgenerator LPG www.pvtest.ch!

Potential Solarenergie/ erneuerbare EnergienPhotovoltaik – Entwicklung -Kosten

Bilanz: Energie von der Sonne auf die Erde

Die Effekte auf die Erde sind sehr unterschiedlich, daher lohnt es sich, zu schauen, wo die Wirkung am Besten ist.

Die „Ölflut“ auf dem Hausdach

… wir haben genügend Energie – sind aber zu faul um sie einzusammeln … (Paul Dominik Hasler – Philosoph aus Burgdorf) …

Lernen von der VergangenheitErstes Pilot- and Demonstra-tions Programm für PV in der Schweiz bei Hasler AG Bern späte 70-er Jahre bis1984.

Einer der Standorte:PTT Tower ChasseralSolarex HE 51 m-Si mit 2 verschiedenen Frontabdeckun-gen der Solarmodule (Photo1983/Mu).

Verbesserungen seither: Energierücklaufzeit Si-c PV Module >30! Material rezyklierbar zu 90-95%!Preisrückgang >200/ Effizienz verdoppelt/ Modules sind 10-mal grösserPV Module sind >4’000-mal besser als vor 40 Jahren!

Berner Fachhochschule / Haute école spécialisée bernoiseTechnik und Informatik / Technique et informatiqueTour de Sol – Werbetour für die

Sonnenenergie

Quer durch die Schweiz mit Solarenergie < 6m2 (max. 480 Wp) – 58 Fahrzeuge in zwei Kategorien!

Tour de Sol: Schweizer Pioniere

Neu an der Tour de Sol 87: Leicht-Elektromo-bile mit netzge-koppelten PV-Anlagen!

Netzgekoppelte PV-Anlagen: Burgdorf führte die kosten-deckende Einspeise-vergütung KEV ein (1989)!

„SMART“ Auto ein spin-off der Tour de Sol – lanciert von SWATCH Chef Nicolas Hayek!

Tour de Sol 85-92: erzeugte Innovationen im Bereich Politik/ Solarenergie und E-Mobile!

PV-Prognose: starkes Wachstum …

Realität….: 2016: 75 GWp/ 2017: ca. 100 GWp

PV Markt überrascht IEA jedes Jahr…

Im «World Energy Outlook» unterschätzt die IEA jährlich das Wachstum der erneuerbaren Energien, hier PV!

Was kostet der Solarstrom – was die Forscher meinen:

PV Strompreise – ETHZ-Studie (2012):2010: 35 - 55 Rp./ kWh2020: 20 - 30 Rp./ kWh2035: 10 - 15 Rp./ kWh2050: 6 - 10 Rp./ kWh

PV Strompreise – PSI-Studie (2017):2017: 18 - 31 Rp./ kWh2050: 8 - 19 Rp./ kWh

Preis-Lernkurve von c-Si PV-Module

Berner Fachhochschule / Haute école spécialisée bernoiseTechnik und Informatik / Technique et informatiquePV-Preise Schweiz „EFH“ (2012-er Preise):

Annahmen: 2.5% Verzinsung/ mit ca. 30 % EIV/ bei bestehendem Haus: zusätzlich Steuerabzug 20-30%)!

Planung und Realisation von Plushäusern

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Minergie*1998

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Minergie*2009

Minergie-P* Minergie-A* Plus-energy-house**

Plus-energy-house with E-

mobility

Plus-energy-house with E-mobility andgray energy

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Energieverbrauchsstandards im Haus in der Schweiz

* inkl. Warmwasser

MuKen 2008: 48 kWh/m2 MuKen 2014: 30 kWh/m2

Mein Plushaus – PV on my home:Verbraucher Verbrauchs-

grösseSpez. Verbrauch

Energie

Heizbedarf 1 100 m2 10 kWh/ m2 1‘000 kWh

Warmwasser …x50 l/ Pers 200 l/ 43oK 3 1‘250 kWh

Strombedarf Haushalt 4x1‘000 kWh 4‘000 kWh

Auto 12’000 km/J 15kWh/100km 1’800 kWh

Total 8‘050 kWh

1 Vorgabe Muken 2014 – Energiegesetz!

Berechnung PV Anlage: Haus analysieren: www.sonnendach.ch Website Swissolar: www.solardach.ch/Faustformel Leistung: Jahresverbrauch/ 1’000 h Leistung PV-Anlage!Fläche: Total kWh/ 250 kWh x 1,6 m2 (8’050 kWh/ 300 kWh x1,6m2= 45m2)

Ziel «Plushaus» – in der Jahresbilanz!

