Die Menge an Sonnenenergie, die auf der Erde auftrifft, übersteigt den Energiebedarf der gesamten Menschheit bei Weitem. Deshalb sind Photovoltaikanlagen, die Sonnenenergie in Strom umwandeln, eine besonders ergiebige Form der regenerativen Stromerzeugung. Wie die Windenergie ist aber auch die Solarenergie volatil, da sie von der Sonnenstrahlung abhängt. Deshalb muss überschüssiger Solarstrom zwischengespeichert werden.
Vor- und Nachteile der Solarenergie
Mittels Photovoltaik wird das Sonnenlicht in Solarzellen auf Dachflächen und in Freiflächenanlagen eingefangen und direkt in Strom umgewandelt. Die Sonne als unendliche Energiequelle steht unbegrenzt und kostenlos zur Verfügung. Die gesamte auf die Erdoberfläche auftreffende Sonnen-Energiemenge ist mehr als fünftausend Mal größer als der Energiebedarf der Menschheit1. Der Betrieb von Photovoltaikanlagen ist emissionsfrei. Ein weiterer Vorteil: Photovoltaikanlagen können direkt in bebaute Gebiete integriert werden – keine Mindestabstände sind erforderlich. Die Erzeugung von Solarstrom ist jedoch sehr volatil. Sie hängt von der Sonneneinstrahlung und den Wetterbedingungen ab. Nachts liegt sie sogar bei null. Daher kann ohne Zwischenspeicherung keine bedarfsgerechte Energieversorgung gewährleistet werden. Aufgrund der niedrigen Energiedichte der Sonneneinstrahlung benötigt die Solarstromerzeugung relativ hohe Flächen. Neben der Erzeugung von Elektrizität wird die Sonnenenergie zur Wärmegewinnung und in sonnenreichen Regionen für den Betrieb von Solarwärmekraftwerken genutzt, die mithilfe von Wärme und Wasserdampf Strom erzeugen. Mit dem Ausbau der Wind- und Sonnenenergie kann die Abhängigkeit von rohstoffproduzierenden Ländern reduziert werden, da keine fossilen oder nuklearen Brennstoffe importiert werden müssen – oder zumindest lediglich geringere Mengen.
Solarenergie in Deutschland
In Deutschland nimmt die Zahl der Unternehmen und privaten Haushalte zu, die aus der Sonnenenergie ihren eigenen Strom erzeugen. Laut Statistischem Bundesamt waren im März 2022 auf Dächern und Grundstücken 2,2 Millionen Photovoltaikanlagen mit einer Nennleistung von insgesamt 58.400 MW installiert: ein Plus von 10,1 % im Vergleich zum Vorjahresmonat2. Heute wird in Bayern der meiste Strom aus Photovoltaik erzeugt, gefolgt von Baden-Württemberg und Nordrhein-Westfalen. Im Jahr 2021 wurden 50,0 Mrd. Kilowattstunden Strom aus PV-Anlagen in Deutschland erzeugt. Trotz der hohen Anzahl neu gebauter PV-Anlagen bedeutet das jedoch aufgrund des sonnenarmen Wetters 2021 nur ein Plus von ca. 1 % im Vergleich zum Vorjahr3. Im ersten Quartal 2022 lag der Anteil der Photovoltaik bei 6,3 % der gesamten Stromerzeugung in Deutschland: ein Plus von 34 % im Vergleich zum entsprechenden Vorjahreszeitraum4.
Solarenergie in Europa und weltweit
165 GW beträgt die in der EU installierte PV-Gesamtkapazität5. Dabei führt Deutschland mit 59,9 GW installierter Kapazität, gefolgt von Italien. Sonnenreiche Länder wie Spanien oder Frankreich hinken hinterher. Laut dem Branchenverband SolarPower Europe ist Spanien mit 384 W installierter Leistung pro Einwohner nur die Nummer 9 in der EU. Das Ranking führen die Niederlande mit 765 W und Deutschland mit 715 W an. Frankreich befindet sich nicht unter den Top 106. In diesem Land sollen jedoch Maßnahmen den Ausbau von Photovoltaikanlagen beschleunigen. Pro Jahr sollen bis Ende 2025 mehr als drei GW installiert werden. Das Ziel ist eine Kapazität von über 35,6 bis 44,5 GW bis 20287. Weltweit ist die Volksrepublik China führend und der Ausbau der PV-Kapazitäten läuft dort auf Hochtouren. Allein im Mai 2022 wurden in China PV-Anlagen mit einer Gesamtleistung von 6,83 GW neu installiert. Nach Angaben des China Renewable Energy Engineering Institute (CREEI) sollen 2022 bis zu 100 GW an neuen PV-Kapazitäten installiert werden8.
Zwischenspeicherung von überschüssigem Solarstrom
Der beschleunigte Ausbau der Photovoltaik- und Windanlagen reicht nicht aus, um die Energiewende erfolgreich zu gestalten. Die Speicherung von Solar- und Windstrom in großer Menge ist eine der zahlreichen Herausforderungen. Wenn zu viel Strom aus Wind- und Solaranlagen erzeugt wird, muss der überschüssige Strom gespeichert werden. An wind- und sonnenarmen Tagen muss Strom ins Netz eingespeist werden, um den Bedarf zu decken. Als Kurzzeitspeicher für die Stabilisierung des Stromnetzes kommen Lithium- und Blei-Säure-Batterien zum Einsatz, eingebaut in sogenannten Batterieparks. Sie sorgen für ein Gleichgewicht im Stromnetz. Wenn z. B. eine Böe die Stromerzeugung eines Windparks kurzzeitig nach oben treibt, speichern die Batterien die überschüssige Energie. Oder sie liefern kurzfristig elektrische Energie, wenn eine Wolke eine Photovoltaikanlage verschattet und die Leistung sinkt.
Um Schwankungen des Stromverbrauchs im Tagesverlauf auszugleichen, wird der überschüssige Strom (z. B. nachts oder bei starkem Wind) in Pumpspeicherkraftwerken gespeichert. Dabei wird das Wasser in einen höher gelegenen Stausee gepumpt. Bei Bedarf (z. B. Windflaute oder Verbrauchsspitzen) wird das Wasser den Berg heruntergeleitet. Das treibt eine Turbine an, die Strom erzeugt. Pumpspeicherkraftwerke sind ideal für die Speicherung großer Energiemengen. Aus Naturschutzgründen unterliegt ihr Bau jedoch besonders strengen Vorgaben.
Zukunft: Dezentrale Batterien und Herstellung von Wasserstoff
In Zukunft könnten viele kleine dezentrale Batterien, z. B. Batterien in unterbrechungsfreien Stromversorgungsanlagen, so intelligent angesteuert werden, dass sie sich wie ein großer Energiespeicher verhalten. Bei einem Stromüberschuss werden sie geladen, bei Bedarfsspitzen speisen sie einen Teil ihrer Kapazität wieder ins Netz.
Auch die Herstellung von Wasserstoff mittels überschüssiger Windenergie und dessen Speicherung über einen längeren Zeitraum ist eine Lösung, um die windarmen Zeiten und die Wintermonate mit sehr geringen Sonneneinstrahlungen zu überbrücken. In diesem Fall wird der Wasserstoff bei Bedarf in elektrische Energie umgewandelt.
Quellen:
