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Willkommen Welcome Bienvenue
Umsetzung von der Forschung in die industrielle Fertigung Herausforderungen und Chancen für die Schweizer Photovoltaik
Gian-Luca Bona
14. Nationale Photovoltaik-Tagung, Bern
Photovoltaikmodule werden sehr schnell sehr viel günstiger Extrapolation Preise PV Module bis 2050
J. Doyne Farmer, François Lafond, Research Policy 45 (2016) 647-665, How Predictable is Technological Progress www.elsevier.com/locate/respol
Kostentrends verschiedener Technologien
J. Doyne Farmer, François Lafond, Research Policy 45 (2016) 647-665, How Predictable is Technological Progress www.elsevier.com/locate/respol
Photovoltaik aus Entwicklersicht
Zelle
• Material • Ausstattung
Modul
• Material • Ausstattung
System
• Engineering • Design • Speicherung
Anwendung
• Ground mounted • Roof mounted • TIPV, BIPV
F & E Potential in der Photovoltaik?
CO2 Footprint senken (aktuell 66.7 g CO2/kWh, 79 g CO2-eq/kWh) Materialien Systeme Anwendungen
Bessere Effizienz bewährter Materialien (Dünnfilm PV-Zellen: z.B. flexible CIGS Solarzellen: 20.4%, Ziel: 25%)
Bessere Effizienz neuer Materialien (PV Zellen aus Perowskiten: 14.2%; Tandem Zellen)
Energie aus Photovoltaik ist unstetig
Um PV als zuverlässigen Energielieferanten im grösseren Stil einzusetzen, braucht es kurz- und langfristige Speicher und Umwandlungsmöglichkeiten
Quelle: http://www.sma.de/partner/expertenwissen/gewerblicher-eigenverbrauch-von-solarstrom.html
Speicherung: Batterien Blei Lithium-Ionen NatriumNickelchlorid …
http://helion-solar.ch/speicherloesung
Mehr Flexibilität im Energiesystem nötig
Geografische Flexibilität
NETZE
HGÜ, Smart Grid, Power to Gas (PtG), etc.
Zeitliche Flexibilität:
SPEICHER
PSK, Batterien, PtG, etc.
Ressourcen Flexibilität:
UMWANDLUNG/ EFFIZIENZ
z.B. PtG, Wärmenutzung
Markt Flexibilität:
DIVERSIFIKATION
‘Neue Opportunitäten durch Kombination flexibler Lösungen’
z.B. Mobilität, Dezentralisation
Photovoltaik für Gebäude und Mobilität einsetzen • Total Energieverbrauch Schweiz: 727 PJ • Endenergieverbrauch nach Nutzer 2014: Industrie, Dienstleistungen, Landwirtschaft: 26%
Gebäude: 42%
Mobilität: 32% Quelle: BfE, 2015
Speicherung: Power to Gas Biomasse Holzvergasung Vergärung
CO2 aus Luft oder Industrieabgasen
Fluktuierende Biogas, CO 2 Produktion ‘Überschuss’- Elektrolyse Wasserstoff H2 Strom
CO2
Methanisierung Synthetisches Erdgas
Wärmenutzung
• Speichern (kurzfristig elektrochemisch bis langfristig hydroelektrisch) • Direkte Nutzung, z.B. Elektromobilität
• Brennstoffzellen / Wasserstoff-Fahrzeuge • Beimischung zu Erdgasnetz und Erdgasfahrzeugen • Speicherung / Wiederverstromung über Brennstoffzellen
Neue Verteil- und Nutzinfrastruktur nötig
• Erdgasfahrzeuge • Konventionelle Erdgasnutzung • Beimischung zu Erdgas, kontinuierliche Erhöhung des erneuerbaren Anteils • Langzeit-Speicher
Bestehende Erdgas Verteil- und Nutzinfrastruktur
Realitätsnahe Umsetzung an Gebäuden und Mobilität ehub
Zelle
• Material • Ausstattung
Modul
• Material • Ausstattung
System
• Engineering • Design • Speicherung
Anwendung
• Ground mounted • Roof mounted • TIPV, BIPV
• Ökonomische und technische Grenzen bestimmen können (Ausdehnung)
Praxislabore und Demonstratoren
ESI
Areal Energy System
move: Future Mobility Demonstrator H2-Speicher
H2-Kompressor
Methanisierung
(Zusammenarbeit mit PSI)
350 Bar H2-Tankstelle HCNG- Tankstelle CNG- Tankstelle Erdgas/Biogas (CNG)Kompressor/Speicher Elektrolyseur
PtG Erdgas FZ
Ultra Schnell/Ind. Batterie -FZ
HCNGLife Test
350 Bar H2Kehrfahrzeug
700 Bar H2Fahrzeug
Der lange Weg von der Idee (Forschung) bis in den Markt (Innovation) Grundlagen-
Angewandte
forschung
Forschung
ETHZ, EPFL, Universitäten
„Proof of Concept“
Prototyp
Produkte
Produktion &
Entwicklung
Marketing
CSEM, FHS Industrie
Empa Schweizerischer Innovationspark (SIP) Bringt Branchen, Unternehmen, Private und öffentliche Organisationen im Bereich F&E zusammen Staat/Politik/Private Partnerschaft PPP Fokus: Finanzierung und Risikoübernahme •
Erstmittel: ETH/Uni/FH/RI/SNF/KTI
•
Risikoübernahme in Bereichen, in denen Private nicht willens oder in der Lage sind die Risiken zu tragen (z.B. Zeiträume von Grundlagenforschung/fehlendes Know-how, Infrastruktur, finanzielle Mittel etc.)
Fokus: Rahmenbedingungen und (Re-)Finanzierung •
Schaffung von Rahmenbedingungen, welche Markterfolge ermöglichen
•
Indirekte Finanzierung durch Erleichterungen
•
Refinanzierung über Steuern/Gebühren/Abgaben
Herausforderung im Bereich Forschung: «Vergesellschaftung» von Risikofinanzierung vs. Privatisierung von Gewinnen
Der lange Weg von der Idee (Forschung) bis in den Markt (Innovation) Beispiel (Empa): Flexible Dünnschicht-Solarzellen ~18 Jahre Empa Weltrekord: CIGS: h = 20.38% (2012) (Polykristallines Silizium: h = 20.4%)
CH Investor
Investition >50 Mio. CHF 15 MW Pilot Produktionsanlage
Fabrik mit ca. 3500 m2 Roll to Roll Prozess 240 km Solarzellen / Jahr Cu(In,Ga)Se2 Vakuum-Verdampfer
Zusammenfassung und Ausblick
Es gibt in der Schweiz zahlreiche Branchen, die von einer aktiven, sich rasch entwickelnden PV-Branche profitieren können. Dezentrale Energienetze Bau Mobilität Gewebe und Textilien
Ground-mounted (utility-scale) ca 1-100 MW
Gebäude (BIPV/BAPV) ca 1- 10s kW
Mobilität ca 0.1- 5 kW
Nichen (Tragbar e Systeme) < 100 W
Wollen sie etwas persönlich beitragen? sonnendach.ch zeigt Solarenergiepotenzial von Hausdächern Wie viel Strom und Wärme kann mein Dach produzieren?