Plusenergie-Gebäude (Solarpreisgewinner 2009 in Thalwil (ZH)

Tipps für Bauherren – bestehendes Haus

Haussanierung etappiert (zur Steueroptimierung):1. GEAK machen für saubere Analyse2. Sanierung der Hülle PV Anlage auf neues Dach!

Neue Fenster – Wärme- und Schalldämmung- Niedertemperatur-Wärmeverteilung3. Wärmepumpen-Boiler4. Wärmepumpe Heizung (Luft-Wasser) ev. mit Speicher5. PV Anlage möglichst gross6. Elektroverbraucher ersetzen und «smart-grid» fähig

durch PV WR7. PV an Balkon ev. Fassade (speziell MFH)8. Elektromobil-Ladestelle (sofern Auto) – gekoppelt an PV

Elektromobil kaufen oder leasen9. Option: stationäre Batterie zur Erhöhung des Eigenverbrauchs

Subventionen Gebäudesanierung/ Steuerersparnis etappiert/ Einmal-Vergütung PV Anlage!

Beispiele:Plushaus in ThunMFH Heitenried

Prinzip netzgekoppelte PV-Anlagen

© Copyright Muntwylers SolarAkademie

Das Potential ist auf den Gebäuden

Potential Schweiz für Photovoltaik: Dächer 24 TWh/ Fassaden 6 TWh (2017 Meteotest)BFE 2018: 50 TWh Dächer und Fassaden/ 2019: 67 TWhPhotovoltaik auf Infrasstrukturbauten (Swissolar): 15 TWhTotal = 82 TWh (Verbrauch heute unter 60TWh)

Wohnhaus bei Bern – ca. 2009

Migros Verteilcenter Neuenhof ca. 6 MWp

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ZEITOstfassade SüdfassadeWestfassade NordfassadeSumme PV-Leistung Standardlastprofil H0 - HaushalteHorizontalstrahlung

Leistungs- und Lastprofil Sihlweid (ZH) am 16.6.2014

Stromproduktions-Design (täglich/ saisonal) mit PV-Fassade

MFH - Plushaus: PV Ost-West

Das 1947 erstellte, energetisch sanierte und mit Ost-West PV-Anlage von 34,6 kWp und 8,6 m2 Vakuumkollektoren deckt nun 187% seines Energieverbrauchs.Aber Eigenverbrauch Strom 2013/2014: 10,7%/ 9,9% (hoher Überschuss – kleiner Eigenverbrauch)!

Eigenverbrauchserhöhung ist schwierig

Mit Batterie (Berechnung Studis MSE BFH) 2015: 0 kWh Batterie 10,7% (2013-er Zahlen)6 kWh Batterie 14,9% (2013-er Zahlen)

10 kWh Batterie 17,2% (2013-er Zahlen)20 kWh Batterie 19,8% (2013-er Zahlen)50 kWh Batterie 20,4% (2013-er Zahlen)

MFH Heitenried (7 Parteien)

- Heizung und Warm-wasser mit Wärme-pumpe

- Tiefgarage für E-Mobil

- Eigenverbrauchsge-meinschaft für PV -Strom

- Energieversorger Groupe E

- Planung bereits weit fortgeschritten im FS 2018

Planung im Rahmen einer BSc-Diplomarbeiten der BFH der Herren Steiger/ Walther FS 2018.

Funktionskontrolle per IR-Drohne

Gleichmässige Temperaturverteilung und keine «hotspots» der PV Module

Konzept PV Anlage: Ost-West

- Ursprüngliche Planung einer südwärts gerich-teten PV Anlage konn-te auf «Ost-West» gedreht werden.

- Dadurch erheblich mehr Leistung.

- Besserer Tagesertrag (am Morgen und Abend).

- Einsatz von Multi-String WR von Fronius

- PV Leistung 22 kWp

Der Speicher erhöht die Autarkie recht stark – Einfluss der vielen tagsüber abwesenden Benutzer und der kleinen PV-Anlage.

Optimierung der Autarkie

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Eigenverbrauchsoptimierung mit Strom aus PV Anlage (VESE)

Eigenverbrauchsoptimierung EVO

Zusammenschluss Eigenverbrauchs-Gemeinschaft «ZEV»

Prinzip einer Eigenverbrauchs-Gemeinschaft- PV Strom wird zuerst im Haus gebraucht und abgerechnet – nur Überschuss und Reststrom kommt in und aus dem Stromnetz (Grafik: CKW)!

