© Fraunhofer ISE
DIE ERNTE DER SOLARENERGIE ALS
EIN SCHLÜSSELPFEILER DER
ENERGIEWENDE
Prof. Dr. Eicke R. Weber
Leiter,
Fraunhofer-Institut für Solare
Energiesysteme ISE und
Albert-Ludwigs-Universität, Freiburg
Deutsche Bundesumweltstiftung
Zukunftsprojekt Energiewende
Osnabrück, 10. September 2015
www.ise.fraunhofer.de
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2
Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE
Forschung für die Energiewende
größtes europäisches Solarforschungsinstitut
mit ca. 1300 Mitarbeitern (inkl. Studenten)
16 % Grundfinanzierung
84 % Projektforschung, 29 % Industrie, 55 % öffentlich
86,7 Mio. € Budget (2013, inkl. Investitionen)
> 10 % Wachstumsrate (bis 2013)
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3
Fraunhofer ISE
Außenstandorte Fraunhofer Labor- und Servicecenter LSC,
Gelsenkirchen, Nordrhein-Westfalen
Fraunhofer Technologiezentrum Halbleitermaterialien THM,
Freiberg, Sachsen
Fraunhofer Center für Silizium Photovoltaik CSP,
Halle/Saale, Sachsen-Anhalt
Fraunhofer Center for Sustainable Energy Systems CSE, Boston/USA
Fraunhofer Center for Sustainable Energy Technologies CSET, Santiago,
Chile
Fraunhofer LSC Fraunhofer THM Fraunhofer CSP
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4
Fraunhofer ISE
12 Forschungsthemen
Energieeffiziente Gebäude
Silicium-Photovoltaik
III-V- und Konzentrator- Photovoltaik
Farbstoff-, Organische und
Neuartige Solarzellen
Photovoltaische Module und
Kraftwerke
Solarthermie
Wasserstoff- und
Brennstoffzellentechnologie
Systemintegration und Netze –
Strom, Wärme, Gas
Energieeffiziente Leistungselektronik
Emissionsfreie Mobilität
Speichertechnologien
Energiesystemanalyse
Foto
s ©
Fra
unhofe
r IS
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5
Eine radikale Transformation unseres globalen
Energiesystems ist erforderlich
Verknappung fossiler Brennstoffe
Fossile Brennstoffe werden knapper.
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Eine radikale Transformation unseres globalen
Energiesystems ist erforderlich
Verknappung fossiler Brennstoffe
Gefahr katastrophaler
Klimaveränderungen
Risiko von Nuklearunfällen/
Endlagerfrage
Abhängigkeit von Importen aus
politisch unstabilen Regionen
Dazu kommen seit Kurzem:
Zunehmende wirtschaftliche
Chancen!
Die Welt wird wärmer.
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Energiewende
Die Transformation des Energiesystems erfordert:
verbesserte Energieeffizienz in Gebäuden,
Transport (e-Mobilität) und Produktion
Rascher Ausbau der regenerativen Energien,
wie Photovoltaik, Solarthermie, Wind- und
Wasserkraft, Geothermie und Biomasse, in
Richtung auf eine Zukunft
mit 100 % regenerativen Energien
Entwicklung von Speichertechnologien
Ausbau des Stromnetzes für dezentrale
Einspeisung, weiträumigen Transport
und intelligenten Verbrauch (Smart Grid)
Emissionsfreie Mobilität
Integration des Strom-, Gas- & Wärmenetzes
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Electricity supply from renewable energy sources
Development in Germany 1990-2013
Year 2013
Total* 25.4%
152.6 TWh
PV 5.0%
30.0 TWh
36.3 GW
Bio 8.0%
47.9 TWh
8.1 GW
Wind-onsh
8.7%
52.4 TWh
33.8 GW
Wind-offsh
0.1%
0.9 TWh
0.9 GW
Hydro 3.5%
21.2 TWh
5.6 GW
* gross electricity demand
StromEinspG:
Januar 1991 – März
2000
Novelle BauGB
November 1997 EEG
April 2000
EEG
August 2004
EEG
Januar 2009
EEG
Januar 2012
EEG
August 2014
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9
World EnergyRessources
2 – 6 per year
2010 World energy
use: 16 TWy per year
COAL
Uranium
900 Total reserve
90-300 Total
Petroleum
240 Total
Natural Gas
215 Total
WIND
Waves
0.2-2 per year
60-120 per year
OTEC
Biomass
3 -11 per year
HYDRO 3 – 4 per year
TIDES
SOLAR
23,000 per year
Geothermal 0.3 – 2 per year
© R. Perez et al.
0.3 per year 2050: 28 TW
finite renewable
World Energy Ressources (TWyear)
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10
2 – 6 per year
2010 World energy use
16 TWy per year
COAL
Uranium
900 Total reserve
90-300 Total
Petroleum
310 Total
Natural Gas
330 Total
WIND 60-120
per year
OTEC
Biomass
3 -11 per year
HYDRO 3 – 4 per year
TIDES
SOLAR
23,000 per year
Geothermal 0.3 – 2 per year
© R. Perez et al.
0.3 per year 2050: 28 TW
finite renewable
Waves
0.2-2 per year
World Energy Ressources (TWyear)
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Lernkurve der Solarenergie (c-Si Photovoltaik)
- Getrieben von Innovationen & Marktwachstum!
Preis über kumulierter Kapazität in GW Lern Rate:
Jede Verdoppelung der global
installierten Kapazität führte zur
Preisreduktion um 20 %,
- um einen Faktor 10 in 25 Jahren!
SolarStrom heute:
8-10 ct/kWh in Deutschland
halb so viel in sonnenreichen
Ländern!
Source: Navigant Consulting; EUPD PV module prices (since 2006), Graph: ISE 2014
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12
Ausblick Photovoltaik (PV)-Weltmarkt
Beispiel: Sarasin Bank, Nov. 2010: 110 Gigawatt 2020
Quelle: Sarasin, Solar Study, Nov. 2010
Marktausblick 2010:
30 GW/a für 2014,
110 GW/a für 2020
jährl. Wachstumsrate:
im Bereich 20-30 %
Mit ca 40 GW 2014
etwa 1/3 über der
Vorhersage von 2010!
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13
PV Stromkosten bis 2050
in verschiedenen Regionsen
Source: ISE PV cost study 2014
PV wird den preisgünstigsten Strom herstellen, für
2-4ct/kWh!
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14
PV Produktions-Technologien
Produktion 2013 (GWp)
Thin film 3.2
Mono-Si 12.6
Multi-Si 19.2
Ribbon-Si 0
Data: Navigant Consulting and IHS; since 2012: estimation from different sources. Graph: PSE AG 2014
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15
Marktanteil der PV Dünnschicht-Technologien
an der weltweiten PV Produktion
Produktion 2013 (GWp)
Cd-Te 1.8
a-Si 0.7
CI(G)S 0.7
Data: Navigant Consulting; for 2012: estimation from different sources (Navigant and IHS). Graph: PSE AG 2014
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16
Crystalline Silicon Technology Portfolio
Adapted from Preu et al., EU-PVSEC 2009
material quality
diffusion length
base conductivity
device quality
passivation of surfaces
low series resistance
light confinement
cell structures
PERC: Passivated Emitter
and Rear Cell
MWT: Metal Wrap Through
IBC-BJ: Interdigitated Back
Contact – Back Junction
HJT: Hetero Junction Technology
material
quality module
efficiency
Industry
Standard
IBC-BJ
HJT
PERC
MWT- PERC
20%
19%
18%
17%
16%
15% 14%
21%
device quality
BC- HJT
c-Si PV modules: no commodity, high-tech products!
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17
Advanced Cell Technologies
Passivated Emitter and
Rear PERC1
Metal Wrap-Through
MWT-PERC2
2Dross et al., Proc. 4th WCPEC, 2006, pp. 1291-4
1Blakers et al., Appl. Phys. Lett. 55, pp. 1363-5, 1989
Heterojunction on Intrinsic layer
HIT3
Interdigitated Back Contact/Junction
IBC-BJ4
Passivating Layer Local Contacts
Metal Wrap Through Contact Passivating Layer
Local Contacts
Lightly Doped Front Diffusion Texture+passivation Layer
3 Sanyo/Panasonic 4 Sunpower
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18
Advanced Cell Technologies
Tunnel Oxide Passivated Contact (TOPCon)
TOPCon enables:
Excellent carrier-selectivity
High tolerance to high-temperature processes
Very high Voc and FF achieved due to
Excellent surface passivation
1D carrier flow pattern in base
Voc Jsc FF η
[mV] [mA/cm2] [%] [%]
Champion 719 41.5 83.4 24.9[*]
TOPCon: J0,rear 7 fA/cm²
n-base
[*]FZ-Si, n-type, 2x2 cm², aperture area, confirmed
by Fraunhofer ISE Callab
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19
Photovoltaik - Entwicklung von Angebot und Nachfrage
Produktionskapazitäten und Nachfrage nähern sich an
- 15 -
China will den Aufbau von Produktionskapazitäten bremsen
Nachfrage >50 GW könnte schon 2015 zu Engpässen führen
0
10
20
30
40
50
60
70
80
2009 2010 2011 2012 2013* 2014* 2015* 2016*
[GW]
Produktionskapazitäten
Nachfrage
*vorläufig/geschätzt
?
Quellen: EPIA, JRC, Mercom, iSuppli, BNEF, IEA, Photon, SW&W, Bloomberg, Solarbuzz und eigene Schätzungen
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20
Globaler PV-Markt
Prognose bis 2017
Prognose der Entwicklung von Angebot und Nachfrage im globalen PV-Markt.
Quelle: Lux Research Inc., Grafik: PSE AG
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21
Globaler PV-Markt
Source: GTM 2014
Der globale PV Markt wird rasch weiter steigen und 2020 um die 100GW/a
erreichen!
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22
PV Markt Wachstum (IEA 2014)
Source: IEA 2014
Die rasche Implementierung der globalen PV wird angetrieben durch die
Verfügbarkeit von preiswerter, sauberer und verteilt bereit gestellter Energie
Mehr als 4.000 GWp an solarer PV werden bis 2050 installiert werden
Wir sind noch
ganz am Anfang
der globalen
Wachstumskurve!!
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23
PV-Produktionskapazität nach Regionen 1997-2012
Wird China den 100 GW/a Weltmarkt 2020 dominieren?
Anteile der Produktionskapazität von PV-Modulen nach Regionen von 1997-2012.
Quelle: Navigant Consulting, Grafik: PSE AG 2013
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24
PV Industry Production by Region (2000-2013)
Data: Navigant Consulting and Paula Mints. Graph. PSE AG 2014
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25
xGWp: European Gigawatt PV Production
Entrepreneurial innovation
Product innovation
Process
innovation
Technical
innovation
• Cheaper Solar Power
• Higher efficiency
• Lower costs
• Better characteristics
• Less material needed
• Less process steps
• Higher automation
• Higher quality
VISION: Disruptive PV with
next technology generation
Combining experiences: PV
silicon technology,
microeletronics, nanotech
• Industrial network
• Close partners
downstream &
upstream
• New business models
• leading research
institutes directly
involved
• Permanent high level
of innovation
• European cooperation
• Motor: Germany &
France
• European innovation
network
VISION: European PV
system industry as column
of European energy
transformation and
competitiveness
www.xGWp.eu
Political innovation
Business model
innovation
• Technological Package
• Cells: Heterojunction
• Modules: Smart Wire
• Wafering: Diamond Wire
• Integrated process on large-
scale machines
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26
Täglicher Stromverbrauch – Juli 2013
Fab 5
0
50
100
150
200
250
00:0
0:0
0
00
:45
:00
01
:30
:00
02
:15
:00
03
:00
:00
03
:45
:00
04
:30
:00
05
:15
:00
06
:00
:00
06
:45
:00
07
:30
:00
08
:15
:00
09
:00
:00
09
:45
:00
10
:30
:00
11
:15
:00
12
:00
:00
12
:45
:00
13
:30
:00
14
:15
:00
15
:00
:00
15
:45
:00
16
:30
:00
17
:15
:00
18
:00
:00
18
:45
:00
19
:30
:00
20
:15
:00
21
:00
:00
21
:45
:00
22
:30
:00
23
:15
:00
in k
W
Uhrzeit
Dienstag, den 16.07.2013
Grafik:
Ralf Hofmann, CEO KACO
© Fraunhofer ISE
27
Täglicher Stromverbrauch – August 2013
Fab 5 mit 2 MW PV System
0
20
40
60
80
100
120
140
00
:00
:00
00
:30
:00
01
:00
:00
01
:30
:00
02
:00
:00
02
:30
:00
03
:00
:00
03
:30
:00
04
:00
:00
04
:30
:00
05
:00
:00
05
:30
:00
06
:00
:00
06
:30
:00
07
:00
:00
07
:30
:00
08
:00
:00
08
:30
:00
09
:00
:00
09
:30
:00
10
:00
:00
10
:30
:00
11
:00
:00
01
:30
:00
12
:00
:00
12
:30
:00
13
:00
:00
13
:30
:00
14:0
0:0
014
:30
:00
15
:00
:00
15
:30
:00
16
:00
:00
16
:30
:00
17
:00
:00
17
:30
:00
18
:00
:00
18
:30
:00
19
:00
:00
19
:30
:00
20
:00
:00
20
:30
:00
21
:00
:00
21
:30
:00
22
:00
:00
22
:30
:00
23
:00
:00
23
:30
:00
In k
W
Uhrzeiten
Dienstag, den 20.08.2013
Kosten: € 2M, Einsparung Stromkosten: € 350.000/a! Grafik:
Ralf Hofmann, CEO KACO
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28
Regenerative Energien Modell REMoD-D: Ansatz Strukturoptimierung
Exogene Vorgaben
CO2-Emissionen
verfügbare Menge
fossiler Energieträger
Weitere externe
Randbedingungen (z.B.
verfügbare Biomasse, …)
Optimierer Optimierung
Gesamtsystem
(Minimierung
jährliche
Gesamtkosten)
Ergebnisse
Installierte Leistung
aller Komponenten
Größe Speicher
Umfang energetische
Sanierung Gebäude
Wärmeversorgungs-
techniken Gebäude-
sektor (Wärme-netze,
dezentral)
© Fraunhofer ISE
29
© Fraunhofer ISE
Optimization of Germany’s future energy system based
on hourly modeling
REM od-D
Renewable
Energy Model –
Deutschland
Electricity generat ion,
storage and end-use
Fuels (including
biomass and synthet ic
fuels f rom RE)
Mobility
(bat tery-
elect ric,
hydrogen,
conv. fuel mix)
Processes in
industry and
tert iary sector
Heat
(buildings,
incl. storage
and heat ing
networks)
Comprehensive
analysis of the
overall system
Slide courtesy Hans-Martin Henning 2014
© Fraunhofer ISE
30
© Fraunhofer ISE
TWh
Traktion
H2-Bedarf
45
11
TWh
TWh
39
TWh
14
TWh
Einzelgebäude mit Sole-Wärmepumpe
Solarthermie
11
Solarthermie 8 Gebäude
9
TWh
el. WP Luft 43
TWh
TWh
44
4
Einzelgebäude mit Gas-Wärmepumpe
13
TWh
14 4
W-Speicher
GWth TWh 60 TWh
82
TWh
220
TWh
420
22 GWth TWh 103 GWh
51 W-Speicher14el. WP Sole
Biomasse
TWh
0
TWh
15
KWK-BHKW
Solarthermie 13
TWh
Strombedarf gesamt (ohne
Strom für Wärme und MIV)
375
TWh
TWh
3
GWgas 0
220
0
TWh
0Sabatier Methan-Sp.
H2-Speicher
7 GWth TWh
TWh 41
3
GWth
Gas-WP
W-Speicher
25
20
40
TWh
388 TWh
20 GWth TWh Wärmenetze mit
GuD-KWK
7 GWth TWh
W-Speicher
TWh Wärmenetze mit
BHKW-KWK
Wärmebedarf gesamt
TWh
26
TWh
TWh
217
TWh
82
16
TWh
GWel
TWh 23
4
TWh
9 Pump-Sp-KW 7
TWh
TWh
6
TWh
Gasturbine
W-Speicher
Steink.-KW Braunk.-KW Öl-KW
3 GW 0 GW5 GW 0 GW 7 GW
Atom-KWPV Wind On Wind Off Wasserkraft
112
TWh
103
TWh
147
Batterien
24 GWh
GW 120 GW 32 GW
143
TWh
5
TWh 60 GWh TWh
TWh
Einzelgebäude mit Luft-Wärmepumpe
GWth
Gebäude
8
TWh
7
TWh 50
14
4 TWh
TWh
19 GWth TWh GWh
Einzelgebäude mit Gaskessel
TWh
Gaskessel 71 Gebäude
32 GWth
0
4
Gebäude
59
0.0
TWh
3734
Solarthermie 6 W-Speicher
Gebäude
15
27 GWh
23
TWh
TWh
TWh 173 GWh
3
TWh
ungenutzter Strom (Abregelung)
TWh
0
TWh
26
TWh
12
TWh
TWh
5
TWh
TWh
241 TWh
Gebäude
4
87
TWh 6 TWh
Gebäude
59
7 GWth TWh
3
TWh
WP zentral 20
KWK-GuD 27
35 GWel TWh
20
60
TWh
7
GW
Einzelgebäude mit Mini-BHKW
6 46
WP zentral 23
4
8
TWh
TWh
Verkehr (ohne
Schienenverkehr/Strom)
Brennstoff-basierter Verkehr
Batterie-basierter Verkehr
Wasserstoff-basierter Verkehr
137
TWh
TWh
TWh
TWh
TWh
TWh
TWhTraktion gesamt
Brennstoffe
Traktion
erneuerbare Energien primäre Stromerzeugung fossil-nukleare Energien
14 GWth TWh 56 GWh
86 TWh
Geothermie 6 Gebäude
2 GWth
10
TWh
TWh108 TWh
57 TWh
0
TWh
3
TWh
TWh 173
Wärmenetze mit Tiefen-Geothermie
TWh
Brennstoffe
TWhErdgas
394
TWh
4
TWh
22
TWh
Elektrolyse
82
33 GWel
4
21
