5.1 Umsetzung von der Forschung in die industrielle Fertigung

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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?

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