Aktuelle Fakten zur Photovoltaik in Deutschland
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Aktuelle Fakten zur Photovoltaik in Deutschland Zusammengestellt von Dr. Harry Wirth, Fraunhofer ISE Fassung vom 27.07.2012 Kontakt: Karin Schneider Presse und Public Relations Telefon: +49 (0) 7 61 / 45 88-51 47 Fax: +49 (0) 7 61 / 45 88-91 47 Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE Heidenhofstraße 2 79110 Freiburg info@ise.fraunhofer.de Fakten zur PV 27.07.12 1 (53)
Inhalt
1. Wozu dieser Leitfaden? ..................................................................................... 4
2. Liefert PV relevante Beiträge zur Stromversorgung?...................................... 4
3. Ist PV-Strom zu teuer? ....................................................................................... 5
3.1 Stromgestehungskosten......................................................................................... 5
3.2 Einspeisevergütung ................................................................................................ 7
3.3 Preisbildung an der Strombörse und der Merit Order Effekt ............................ 10
3.4 EEG-Umlage ........................................................................................................... 12
3.5 Wird PV-Strom subventioniert? ........................................................................... 14
4. Verteuert PV-Stromerzeugung den Strom für Privathaushalte? .................. 16
4.1 Preiseinfluss der Politik......................................................................................... 16
4.2 Preiseinfluss der EVUs........................................................................................... 18
4.3 Subventionieren Mieter gut situierte Hauseigentümer mit der
Stromrechnung? ............................................................................................................... 19
5. Bringt eine PV-Anlage vernünftige Renditen? .............................................. 19
6. Verschlingt die PV-Forschung hohe Fördermittel? ........................................ 20
7. Erzeugt PV-Installation in Deutschland nur Arbeitsplätze in Asien? ........... 20
8. Lehnen die großen Kraftwerksbetreiber PV-Installationen ab? ................... 21
9. Überlastet PV-Strom die Netze? ..................................................................... 22
9.1 Solarstrom wird dezentral eingespeist ............................................................... 22
9.2 Solarstrom-Produktion ist planbar ...................................................................... 23
9.3 Spitzenproduktion deutlich kleiner als installierte Leistung ............................. 24
9.4 Wieviel PV-Strom verträgt unser heutiges Stromnetz? ..................................... 24
10. Verschlingt die Produktion von PV-Modulen viel Energie? ...................... 25
11. Konkurriert der PV-Zubau mit der Nahrungsmittelproduktion auf
Ackerflächen? .......................................................................................................... 25
12. Sind PV-Anlagen in Deutschland effizient? ................................................ 25
12.1 Degradieren PV-Anlagen? .................................................................................... 27
12.2 Verschmutzen PV-Module? .................................................................................. 28
12.3 Arbeiten PV-Anlagen selten unter Volllast? ....................................................... 28
13. Liefert PV relevante Beiträge zur CO2-Vermeidung? ................................. 30
Fakten zur PV 27.07.12 2 (53)
14. Können wir in Zukunft einen wesentlichen Teil unseres Energiebedarfs
durch PV-Strom decken? ........................................................................................ 30
14.1 Energieszenarien ................................................................................................... 31
14.2 Energiebedarf und Energieangebot .................................................................... 33
14.3 Ausgleichsmaßnahmen......................................................................................... 39
14.3.1 Netzausbau ................................................................................................................... 41
15. Enthalten PV-Module giftige Substanzen? ................................................ 42
15.1 Wafer-basierte Module......................................................................................... 42
15.2 Dünnschicht-Module ............................................................................................. 42
16. Sind Rohstoffe zur PV-Produktion ausreichend verfügbar? ..................... 42
16.1 Wafer-basierte Module......................................................................................... 42
16.2 Dünnschicht-Module ............................................................................................. 42
17. Erhöhen PV-Anlagen das Brandrisiko? ...................................................... 43
17.1 Können defekte PV-Anlagen einen Brand auslösen? ......................................... 43
17.2 Gefährden PV-Anlagen die Feuerwehrleute? ..................................................... 43
17.3 Behindern PV-Module den direkten Löschangriff über ein brennendes Dach?
44
17.4 Entstehen beim Brand von PV-Modulen giftige Imissionen? ............................ 44
18. Hat deutsche Energiepolitik globale Relevanz? ......................................... 44
19. Anhang: Fachbegriffe .................................................................................. 45
19.1 Stromgestehungskosten (LCOE – Levelized Costs of Electricity) ....................... 45
19.2 EEG-Umlage ........................................................................................................... 45
19.3 Modulwirkungsgrad ............................................................................................. 46
19.4 Nennleistung eines PV-Kraftwerks ...................................................................... 46
19.5 Spezifischer Ertrag ................................................................................................ 47
19.6 Systemwirkungsgrad ............................................................................................ 47
19.7 Performance Ratio................................................................................................. 47
19.8 Grundlast, Mittellast, Spitzenlast, Netzlast und Residuallast ............................ 47
19.9 Nettostromverbrauch ........................................................................................... 48
20. Anhang: Abkürzungen ................................................................................. 48
21. Anhang: Quellen .......................................................................................... 49
22. Anhang: Abbildungen.................................................................................. 52
Fakten zur PV 27.07.12 3 (53)
1. Wozzu diese
er Leitfad
den?