TWh
0
TWh
TWh 26
1 GW
GuD-KW
ungenutztWarmwasserRaumheizung
290 TWh 98 TWh 2
Solarthermie
GWh
Mini-BHKW 23
GWh
TWh
Solarthermie 13
20 GWth
GWel TWh
TWh
0.6
GWth TWh
TWh
W-Speicher
TWh
TWh
76
6
41
82
Strombedarf
Traktion
Solarthermie 12 6
TWh
73
TWh
25 TWh
Brennstoffe
55
220
100% Wert 2010
335
TWh
TWh
Treibstoff
Verkehr
55
TWh
420 TWh
Brennstoff-basierte Prozesse in
Industrie und Gewerbe
gesamt 445 TWh
Solarthermie
%
41
55
© F
rau
nh
ofe
r ISE
Optimization of Germany’s future energy system based
on hourly modeling
REM od-D
Renewable
Energy Model –
Deutschland Slide courtesy Hans-Martin Henning 2014
© Fraunhofer ISE
31
© Fraunhofer ISE
TWh
Traktion
H2-Bedarf
45
11
TWh
TWh
39
TWh
14
TWh
Einzelgebäude mit Sole-Wärmepumpe
Solarthermie
11
Solarthermie 8 Gebäude
9
TWh
el. WP Luft 43
TWh
TWh
44
4
Einzelgebäude mit Gas-Wärmepumpe
13
TWh
14 4
W-Speicher
GWth TWh 60 TWh
82
TWh
220
TWh
420
22 GWth TWh 103 GWh
51 W-Speicher14el. WP Sole
Biomasse
TWh
0
TWh
15
KWK-BHKW
Solarthermie 13
TWh
Strombedarf gesamt (ohne
Strom für Wärme und MIV)
375
TWh
TWh
3
GWgas 0
220
0
TWh
0Sabatier Methan-Sp.
H2-Speicher
7 GWth TWh
TWh 41
3
GWth
Gas-WP
W-Speicher
25
20
40
TWh
388 TWh
20 GWth TWh Wärmenetze mit
GuD-KWK
7 GWth TWh
W-Speicher
TWh Wärmenetze mit
BHKW-KWK
Wärmebedarf gesamt
TWh
26
TWh
TWh
217
TWh
82
16
TWh
GWel
TWh 23
4
TWh
9 Pump-Sp-KW 7
TWh
TWh
6
TWh
Gasturbine
W-Speicher
Steink.-KW Braunk.-KW Öl-KW
3 GW 0 GW5 GW 0 GW 7 GW
Atom-KWPV Wind On Wind Off Wasserkraft
112
TWh
103
TWh
147
Batterien
24 GWh
GW 120 GW 32 GW
143
TWh
5
TWh 60 GWh TWh
TWh
Einzelgebäude mit Luft-Wärmepumpe
GWth
Gebäude
8
TWh
7
TWh 50
14
4 TWh
TWh
19 GWth TWh GWh
Einzelgebäude mit Gaskessel
TWh
Gaskessel 71 Gebäude
32 GWth
0
4
Gebäude
59
0.0
TWh
3734
Solarthermie 6 W-Speicher
Gebäude
15
27 GWh
23
TWh
TWh
TWh 173 GWh
3
TWh
ungenutzter Strom (Abregelung)
TWh
0
TWh
26
TWh
12
TWh
TWh
5
TWh
TWh
241 TWh
Gebäude
4
87
TWh 6 TWh
Gebäude
59
7 GWth TWh
3
TWh
WP zentral 20
KWK-GuD 27
35 GWel TWh
20
60
TWh
7
GW
Einzelgebäude mit Mini-BHKW
6 46
WP zentral 23
4
8
TWh
TWh
Verkehr (ohne
Schienenverkehr/Strom)
Brennstoff-basierter Verkehr
Batterie-basierter Verkehr
Wasserstoff-basierter Verkehr
137
TWh
TWh
TWh
TWh
TWh
TWh
TWhTraktion gesamt
Brennstoffe
Traktion
erneuerbare Energien primäre Stromerzeugung fossil-nukleare Energien
14 GWth TWh 56 GWh
86 TWh
Geothermie 6 Gebäude
2 GWth
10
TWh
TWh108 TWh
57 TWh
0
TWh
3
TWh
TWh 173
Wärmenetze mit Tiefen-Geothermie
TWh
Brennstoffe
TWhErdgas
394
TWh
4
TWh
22
TWh
Elektrolyse
82
33 GWel
4
21
TWh
0
TWh
TWh 26
1 GW
GuD-KW
ungenutztWarmwasserRaumheizung
290 TWh 98 TWh 2
Solarthermie
GWh
Mini-BHKW 23
GWh
TWh
Solarthermie 13
20 GWth
GWel TWh
TWh
0.6
GWth TWh
