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Das ungenutzte Potenzial der Photovoltaik

Ab dem Jahr 2008 erlebten wir einen regelrechten Solar-Boom, der mit dem Zusammenstreichen der PV-Förderung des EEG 2012 schlagartig beendet wurde. Seit dem Jahr 2018 wächst der Solarzubau wieder merklich, bleibt aber weit hinter den sinnvoll nutzbaren Potenzialen ­zurück, wie eine Studie des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE aufzeigt.
Von Udo Leuschner

(23. Juni 2022) Im Auftrag von Greenpeace hat das Fraunhofer ISE eine Kurzstudie zu den Potenzialen der Photovoltaik und Solarthermie in Deutschland erstellt. Der Titel der bereits im August 2021 vorgestellten „Kurzstudie“ – die immerhin 68 Seiten umfasst – wirkt auf den ersten Blick plakativ: „Solaroffensive für Deutschland – Wie wir mit Sonnenenergie einen Wirtschaftsboom entfesseln und das Klima schützen“. Bei näherer Lektüre wird sie diesem Anspruch aber gerecht, obwohl zahlreiche Teilaspekte in der Tat nur sehr kurz dargestellt werden können. Die Studie entkräftet insbesondere den verbreiteten Mythos, dass die Energiewende zum Scheitern verurteilt sei, weil sich unser Strombedarf aus Wind- oder Solarstrom angeblich nicht decken lasse. Insgesamt vermittelt sie einen guten Überblick über das Potenzial, das die Solarenergie nicht allein theoretisch birgt, sondern auch praktisch erschließbar ist. Nachfolgend möchte ich Ihnen die wichtigsten und nach wie vor aktuellen Erkenntnisse zusammentragen.

754 Udo Leuschner

Udo Leuschner ist Journalist und betreibt seit dem Jahr 2000 die Online-Publikation www.energie-chronik.de mit im Monatsrhythmus erscheinenden Berichten zu energiewirt­schaftlich und energiepolitisch relevanten Entwicklungen.

Steigender Strombedarf

Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass der Strombedarf hierzulande bis zum Jahr 2030 deutlich zunehmen wird. Bis zur Vollendung der Energiewende im Jahr 2045 sei sogar mit mehr als einer Verdoppelung des Strombedarfs zu rechnen. Um dem nachgebesserten Klimaschutzgesetz gerecht zu werden, müssten die Photovoltaik und die Solarthermie stark und deutlich schneller als bisher ausgebaut werden. Auf Basis verschiedener Transformationsszenarien sei laut der Studie bis zum Jahr 2040 ein Ausbauziel von 300 bis 450 GWp Photovoltaik als plausibel zu betrachten. Gegenwärtig beläuft sich der Gesamtbestand erst auf rund 57 GWp. Zur Erreichung sei deshalb ein mittlerer jährlicher Nettozubau von 12 bis 20 GWp notwendig. Das entspricht dem drei- bis sechsfachen des durchschnittlichen Zubaus der vergangenen zehn Jahre.

Ungenutzte Dächer

Auf Dachflächen wurden bisher Solarmodule mit einer Nennleistung von rund 40 GWp installiert. Das entspricht etwa sieben Prozent des vorhandenen Potenzials. Die Studie belässt es nicht dabei, die noch ungenutzten Dachflächen auszurechnen, auf denen zusätzlich eine Kapazität von 531 GWp installiert werden könnte, was rein rechnerisch die derzeit in Deutschland installierte Kraftwerksleistung von 220 Gigawatt um mehr als das Doppelte übertreffen würde. Sie prüft zusätzlich die Möglichkeiten einer bauwerkintegrierten Photovoltaik, bei der angepasste PV-Module als Teil der Gebäudehülle eingesetzt werden. In ähnlicher Weise ließen sich Solarmodule in andere Flächen integrieren, die landwirtschaftlich genutzt werden, Wasserflächen sind oder dem Verkehr dienen. Die Schätzung des technischen Potenzials belaufe sich insgesamt auf 3.160 GWp. Das ist rund 14-mal so viel, wie die derzeitige Erzeugungsleistung aller Kraftwerke zusammen.

754 Grafik Technisch nutzbare PV-Ausbaupotenziale / Grafik/Daten: Fraunhofer ISE (2021)

Relationen

Natürlich darf man nicht Äpfel mit Birnen vergleichen, da Solarstrom nur tagsüber anfällt und die Nennleistung der Anlagen auch dann nur unter günstigen Bedingungen erreicht wird. Zum Beispiel war die Photovoltaik im Jahr 2019 zwar mit 21,6 Prozent an der installierten Kraftwerksleistung von 49,1 GW beteiligt, aber erreichte nur 7,65 Prozent der erzeugten Strommenge von 609,4 Terawattstunden. Bei der ebenfalls unregelmäßig anfallenden Windkraft war dieses Verhältnis mit einem Anteil von 26,8 Prozent an der installierten Kapazität und 20,82 Prozent an der Stromproduktion deutlich günstiger. Dennoch wird klar, dass allein die Photovoltaik den gesamten deutschen Stromverbrauch mehrfach abdecken könnte, wenn ihr technisches Potenzial voll genutzt würde.

Solardeckel müssen fallen

Es liegt laut der Studie nicht an den reichlich vorhandenen erneuerbaren Energiequellen oder der zu ihrer Erschließung notwendigen Technik, falls die Energiewende weiterhin lahmen sollte. Die Studie beleuchtet dazu im Abschnitt „Regulatorische Hemmnisse und Lösungsoptionen“ insbesondere politische Hindernisse, die es zu überwinden gilt, damit die Photovoltaik endlich so in Fahrt kommt, wie es angesichts des immer deutlicheren Klimawandels notwendig wäre. Ein starkes Hemmnis sei dabei der „atmende Solardeckel“ in § 49 EEG, der die Einspeisevergütung von einem „annualisierten Zubau“ der Vormonate abhängig macht. In der Praxis bewirke dieser Deckel, dass die Festvergütungen schneller sinken als die Stromgestehungskosten. Dadurch sei die Netzeinspeisung inzwischen unrentabel und es lohne sich bei kleinen Anlagen ­inzwischen nur noch der Eigenverbrauch. ­Anlagen werden deshalb aus Gründen der ­Kostenoptimierung von den Betreibern inzwischen meistens kleiner dimensioniert als es die zur Verfügung stehende Dachfläche zuließe. Ein zügiger PV-Ausbau werde so behindert. Wie die Studie feststellt, müssten „die Einspeisetarife für kleine Aufdachanlagen nicht weiter abgesenkt werden, sondern im Gegenteil stabilisiert und eventuell wieder erhöht werden, damit diese den realen Stromgestehungskosten entsprechen“.

Solarverhinderungsparagraphen

Als weiteres Hemmnis macht die Studie die vorgesehenen Ausschreibungsmengen aus, die in den kommenden zehn Jahren weit hinter den notwendigen Ausbaukapazitäten zurückbleiben, die zur Erreichung bereits gesetzlich fixierter Klimaziele notwendig wären. Auch das im Jahr 2017 eingeführte Mieterstrommodell bleibe nach wie vor weit hinter seinem Potenzial und den möglichen jährlichen Förderquoten zurück. Die im EEG 2021 beschlossenen Verbesserungen würden daran kaum etwas ändern, weil der hohe administrative Aufwand weiterhin die Wirtschaftlichkeit beeinträchtige. Kontraproduktiv sei ferner, dass sich im Marktsegment der PV-Dachanlagen zwischen 300 und 750 Kilowatt die Betreiber neuerdings entscheiden müssen, ob sie entweder 50 Prozent ihrer Stromerzeugung auf Basis des feststehenden anzulegenden Wertes aus dem Marktprämienmodell vergüten lassen oder an einer Ausschreibung teilnehmen, um die gesamte Stromerzeugung auf Basis des Zuschlags vergütet zu erhalten. Wegen der dadurch ausgelösten finanziellen Unsicherheiten sei ein spürbarer Rückgang bei Investitionen zu erwarten. Die Pflicht zur Ausschreibung ab 750 Kilowatt bewirke ebenfalls eine Minderung des Zubaus, weil die Anlagenbetreiber dann die volle Erzeugung einspeisen müssen und keinen Strom selbst verbrauchen dürfen. Als Folge würden Flächen auf großen Gebäuden vielfach nicht vollständig genutzt, um entweder die Ausschreibungspflicht zu verhindern oder bei einer Realisierung außerhalb des EEG den Eigenverbrauchsanteil zu maximieren.