Deutschhland lässtt das fossil-nukleare Energiezeittalter hinte
er sich. Ph otovoltaik wird in
unsererr nachhaltigen Energ giezukunft eine bede eutende Ro olle spielenn. Die vorliegende
Zusammmenstellung g aktuellste
er Fakten, Zahlen und
d Erkenntnisse soll einne gesamth heitliche
Bewertung des Ph hotovoltaik--Ausbaus in n Deutschla
and unterstützen.
2. Lieffert PV re
elevante
e Beiträge
e zur Strromverso
orgung?
?
Ja.
Im Jahrr 2011 deckte die PV nach aktu ueller Schättzung 3,8%
% des Strommverbrauchhs (End-
energiee, vergleich
he Kapitel 19.9) in D
Deutschlandd. Alle Erneuerbaren Energien (EE) zu-
sammengenommeen lieferten n über 23%% des Strom mverbrauchhs. An sonnnigen Tage
en deckt
PV-Stro
om mittlerw z 20% dees momen
weile bis zu ntanen Stroombedarfs und damit einen
Großteil der Tagessspitze.
Abbildung 1: Anteil der Erneuuerbaren Ennergien am Stromverbrrauch (Endeenergie) in Deutsch-
land, Da
aten bis 2010 [BMWi], Daten
D 2011 a
aus [BDEW1, BDEW3]
Fakten zur PV 27.07.12 4 (53)3. Ist PV-Strom zu teuer? Das hängt vom Blickwinkel ab. Derzeit wird PV-Strom in Deutschland zu höheren Kosten erzeugt als Strom aus konven- tionellen Kraftwerken. Als wichtige Stütze der Energiewende wird die PV- Stromproduktion deshalb durch das Instrument des EEG unterstützt. Die Mehrkosten werden auf die Verbraucherstrompreise umgelegt, so dass der Anlagenbetreiber einen wirtschaftlichen Betrieb erreichen kann. Ziel des EEG ist weiterhin, die Stromgeste- hungskosten kontinuierlich zu reduzieren (siehe Lernkurve), um mittelfristig wettbe- werbsfähig zu werden. Ein wichtiger Baustein zur nachhaltigen und emissionsfreien Stromerzeugung wird aber auch die reale Einpreisung der sogenannten externen Kosten konventioneller Energie darstellen, wie es der Emissionshandel verfolgt. Dieses Instru- ment bewirkt aber derzeit noch keine wesentliche Verteuerung der konventionellen Energie, wodurch die Wettbewerbsfähigkeit erneuerbarer Energie noch nicht gegeben ist. 3.1 Stromgestehungskosten Die Stromgestehungskosten eines PV-Kraftwerks, näher erläutert in Kapitel 19.1, be- zeichnen das Verhältnis aus Gesamtkosten (€) und elektrischer Energieproduktion (kWh), beides bezogen auf seine wirtschaftliche Nutzungsdauer. Die Höhe der Stromge- stehungskosten für PV-Kraftwerke [ISE1] wird v.a. bestimmt durch: 1. Anschaffungsinvestitionen für Bau und Installation der Anlagen 2. Finanzierungsbedingungen, Laufzeiten und Renditen 3. Betriebskosten während der Nutzungszeit der Anlage 4. Einstrahlungsangebot 5. Lebensdauer der Anlage Gemäß einer Studie von EuPD Research haben die Stromgestehungskosten für neu in- stallierte, kleine Dachanlagen bereits im 3. Quartal 2011 das Preisniveau von Haushalts- strom erreicht (Abbildung 2). Der dominierende Kostenanteil von PV-Kraftwerken sind die Investitionskosten. Die In- vestitionskosten für mittlere und große Anlagen fielen in der Vergangenheit durch tech- nologischen Fortschritt und Skaleneffekte durchschnittlich um ca. 10% pro Jahr. Abbil- dung 3 zeigt die Preisentwicklung für Aufdachanlagen bis 100 kWp Nennleistung. Klei- ne Dachanlagen (2-5 kWp) sind etwas teurer, je nach Komplexität der Installation. Der Preis der PV-Module ist für gut die Hälfte der Investitionskosten eines PV-Kraftwerks verantwortlich. Die Historie zeigt, dass die Preisentwicklung für PV-Module wie für viele andere Produkte der sogenannten „Preis-Lernkurve“ folgt, d.h. bei Verdopplung der gesamten installierten Leistung sinken die Preise um immer denselben Faktor. Es wird erwartet, dass die Preise auch künftig entsprechend dieser Gesetzmäßigkeit weiter sin- Fakten zur PV 27.07.12 5 (53)
ken, so
ofern auch in Zukunftt große An nstrengungen bei der Weiterenttwicklung der
d Pro-
dukte u
und Herstelllprozesse geleistet
g weerden könn
nen.
Abbildung 2: Enttwicklung der
d Stromg
gestehungsk kosten für neu instaallierte, kle
eine PV-
Dachanllagen und der
d Haushaltts-Strompreiise (EuPD Re
esearch 2011
1)
Abbildung 3: Entwicklung der Endkundenp
E preise für PV
V-Aufdachan
nlagen [BSW
W]
Fakten zur PV 27.07.12 6 (53)Ende 2011 waren n weltweit ca. 67 GW W PV-Leistung installie ert. Abbilduung 4 zeigt die in-
flationssbereinigtenn Preise au
uf EURO 20 010-Niveau. Die Durch hschnittsprreise stamm
men von
Strategies Unlimited und Navigant
N C
Consulting. Der Durrchschnittsppreis umfa asst alle
marktreelevanten Technolog
T ien, also kkristallines Silizium und Dünnscchicht. De er Trend
deutet auf eine Halbierung
H der Preise bei einer Verzehnfac
V hung der kkumulierten instal-
lierten LLeistung.
Abbildung 4: Historrische Entwicklung der Preise für PV-Module
P (PSE
( AG/Fraaunhofer ISEE, Daten-
quelle: S
Strategies Unlimited/Na
U avigant Connsulting, 2011 geschätz
zt). Die Geraade zeigt de
en Trend
der Preissentwicklun
ng.
3.2 E
Einspeisev
vergütung
Da weeder ein Multi-Megawatt-PV-K Kraftwerk, geschweiige denn eine kleine PV-
Dachan nlage nach h heutigemm Kostenveerständnis (vgl. Kapittel 3.5) m mit fossil-nu
uklearen
Kraftweerken in puncto Sttromgesteh hungskosteen konkurrrieren kannn, erhaltten PV-
Kraftweerksbetreibber in Deutsschland einne feste Einspeisevergütung überr die Dauerr von 20
Jahren. Nach End de des Absschreibung szeitraums ist Strom aus PV-Krraftwerken wegen
niedrigeer Betriebskosten und d fehlende r Brennsto offkosten („
„Grenzkostten“) günstiger als
jeder anndere Strom. Fossil-nukleare Krraftwerke hingegen
h müssen
m aucch nach voollständi-
ger Absschreibung g der Investtition laufen
nd Brennm material zuk
kaufen undd Brennabfäälle ent-
sorgen,, um Stromm zu erzeuggen.
Die Höhhe der Verg gütung und d den Vorrrang der Sttromeinspeisung für SSolarstrom legt das
Erneuerrbare-Energ gien-Gesetz [EEG1, EEEG2] fest.. Diese Vergütung sooll Investorren eine
angemeessene Ren ndite ermö öglichen un nd durch fortschreite
f ende Degreession die weitere
Fakten zur PV 27.07.12 7 (53)Senkun ng der Stro omgestehungskosten von PV-A Anlagen stimulieren (A Abbildung 5). Für
Anlagen, die am 1. Juli 2012 in Betriieb gehen,, werden je nach Annlagengröße und -
bauart 13,10..18,,92 ct/kWh h für die kommende en 20 Jahre vergüteet. Zum Ve ergleich:
Strom aaus offshorre-Windkra aftanlagen wird ab 20 012 mit biss zu 19 ct//kWh (Anfa angsver-
gütung inkl. Bonii) vergütet,, die entsp prechenden n Vergütungssätze wuurden kürzzlich an-
gehobeen.
Die Einsspeisevergü ütung für PV-Strom
P ssinkt schneller als bei jeder andeeren regenerativen
Stromquelle. Neu installierte e, große An nlagen hattten schon 2011 die sogenanntte „Grid
parity“ am Hausaanschlusspu unkt erreiccht: ihre Vergütung liegt seitheer niedrigerr als der
Bruttop preis von Haushaltsstrrom (Abbilddung 5). Anfang 2012 erreichteen auch neu instal-
lierte, kkleine Aufdachanlagen n „Grid pa rity“.
Abbildung 5: Vergü ütung von PV-Strom n nach dem Datum
D der Anlageninbe
A etriebnahme
e gemäß
EEG, du
urchschnittliche Vergütung von PV V-Strom fürr Anlagenbe
estand [VDN
N] und Stro
ompreise
[BMWi];; gestrichelte Linienabscchnitte beru
uhen auf Sch
hätzungen
Die durrchschnittlicche EEG-Veergütung ffür PV-Strom liegt im Jahr 2012 bei ca. 35 ct/kWh
[BDEW4 4], hier wirkt sich deer ältere A
Anlagenbesttand mit seinen höheeren Vergü ütungen
aus. Abb dem Jahr 2020 we erden die jjeweils älte
esten Anlag
gen nach und nach aus der
EEG-Veergütung au usscheiden, weil die 2
20-jährige Bindungsfrrist ausläuftt. Sie werd
den aber
noch w
weiter Strom m liefern, dessen Gesttehungskossten alle an
nderen fosssilen oder erneuer-
e
baren QQuellen un nterbieten. Der alte A Anlagenbestand, der heute diee durchschnittliche
Vergütuung anhebtt, wird ab 2020
2 vorau
ussichtlich kostensenk
k kend wirkenn.
Fakten zur PV 27.07.12 8 (53)Unter d
der Annahme kontinuierlicher Entwicklun ngen von Stromkoste
S en und Vergütung
wird „G
Grid Parity“ auch für die industtriellen Stro
omkunden in wenigeen Jahren erreicht.
e
Abbildu
ung 6 zeigtt eine Progn
nose bis zu
um Jahr 202 20 für verscchiedene M
Marktsegmente.