TWh
W-Speicher
TWh
TWh
76
6
41
82
Strombedarf
Traktion
Solarthermie 12 6
TWh
73
TWh
25 TWh
Brennstoffe
55
220
100% Wert 2010
335
TWh
TWh
Treibstoff
Verkehr
55
TWh
420 TWh
Brennstoff-basierte Prozesse in
Industrie und Gewerbe
gesamt 445 TWh
Solarthermie
%
41
55
© F
rau
nh
ofe
r ISE
Electricity
generation
Photovoltaics
147 GWel
Medium and large size CHP
(connected to dist rict heat ing)
60 GWel
Onshore
Wind
120 GWel
Offshore Wind
32 GWel
Slide courtesy Hans-Martin Henning 2014
© Fraunhofer ISE
32
© Fraunhofer ISE
TWh
Traktion
H2-Bedarf
45
11
TWh
TWh
39
TWh
14
TWh
Einzelgebäude mit Sole-Wärmepumpe
Solarthermie
11
Solarthermie 8 Gebäude
9
TWh
el. WP Luft 43
TWh
TWh
44
4
Einzelgebäude mit Gas-Wärmepumpe
13
TWh
14 4
W-Speicher
GWth TWh 60 TWh
82
TWh
220
TWh
420
22 GWth TWh 103 GWh
51 W-Speicher14el. WP Sole
Biomasse
TWh
0
TWh
15
KWK-BHKW
Solarthermie 13
TWh
Strombedarf gesamt (ohne
Strom für Wärme und MIV)
375
TWh
TWh
3
GWgas 0
220
0
TWh
0Sabatier Methan-Sp.
H2-Speicher
7 GWth TWh
TWh 41
3
GWth
Gas-WP
W-Speicher
25
20
40
TWh
388 TWh
20 GWth TWh Wärmenetze mit
GuD-KWK
7 GWth TWh
W-Speicher
TWh Wärmenetze mit
BHKW-KWK
Wärmebedarf gesamt
TWh
26
TWh
TWh
217
TWh
82
16
TWh
GWel
TWh 23
4
TWh
9 Pump-Sp-KW 7
TWh
TWh
6
TWh
Gasturbine
W-Speicher
Steink.-KW Braunk.-KW Öl-KW
3 GW 0 GW5 GW 0 GW 7 GW
Atom-KWPV Wind On Wind Off Wasserkraft
112
TWh
103
TWh
147
Batterien
24 GWh
GW 120 GW 32 GW
143
TWh
5
TWh 60 GWh TWh
TWh
Einzelgebäude mit Luft-Wärmepumpe
GWth
Gebäude
8
TWh
7
TWh 50
14
4 TWh
TWh
19 GWth TWh GWh
Einzelgebäude mit Gaskessel
TWh
Gaskessel 71 Gebäude
32 GWth
0
4
Gebäude
59
0.0
TWh
3734
Solarthermie 6 W-Speicher
Gebäude
15
27 GWh
23
TWh
TWh
TWh 173 GWh
3
TWh
ungenutzter Strom (Abregelung)
TWh
0
TWh
26
TWh
12
TWh
TWh
5
TWh
TWh
241 TWh
Gebäude
4
87
TWh 6 TWh
Gebäude
59
7 GWth TWh
3
TWh
WP zentral 20
KWK-GuD 27
35 GWel TWh
20
60
TWh
7
GW
Einzelgebäude mit Mini-BHKW
6 46
WP zentral 23
4
8
TWh
TWh
Verkehr (ohne
Schienenverkehr/Strom)
Brennstoff-basierter Verkehr
Batterie-basierter Verkehr
Wasserstoff-basierter Verkehr
137
TWh
TWh
TWh
TWh
TWh
TWh
TWhTraktion gesamt
Brennstoffe
Traktion
erneuerbare Energien primäre Stromerzeugung fossil-nukleare Energien
14 GWth TWh 56 GWh
86 TWh
Geothermie 6 Gebäude
2 GWth
10
TWh
TWh108 TWh
57 TWh
0
TWh
3
TWh
TWh 173
Wärmenetze mit Tiefen-Geothermie
TWh
Brennstoffe
TWhErdgas
394
TWh
4
TWh
22
TWh
Elektrolyse
82
33 GWel
4
21
TWh
0
TWh
TWh 26
1 GW
GuD-KW
ungenutztWarmwasserRaumheizung
290 TWh 98 TWh 2
Solarthermie
GWh
Mini-BHKW 23
GWh
TWh
Solarthermie 13
20 GWth
GWel TWh
TWh
0.6
GWth TWh
TWh
W-Speicher
TWh
TWh
76
6
41
82
Strombedarf
Traktion
Solarthermie 12 6
TWh
73
TWh
25 TWh
Brennstoffe
55
220
100% Wert 2010