Günstige Sonnenenergie

Die Studie unterstreicht, dass Photovoltaik schon heute zu den günstigsten Stromquellen zählt. Die Stromgestehungskosten liegen für Dachanlagen in einem Bereich von 6 bis 11 Cent pro Kilowattstunde. Bei Freiflächen-Anlagen sind es sogar nur etwa 3 bis 5 Cent. In Zukunft würden die Kosten für PV-Strom weiter sinken und absehbar nur noch 2 bis 7 Cent betragen, während die Kosten für Strom aus fossilen Energieträgern steigen. Im Vergleich dazu liegen die Kosten für die Kilowattstunde Windstrom heute bei 4 bis 8 Cent und würden bis 2040 nur leicht sinken. Die Modulpreise sind in den letzten Jahren stark gefallen. Während der durchschnittliche Modulpreis 2018 in Deutschland mit rund 430 Euro pro Kilowatt Nennleistung beziffert wurde, lag er im Jahr 2020 bei 310 Euro. Dabei besteht ein Preisunterschied zwischen chinesischen und deutschen Modulherstellern, der gegenwärtig rund 50 Euro pro kWp beträgt, aber tendenziell sinke, zumal für chinesische Module mit steigenden Transportkosten zu rechnen sei.

Wirkungsgradsteigerungen

In der Vergangenheit konnte der mittlere Wirkungsgrad marktgängiger Module durch beständige Innovationen um rund 0,3 Prozent pro Jahr gesteigert werden. In den letzten Jahren kam es sogar zu einer Beschleunigung dieser Steigerungsrate. Die Studienautoren gehen davon aus, dass diese Dynamik längerfristig aufrechterhalten werden kann, was zu Wirkungsgradprognosen von mindestens 23 Prozent für das Jahr 2030 und mindestens 30 Prozent für das Jahr 2050 führen soll. In der betrieblichen Praxis werden diese Nennwirkungsgrade allerdings nicht erreicht, weil erhöhte Temperaturen, Verschmutzung, elektrische Verluste, Ausfälle und weitere Effekte die Erträge um ein Zehntel bis ein Fünftel schmälern. Mit bifazialen Modulen, verbessertem Temperaturverhalten neuerer Zelltechnologien und sorgfältiger Anlagenwartung sollen sich diese Betriebsverluste aber deutlich reduzieren lassen.

Arbeitsplätze

Laut der Studie würde eine vertikal integrierte Photovoltaik-Produktion in Europa nicht nur eine Import-Unabhängigkeit für den systemkritischen Energiesektor bedeuten, sondern auch pro Gigawatt PV-Erzeugungsleistung rund 9.000 bis 15.000 Arbeitsplätze schaffen. Weitere 3.500 Arbeitsplätze pro Gigawatt entstünden durch die systematische Installation von PV-Kraftwerken. Aufgrund des sehr hohen Automationsgrads in allen Stufen der PV-Produktion sind darin viele hochqualifizierte Stellenprofile enthalten. Hinzu kämen weitere Arbeitsplätze bei Materialzulieferern und im Maschinenbau. Ein stärkerer Ausbau der Photovoltaik sei daher nicht nur für Energieverbraucher günstig, für das Gelingen der Energiewende und der Klimaziele notwendig, sondern schaffe zudem auch noch Arbeitsplätze.

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