Abbildung 6: Progn nose zur Ve ergütungs- u
und Stromppreisentwick
klung, Grafi k: B. Burger, Fraun-
hofer ISE, Stand 10..04.2012; Da
aten: BMU, E nd BMWi Energiedaten
EEG 2012 un
Nachdeem die Verrgütung be ei Neuinstaallationen über
ü mehreere Jahre m moderat um m 5%/a
sank, b
beschleuniggte sich derr Abwärtstrrend auf mindestens
m 28% Kürzuung im Jah hr 2012.
Dabei wwurde das Wachstum m der Zuba uzahlen be ereits im Ja
ahr 2011 m mit 7,5 GW
W Zubau
(Vorjahr 7,4 GW Zubau)
Z pra
aktisch gesttoppt. Bei einer
e zu schnellen weeiteren Abssenkung
der Verrgütung besteht die Gefahr,
G das s Investoren in Deutscchland keinne Renditecchancen
mehr seehen, der Markt
M einbricht und HHersteller ih
hre Produktte nicht meehr kostend deckend
verkauffen könnenn.
Eine Deeckelung dees Zubaus könnte zw war den jährrlichen Zuw wachs der PPV-bedingten EEG-
Umlageensumme präzise
p beggrenzen, wwürde aber das fatale Signal an alle Markttteilneh-
mer sen nden, dasss sich höch
hste Anstreengungen – auch zurr Kostensennkung - nicht loh-
nen. Mit der radikkalen Abseenkung derr Einspeisevvergütung in den letzzten beiden n Jahren
(um 43% seit 31.12.2009) und u der beereits geplanten Degre ession ist ddafür gesorrgt, dass
die Belaastung der Stromverb braucher nu ur noch ge eringfügig steigen kannn, vergleiche Ab-
bildung
g 15. Das gilt
g aber nu ur, sofern ees keine poolitisch gew
wollte, zusäätzliche Lastenver-
schiebu
ung von der Industrie zu den Hau ushalten giibt.
Fakten zur PV 27.07.12 9 (53)3.3 P
Preisbildun
ng an der Strombörrse und de
er Merit Orrder Effekkt
Die Preisfindung an
a der Leip pziger Stro mbörse (Eu uropean Ennergy Exchaange AG, EEX) er-
folgt naach dem Prrinzip des „Merit
„ Ord er“. Die Veerkaufsangebote der Stromerzeuger für
bestimm mte Strommmengen, in n der Regell durch die e jeweiligen
n Grenzkossten definie
ert, wer-
den nach Preisen aufsteigen nd sortiert (Abbildung g 7). Die Kaufangebo
K oten der Sttromab-
nehmerr werden absteigend
a sortiert. Deer Schnittpunkt der Kurven
K ergibbt den Börsenpreis
für die gesamte gehandelte
g Menge. D Das teuerste Angebott, das zum Zuge kom mmt, be-
stimmt somit die teilweise erheblichen
e n Gewinnm margen der kostengünnstigeren Anbieter,
A
d.h. inssbesondere für Atom- und Kohleestrom.
Abbildung 7: Preisb
bildung an der EEX [Roo
on]
Die Einsspeisung voon PV-Strom hat geseetzlichen Vorrang,
V som
mit steht a m Anfang der An-
gebotsp preisskala. Mit fiktive
en Grenzko
osten gleich
h 0 kommtt PV-Strom m immer zu um Zug.
Wenn aaber PV-Strrom komm mt, kommt eer massiv in der Tageskernzeit, w wenn die Last
L ihre
Mittagssspitze erreeicht. Dort verdrängt er grundsäätzlich teurre Kraftweerke, senkt den re-
sultierenden Strompreis und damit d die Gewinnne der fosssil-nukleareen Strome erzeuger
(Abbildung 8).
Fakten zur PV 27.07.12 10 (53)Abbildung 8: Einfluss von EE au
uf die Preisb
bildung an der
d Strombö
örse [WEC]
Abbildu
ung 9 zeigtt die Merit Order für d
das Jahr 20
008 und die EEX-Preisse in Abhängigkeit
der Ressiduallast, d.h.
d der Differenz von n Verbrauccherlast und privilegieerter Strom
meinspei-
sung duurch Wind,, PV, Wasseer und KWK K.
Abbildung 9: Merit Order für das Jahr 2008
8 und EEX-P
Preise [Roon]
„Wie (...) gezeigt, korreliert der Stromppreis positivv mit der Residuallast
R . Eine erhö
öhte Ein-
ng aus erneeuerbaren Energien
speisun E fü
ührt zu eineer verminderten Residduallast und d in Fol-
ge desssen auch zu einem ve erringertemm Strompre eis, was alss Merit Ordder Effekt bezeich-
b
d.“ [Roon]
net wird
Fakten zur PV 27.07.12 11 (53)Die an der Stromb
börse gehandelten Strrommenge en entsprachen 2011 eetwa einem m Drittel
der gessamten deutschen Sttromerzeug gung. Es ist davon au uszugehen,, dass die Preisbil-
dung an der Börsee auch außerbörslichee Preise in vergleichba
v arer Weise bbeeinflusst [IZES].
Abbildu
ung 10 zeig
gt die Meritt Order fürr das Jahr 2011.