335
TWh
TWh
Treibstoff
Verkehr
55
TWh
420 TWh
Brennstoff-basierte Prozesse in
Industrie und Gewerbe
gesamt 445 TWh
Solarthermie
%
41
55
© F
rau
nh
ofe
r ISE
Storage
Heat buffers in buildings
Total 320 GWh (e.g. 7 Mio
units with 800 Lit res each)
Large scale heat storage in
dist rict heat ing systems
Total 350 GWh (e.g. 150
units with 50.000 m³ each)
Pumped storage
power plants
42 units with a
total of 60 GWh
Stat ionary bat teries
Total 24 GWh (e.g. 8 Mio
units with 3 kWh each)
Elect rolysers with total
capacity of 33 GWel
(needed for mobility)
Slide courtesy Hans-Martin Henning 2014
© Fraunhofer ISE
33
Zur Frage der Netzstabilität:
Ökostromausbau festigt Netzstabilität in
Deutschland!
© Fraunhofer ISE
34
Slide courtesy Hans-Martin Henning 2014
© Fraunhofer ISE
35
© Fraunhofer ISE
Transformation of the energy system
Qualitative trend of total annual cost
cost per year
today mid century
time [years]
w/o t ransformat ion
Die Kosten der Transformation des Energiesystems
Qualitative Darstellung der jährlichen Energiekosten
jährliche Kosten
Zeit (Jahre)
Heute 2050
Zusätzliche
Investitionen (ca. € 500Mrd)
Einsparungen (ca. € 600-1000Mrd bis 2050!)
© Fraunhofer ISE
36
Die wahre Story der PV
Deutschland schuf durch das EEG die Voraussetzungen für ein rasches
Volumenwachstum der PV; die Kombination von weltführender Forschung und
Technologieentwicklung mit dem wachsenden Markt ermöglichten
uns, die Lernkurve sehr viel rascher als erwartet herunterzukommen.
China als Staat und besonders die konkurrierenden Regionen stellten
Investmittel zur Verfügung um PV-Fabriken bis zu 60 GW oder mehr zu bauen;
über 50 % der Ausrüstung wurde bei uns geordert.
Modulpreise fielen als Folge der zu rasch aufgebauten Kapazitäten in die
Gegend von 0,50 €/Wp, zur Freude der Verbraucher bei uns und weltweit.
Viele der heute bestehenden Produktionskapazitäten erlauben nicht, Module zu
unter 0,50 €/Wp zu produzieren; wir erleben Insolvenzen oder Übernahmen und
Stilllegung von Kapazitäten auf altem Equipment.
Ab 2014 wird der zu Solar-Strompreisen von 5-8 ct/kWh weltweit rasch
wachsende Markt neue Produktionskapazitäten verlangen.
© Fraunhofer ISE
37
Die wahre Story der PV
Vorteile in Deutschland
Deutschland schuf durch das EEG die Voraussetzungen für ein rasches
Volumenwachstum der PV; die Kombination von weltführender Forschung und
Technologieentwicklung mit dem wachsenden Markt ermöglichten
uns, die Lernkurve sehr viel rascher als erwartet herunterzukommen.
China als Staat und besonders die konkurrierenden Regionen stellten
Investmittel zur Verfügung um PV-Fabriken bis zu 60 GW oder mehr zu bauen;
über 50 % der Ausrüstung wurde bei uns geordert.
Modulpreise fielen als Folge der zu rasch aufgebauten Kapazitäten in die
Gegend von 0,50 €/Wp, zur Freude der Verbraucher bei uns und weltweit.
Viele der heute bestehenden Produktionskapazitäten erlauben nicht, Module zu
unter 0,50 €/Wp zu produzieren; wir erleben Insolvenzen oder Übernahmen und
Stilllegung von Kapazitäten auf altem Equipment.
Ab 2014 wird der zu Solar-Strompreisen von 5-8 ct/kWh weltweit rasch
wachsende Markt neue Produktionskapazitäten verlangen.
© Fraunhofer ISE
38
Die wahre Story der PV – Die EEG-Umlage
Die EEG-Umlage wurde geschaffen, um die Zusatzkosten durch den
Einspeisetarif für die erneuerbaren Energien auf alle Stromabnehmer
zu verteilen.
Von Anfang an waren die stromintensiven Unternehmen im internationalen
Wettbewerb ausgenommen.
Im Jahr 2009 wurde eine wesentliche Umgestaltung des
Umwälzmechanismus dieser Kosten beschlossen.
© Fraunhofer ISE
39
Entwicklung der EEG-Umlage
2009-2013: Auszahlungen + 100%, EEG-Umlage + 400%!
© Fraunhofer ISE
40
Die wahre Story der PV – Die EEG-Umlage
Die EEG-Umlage wurde geschaffen, um die Zusatzkosten durch den
Einspeisetarif für die erneuerbaren Energien auf alle Stromabnehmer
zu verteilen.
Von Anfang an waren die stromintensiven Unternehmen im internationalen
Wettbewerb ausgenommen.
Im Jahr 2009 wurde eine wesentliche Umgestaltung des
Umwälzmechanismus dieser Kosten beschlossen.
Folge dieser Umgestaltung war ein rascher Anstieg der EEG-Umlage, obwohl
die Auszahlungen an die Einspeiser erneuerbarer Energien nur mäßig
stiegen.
Der gegen die Energiewende aufgestellte Teil der Wirtschaft versucht
erfolgreich, den Anstieg der EEG-Umlage zum Ausbremsen der weiteren
Energiewende zu instrumentalisieren!
© Fraunhofer ISE
41
Die Ernte der Solarenergie als ein Schlüsselpfeiler der
Energiewende
Die Solarenergie ist zusammen mit der Windenergie einer der zentralen
Pfeiler der Energiewende, der Transformation unseres Energiesystem hin zu
effizienter Nutzung von mehr und mehr erneuerbaren Energien.
Globale Überkapazität führte zu rapide gesunkenen PV-Modul Preisen, die
den weltweiten Markt weiter beschleunigen; der ’2. Gold-Rausch’ steht vor der
Tür, der 30-40 GWp/a Markt wird rasch auf 100-300GWp/a wachsen.
PV-Zellen und -Module sind keine commodity, technologischer Fortschritt in
dieser Spitzentechnologie erlaubt Preise und Kosten weiter zu senken.
Die entscheidende Frage wird sein, ob wir diesen Schlüsselmarkt den
asiatischen Herstellern überlassen oder unseren Technologiefortschritt
nutzen, um selbst kommende Technologiegenerationen einzuführen
Wenn wir die forschungs- und industriepolitischen Weichen richtig stellen,
haben wir vielleicht noch eine Chance, unsere ausgezeichnete Stellung im
internationalen Wettbewerb zur globalen Energiewende zu erhalten!
© Fraunhofer ISE
42
Das globale Supergrid der Zukunft
Die Sonne scheint zu jeder Tageszeit auf einen Teil der Erde!
© Fraunhofer ISE
43
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Eicke R. Weber mit Hans-Martin Henning, Bruno Burger, Thomas Schlegl, Gerhard Stryi-Hipp…… www.ise.fraunhofer.de [email protected]
Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE
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44
Walter-Scheel Preis 2015
Bad Godesberg, 8. September, 2015
© Fraunhofer ISE
45
Historic Trend in Energy Payback Time of Crystalline
Silicon PV Modules
Depending on the
technology and location
of the PV system, the
EPBT today ranges from
0.7 to 2 years.
Rooftop PV systems
produce net clean
electricity for approx. 95
% of their lifetime,
assuming a life span of
30 years or more.
Data: EPIA Sustainability Working Group Fact Sheet 2011; since 2010: M.J. de Wild-Scholten 2013. Graph: PSE AG 2014
EPBT of multicrystalline PV rooftop
systems installed in Southern Europe
(Irradiation: 1700 kWh/m²/a at an
optimized tilt angle)