E-Mobil als wichtiger Baustein des hohen Eigenverbrauchs- Energiestrategie 2050+(Dekarbonisierung)

Berner Fachhochschule / Haute école spécialisée bernoiseTechnik und Informatik / Technique et informatiqueUmweltbilanz/ Kosten E-Mobil mit PV

PHV E-Mobil braucht:- 2‘400 Wp Photovoltaik für 15‘000 km/ Jahr- Spart 900 l Benzin / Jahr (ca. 1‘600 € pro Jahr)!Für die graue Energie der Batterie braucht es zusätzliche 150 Wp PV!

Beispiel BFH in Burgdorf:Der Solarcarport mit 2,5 kWp (<5’000.– Fr.) spart in 30 Jahren 27’000 Liter Benzin mit einem heutigen Elektroauto (PHV) -Opel Ampera!

Die Stromherkunft ist zentral…

ModellCO2-emiss.

TWIKE

BMW i3

Renault ZOE

TeslaRenault Clio 1.2

BMW X5 3l

[kWh/ 100 km] 5 12 14 20 Gasoline Gasoline

Stromart[kg/kWh]

Braunkohle 1.23 61.5 147.6 172.2 246

Steinkohle 1.08 54 129.6 151.2 216

Gas 0.64 32 76.8 89.6 128PV 0.03 1.5 3.6 4.2 6Wind 0.01 0.5 1.2 1.4 2CO2 (DE-Mix) 0.48 24 57.6 67.2 96CO2 EU- LCA Mix (mit plant etc.)

0.578 28.9 69.36 80.92115.6

CO2 CH-Mix (Frischkn. 2012)

0.014 0.7 1.68 1.96 2.8

Benzin --- 0 0 0 0 137 197

Platzierung der E-Mobilladestellen

E-Mobilparkplätze sollen privilegiertplatziert sein:- Beim Eingang (Firma etc.)- Beim Aufzug (Parkhaus etc.)- Gute gekennzeichnet sein (grün)- Einfach erreichbar sein- Einfach zu bedienen sein- Immer in genügender Anzahl

vorhanden sein (erweiterbar)

In Überbauungen alle 2 Parkplätze eine Ladestelle mit 2 Steckdosen vorhanden sein. Die Ladeleistung sollte 6kVA/ 3-phasig pro Ladestelle sein.Am Anfang reichen einige verkabelte Plätze und Leerrohre für alle Anderen!

Ausblick:- 100% Erneuerbar?- PV - Strom ins Netz- Status Energiestrategie 2050?

Hoher PV-Anteil im Netz – ein Problem?

20% Solarstrom im Netz ohne Speicherung (14 GWp)

Management PV Überproduktion: Nr. Massnahme + PV Leistung Kosten

1 Limitieren 30% der PV power +42% 3%2 Verbraucher einschalten +20% < 5%3 Neue Verbraucher wie EVs,

Wärmepumpen mit Speicher etc.+80% 0-50%

4 Limitieren 50% der PV power +100% 18%5 Ost-West PV Installationen +50% ca. 20%6 Dezentrale Batterien +50% <50% 7 Pumpspeicherwerke +50% 50%8 Netzverstärkung (Hochspg.) Ca. 20% ca. 25%

Bereits mit den Massnahmen 2-5 kann + 642% Leistung gemanagt werden 32,4 TWh PV!Pumpspeicherwerke braucht es für so wenig PV nicht!

Berner Fachhochschule / Haute école spécialisée bernoiseTechnik und Informatik / Technique et informatiquePV Mark Schweiz

Produktion aktuell: ungefähr 2 TWh SolarstromMit Zubau +300 MWp braucht es 20 Jahre um 6 TWhSolarstrom zu produzieren – der Markt muss auf 800-1’000MWp steigen!

Strategie Stanford University (CA/ USA):

«100% Erneuerbar» ist der nächste Schritt!

Zusammenfassung- Mit 40 Jahren Lebensdauer ist die PV Technik kompatibel

zu den Lebensdauern der Baubranchen.

- Für die Erreichung der Energiestrategie 2050 reichen die vorhandenen Dächern und Fassaden aus.

- Dies bedingt eine sorgfältige Planung «freier Dach-flächen». Kleine und mittlere Häuser sind so als Plushäuser gut machbar.

- Bestehende Häuser sind (etappiert) zu sanieren und mit Photovoltaik auszurüsten!

- Der Hausbesitzer ist ein Schlüsselelement des Energie-wandels. Er spart Steuern und langfristig Kosten. E-Mobilität verbessert die Bilanz und die Kosten.

Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!

Vortrag auf: www.pvtest.ch!

Kontakt: urs.muntwyler@bfh.ch