2
Abbildung 10: Merit-Order der konvention
nellen Kraftw
werke 2011 [IZES]
3.4 E
EEG-Umlag
ge
Die Diffferenz zwisschen der Einspeiseve
E ergütung fü ür EE-Strom
m und den erzielbaren n Strom-
preisen, die sogenannten Differenzkos
D sten, werd
den zusamm men mit seekundären Kosten
über die EEG-Umlage ausge eglichen, veergleiche Kapitel
K 19.2
2. Die Umlaage tragenn grund-
sätzlich die Strom
mverbrauch her. Für daas Jahr 20 012 wurde e die EEG--Umlage auf 3,59
ct/kWh h festgelegt. Überschusszahlung gen werden n von der Umlage
U im Folgejahr abgezo-
gen. Füür Letztverbbraucher fäällt auf diee EEG-Umlaage noch Umsatzsteuuer an. De er Anteil
der EEGG-Umlage, der auf PV V-Stromerzzeugung entfällt, bettrug 2011 mit 1,783 ct/kWh
50.5% [BDEW6]. Abbildung 11 zeigt d die Anteile der
d einzelnen EE an dder EEG-Um mlage.
Da die PV in 2011 nur 16% % des gesa mten EE-Sttroms beig getragen haat, erfährt sie eine
bevorzu ugte Förderung. Das ist weder ü überraschend noch ungewollt. D Die überproportio-
nale Föörderung deer PV ist diirekte Folgee der Tatsa
ache, dass ihre Strom
mgestehung gskosten
und Einnspeiseverg d Anfan gsjahren des
gütung in den d EEG um m ein Vielfaaches höhe er lagen
als bei anderen EE,
E bspw. ca. c Faktor 7 im Verglleich zum Wind.W Die Bevorzugu ung war
Fakten zur PV 27.07.12 12 (53)auch geewollt, weil man der PV das höcchste Koste
ensenkungsspotential zzugeschrieb
ben hat.
Im Rückblick wurden diese Erwartung gen weit üb
bertroffen: Strom auss neu instaallierten,
großen PV-Anlageen wird heute schon geringer vergütet als Windstrom m aus neueen Offs-
horeparks (Anfanggsvergütunng inkl. Bon
ni).
Abbildu
ung 11: Strruktur der EEG-Umlag
E ge 2011, Da
aten aus [B
BDEW6]
Die EEGG-Umlage wirdw aufgru und ihrer DDefinition vo
on folgenden Faktore n erhöht:
1. steig gende priviilegierte Strommengeen
Im Jaahr 2012 entfallen ca. 18% des Stromverb brauchs auff strominte nsive Indusstrie, die
von der Umlage praktisch h befreit istt. Die dadu
urch entstehenden M ehrkosten von 2,5
Mrd. € tragen die kleineren Verbraaucher, also o Haushaltte sowie inndustrielle und ge-
werb bliche Klein
nverbrauche er [BNA]
2. steig gender Eigenverbraucch
Der aan sich erwwünschte Eigenverbra uch von So olarstrom verringert d ie Strommenge im
Netzz, folglich stteigt die Ummlage für ddie verbleib
benden Stroommengenn
3. sinkkender Stro omverbraucch
Strom msparmaßn nahmen se enken die vverbleibenden Stromm mengen im Netz und erhöhen
e
damit die Umlaage pro kW Wh
4. steig gende Prod duktion von n Strom au us EE
Der aan sich erwwünschte Ausbau
A derr EE-Stromeerzeugung erhöht zum mindest ku
urzfristig
die UUmlage, so owohl dire ekt, weil m ehr Einspeisevergütun ng ausgezaahlt wird, als
a auch
indirekt über den Preisvverfall von n Emissionsszertifikaten, der zuu einem billigeren
b
Strom mangeboteen fossiler Kraftwerke
K e führt.
5. der Merit-Ordeer-Effekt
Die EEinspeisung g von PV-Sttrom zu Taageszeiten mit ehemals hohen B örsenstrom mpreisen
senkkt effektiv den
d Stromp preis, erhöhht aber gleichzeitig die
e Differenzz zwischen Einspei-
severgütung un nd Börsenp preis, der d ie Grundlage für die Berechnun g der Umla age dar-
stelltt.
6. die Managmen nt-Prämie als
a Teil der Marktpräm mie
Das aktuelle Marktprämie
M en-Modell verursachtt Mehrkostten in dreisstelliger Millionen-
höhee.
Fakten zur PV 27.07.12 13 (53)3.5 W
Wird PV-Sttrom subv
ventioniertt?
Nein.
ürzten Darsstellungen werden offt Summen über die vergangenee und künfttige Ein-
In verkü
f PV-Strom in dreisttelliger Milliardenhöhe
speiseveergütung für e gebildet uund als „Suubventi-
on“ deklariert. Ein
ne Subventtion ist abeer definiert als eine Leeistung auss öffentlich
hen Mit-
teln, w
während das EEG eine e Umlage vvorsieht: Ennergieverbrraucher zahhlen eine Zwangs-
Z
abgabee für die Transformattion des En nergiesysteems. Diese Sichtweisee wurde au uch von
der EU--Kommissio on bestätigt. Die Höh e der Umla age entspricht auch nnicht der ge esamten
Vergütuung, sondeern im Wessentlichen den Differe enzkosten, also der D Differenz zw
wischen
Kosten n (d.h. Verg
gütung) und Nutzen (geschätzte er erzielbarrer Preis).
Auf der Kostenseeite beträgt die kum ulierte Einspeisevergü ütung für PV-Strom bis ein-
c 22 Mrd. €. Der Nu
schließlich 2011 ca. utzen von PV-Strom
P w offiziel l über den Börsen-
wird
strompreis bemesssen, allerddings beein nflusst der PV-Strom diesen Börrsenpreis lä ängst in
die gewwollte Richttung, nämlich nach u unten (vgl. Kap. 3.3). Damit wirrd der Nuttzen des
PV-Strooms systematisch unte erschätzt. D
Die in Abbiildung 12 dargestellte
d en Differen
nzkosten
basieren deshalb auf einer Vollkostens
V schätzung für fossil-nukleare Strromerzeug gung [IF-
NE]. Deer PV-Zubau wurde anhand der 52-GW-Zielmarke im m Jahr 20200 abgeschä ätzt. Für
die Deggression deer Einspeise
evergütung g wurde mittel- bis la angfristig 1 % pro Mo onat an-
genommen.
Abbildung 12: Proggnose der EE
EG-Differen zkosten fürr PV-Strom pro
p kWh un
nd als Jahressumme,
dazu jäh
hrliche PV-Sttromproduk
ktion
Für PV--Strom belääuft sich die Summe der Differe enzkosten für die Jahhre 2000 bis
b 2020
auf ca. 70 Mrd. Euro.
E Längeerfristig sch
hrumpft diese Summe gegen 0 und wird danach
Fakten zur PV 27.07.12 14 (53)negativ. Damit sichert uns die PV-Umlage langfristig eine Energieversorgung zu vertret- baren Kosten, da abzusehen ist, dass wir uns fossil-nukleare Energie nicht mehr lange leisten können. Unsere Industrie braucht eine Versorgungsperspektive, ebenso die Pri- vathaushalte. Die Strompolitik kann hier aus den bitteren Erfahrungen des Wohnungsbaus lernen. Weil dort eine umfassende Sanierung des Bestandes bisher nicht angestoßen wurde, müssen heute viele einkommensschwache Haushalte Heizkostenzuschüsse aus der Sozi- alkasse beziehen, die dann teilweise an ausländische Öl- und Gaslieferanten abfließen. Die Agentur für Erneuerbare Energien hat die Kosten und Nutzen der Stromerzeugung aus EE umfassend bewertet. Auf der Kostenseite stehen die EEG-Differenzkosten, d.h. die Beschaffungsmehrkosten für Stromlieferanten durch das EEG. Weiterhin fallen Aus- gleich- und Regelkosten für die Verstetigung des Stroms aus fluktuierenden EE-Quellen durch komplementäre Stromquellen an. Die Bewertung weist eine deutlich positive Gesamtbilanz nach. In die Betrachtung wur- de neben PV-Strom auch Windstrom und andere erneuerbare Quellen aufgenommen. Abbildung 13: Gesamtheitliche Kosten-/Nutzenbewertung der Stromerzeugung aus EE (Agentur für Erneuerbare Energien, 2011) Die tatsächlichen Kosten und Risiken der fossil-nuklearen Stromgewinnung sind derzeit nicht überschaubar. Sie entstehen größtenteils in der Zukunft (CO2-induzierte Klimaka- tastrophe, Nuklearunfälle, Endlagerung von Atommüll, Nuklearterrorismus, Ewigkeitslas- ten), ein Vergleich ist deshalb schwierig. Die Risiken der Atomkraft werden von Fachleu- ten allerdings so hoch eingeschätzt, dass keine Versicherung oder Rückversicherung der Fakten zur PV 27.07.12 15 (53)
Welt sich zutraut, Policen anzubieten. In Folge versichert im Wesentlichen der Steuer- zahler die Atomindustrie, zwangsweise, denn die Deutschen sind seit vielen Jahren mehrheitlich gegen die Kernenergie. Das Umweltbundesamt hat im Jahr 2010 errechnet, dass umweltschädliche Subventio- nen den Steuerzahler ca. 48 Mrd. € pro Jahr kosten [UBA2]. Nach einer Schätzung der IEA wurden fossile Energien im Jahr 2010 weltweit mit über 400 Mrd. Dollar subventio- niert. 4. Verteuert PV-Stromerzeugung den Strom für Privathaushalte? Ja, das liegt aber in der Hand der Politik und der EVUs . Die Politik legt die Berechnungsgrundlage und den Verteiler für die Umlage fest, beides mit nachteiligen Effekten für Privathaushalte. Die EVUs legen schließlich den Strompreis fest. 4.1 Preiseinfluss der Politik Die Politik definiert, wer den Umstieg auf erneuerbare Energien finanziert. Sie hat ent- schieden, energieintensive Industriebetriebe mit einem hohen Stromkostenanteil weit- gehend von der EEG-Umlage zu befreien und plant, diese Freistellungen in Zukunft aus- zuweiten. Dies erhöht die Belastung für andere Stromkunden, insbesondere für Privat- haushalte, auf die knapp 30% des gesamten Stromverbrauchs entfällt. Diese Selektion hat dazu geführt, dass die Strompreise für die energieintensive Industrie in den letzten Jahren sogar gesunken sind, während auf der anderen Seite der Anstieg der EEG-Umlage pro kWh verstärkt wurde (Abbildung 14). Dabei profitiert die energiein- tensive Industrie nachweislich von der preissenkenden Wirkung des PV-Stroms an der Börse zu Spitzenlastzeiten. Damit fließt ein Teil der PV-Umlage indirekt der energieinten- siven Industrie zu: „Energieintensive Unternehmen, die größtenteils von der EEG-Umlage befreit sind bzw. nur einen ermäßigten Satz von 0,05 ct./kWh (anstatt 3,53 ct./kWh) zahlen, profitieren vom Merit-Order-Effekt am stärksten. Bei ihnen überkompensiert die preissenkende Wirkung durch den Merit-Order-Effekt die Kosten für die EEG-Umlage bei weitem.“ [IZES] Die Politik definiert die Differenz zwischen Börsenstrompreis und EEG-Vergütung als Grundlage für die Berechnung der EEG-Umlage. Wenn PV wertvollen Strom zu Zeiten der Mittagsspitzenlast liefert, senkt sie den Börsenpreis und erhöht paradoxerweise die EEG-Umlage, zu Lasten der Haushalte. Fakten zur PV 27.07.12 16 (53)
Abbildung 14: Entwwicklung von
n Brutto-Strrompreisen für Haushallte, von Nettto-Strompre
eisen für
industrie
elle Großabnehmer [BM
MWi] und En ntwicklung der
d EEG-Umlage
Welcheen Effekt haat der weite ere Ausbauu der PV in Deutschlannd auf denn Strompreis?
Im sogenannten Trend-Szen nario gehe n die Übertragungsn netzbetreib er von ein
nem PV-
Zubau vvon ca. 4 GW/aG bis zum
z Jahr 2
2016 aus [IE]. Die Prognos-AG hhat im Aufttrag des
BSW fü ür dieses Szzenario eine
e durch denn PV-Ausbaau bedingte Steigerunng der Stro
ompreise
von ca. 0,5% pro Jahr ermittelt, in abs oluten Zah hlen ca. 0,12 ct/kWh ((Abbildungg 15). Im
Jahr 20 012 bewirkkt PV-Zubau eine Erh höhung derr EEG-Umla age um caa. 0,035 ctt je GW
installieerter Leistun
ng.
Abbildung 15: Effe
ekt des PV-Z
Zubaus nach
h dem Trend-Szenario auf den Strrompreis de
er Privat-
haushalte
Fakten zur PV 27.07.12 17 (53)Die Politik beeinfllusst die Sttrompreise aus fossil--nuklearen Kraftwerkken. Politiscche Ent-
scheiduungen defin nieren den Preis von CO2-Zertiffikaten, diee Auflagen zur Filteruung von
Rauch, ggf. Auflagen zur En ndlagerung von CO2 (CCS),
( die Besteuerunng von Atoomstrom
oder die Versicheerungs- und d Sicherheiitsauflagen
n für AKWss. Die Polittik legt dammit fest,
inwieweit Stromveerbraucherr bereits heeute die sch hwer fassbbaren Risikeen und Lassten fos-
sil-nukleearer Strom
merzeugung tragen. B Bei einer im
mmer konssequentereen Einpreisu ung die-
ser Kossten wird es vorausssichtlich daazu komm men, dass die d PV-Stroomerzeugu ung den
Stromm mix verbillig
gt, bei eine
em spürbarr höheren Gesamtstro ompreis. B is wir soweit sind,
wird foossil-nuklearer Strom zu Preisen verkauft, die seine externen
e K
Kosten versschleiern
und in d die Zukunfft abschiebe
en.
4.2 P
Preiseinfluss der EV
VUs
Der Strrompreis fü
ür Privathau
ushalte wirrd letztlich von den EVUs
E festggelegt. Ein Muster-
haushalt mit drei Personen und
u einem Jahresverb brauch von 3.500 Kiloowattstunden zahl-
te 20111 rund 25 ct/kWh
c [BD
DEW2], Ab bildung 16 6 zeigt die Preisstruktu
P ur.
Abbildung 16: Zusa
ammensetzu
ung der Stro
ompreise in ct/kWh für Privathaush
halte in Deu
utschland
2011, Da
aten aus [BDEW2]
Energieeversorgung gsunterneh hmen (EVU s) begründden Stromp preiserhöhuungen für Haushal-
H
te in leetzter Zeit gerne miit der Erhö öhung derr EEG-Umlage auf 33,53 ct/kW Wh zum
1.1.201 11 (Erneueerbare-Enerrgien-Gesettz, Abschla agszahlung
g lt. vorläuufiger Festtlegung,
vgl. Kappitel 19.2).
Der Bru utto-Strompreis für Privathaushaalte ist seitt dem Jahrr 2000 um 10 ct/kWh ange-
stiegen, die EEG-U Umlage abe er nur um 3
3,3 ct/kWhh (Abbildung 14). Der Großteil der Preis-
steigeruungen kann n somit nicht mit der EEG-Umlag ge begründ
det werdenn.
Die Kossten, die EVVUs für den n Strombezzug aufbrin
ngen müsse en, werdenn größtenteeils über
langfrisstige Liefervverträge, zu
z einem kkleineren Teil
T durch die Spotm markt-Preise an der
Fakten zur PV 27.07.12 18 (53)Leipziger Strombörse bestimmt. An der Strombörse profitieren die EVUs über den Merit
Order Effekt (Kapitel 3.3) von der PV-Stromeinspeisung.
EVUs geben aber preissenkende Effekte der PV-Einspeisung bisher nicht an ihre Endkun-
den weiter. Bei der aktuell installierten PV-Leistung in Deutschland (ca. 25 GW) deckt
der Solarstrom an sonnigen Tagen im Frühjahr und Sommer bereits einen großen Teil
der Tagesspitzenlast (vgl. Abbildung 32). Im Jahr 2011 kam es erstmals vor, dass der
Tagstrompreis am Spotmarkt der Strombörse EEX dadurch zeitweise auf das Preisniveau
von Nachtstrom (2,5 ct/kWh) fiel. PV-Strom verdrängt teure Kraftwerke in der Merit Or-
der, vgl. Kapitel 3.3. Bei einem weiteren Ausbau der Photovoltaik erwarten Fachleute,
dass die Börsenpreise in den Sommermonaten tagsüber immer häufiger und für immer
längere Zeiträume unter das Nachtstromniveau fallen. Dieser Photovoltaik-Effekt wird
derzeit noch nicht adäquat in den Kosten- und Umlagekalkulationen abgebildet.
4.3 Subventionieren Mieter gut situierte Hauseigentümer mit der Stromrech-
nung?
Nein, diese beliebte Schlagzeile, hier zitiert aus der „Zeit“ vom 8.12.2011, ist eine ver-
zerrte Darstellung.
Die Kosten der Umstellung unseres Energiesystems auf EE werden – mit der politisch
gewollten Ausnahme der stromintensiven Industrie - auf alle Stromverbraucher umge-
legt, inklusive Haushalte, und dort inklusive Mieter. Diese Kosten decken neben der PV
auch Windkraft und andere EE ab. Alle Stromkunden können ihren Stromverbrauch
durch die Auswahl und Nutzung ihrer Geräte beeinflussen.
PV-Anlagen gehören zu knapp 40% Privatpersonen. Diese Personen sind überwiegend
Eigenheimbesitzer, aber auch Mieter können sich über Bürgersolaranlagen oder Fonds
an PV-Kraftwerken beteiligen.
5. Bringt eine PV-Anlage vernünftige Renditen?
Ja.
Beim aktuellen Stand von Anlagenkosten und Einspeisevergütung sind gute Renditen in
ganz Deutschland möglich. Die Rendite ist in sonnenreichen Regionen etwas höher als in
Gegenden mit geringerer Einstrahlung. Tatsächlich schlägt jedoch der regionale Unter-
schied in der Einstrahlung nicht 1:1 auf den Ertrag um, weil bspw. in Gegenden mit ge-
ringerer Einstrahlung ggf. ein erhöhtes Windaufkommen für eine geringere Betriebs-
temperatur der Module sorgt.
Standortabhängig sind bspw. Renditen zwischen 4,1 – 9,3% zu erwarten, sobald eine
Aufdachanlage bis 10 kWp Leistung, die im Juli 2012 ans Stromnetz angeschlossen wird,
1,7 €/Wp kostet und 20% Eigenverbrauch erreicht werden [Photon 2012-07]. Diese
Rendite ist nicht risikofrei. Weder Herstellergarantien noch Anlagen-Versicherungen
senken das Investorenrisiko auf Null.
Fakten zur PV 27.07.12 19 (53)6. Verschlingt die PV-Forschung hohe Fördermittel?
Im Jahr 2010 wurden im Rahmen des 5. Energieforschungsprogramms 205 Mio. € für
den gesamten Bereich der erneuerbaren Energien aufgewendet, davon entfiel nur ein
Bruchteil auf die Photovoltaik. Im gleichen Jahr wurden allein für Nuklear- und Fusions-
forschung 202 Mio. € ausgegeben. Ein Blick in die historischen Zahlen (Abbildung 17)
zeigt, dass erneuerbare Energien und Energieeffizienz nur langsam in den Fokus der
Energieforschung rücken.
800
Erneuerbare & Energieeffizienz
700
Nuklear (inkl. Fusion, Beseitigung)
600
Ausgaben [Mio. €]
Fossile Energie
500
400
300
200
100
0
91
92
93
94
95
96
97
98
99
00
01
02
03
04
05
06
07
08
19
19
19
19
19
19
19
19
19
20
20
20
20
20
20
20
20
20
Jahr
Abbildung 17: Ausgaben des Bundes für Energieforschung [BMWi]
7. Erzeugt PV-Installation in Deutschland nur Arbeitsplätze in Asi-
en?
Nein.
Die PV-Branche beschäftigte im Jahr 2011 ca. 111.000 Menschen in Deutschland, im
gesamten Bereich der EE waren es 381.000 [BMU2].
Die PV-Branche hatte 2011 eine Exportquote von ca. 55% [BSW].
Zur deutschen PV-Branche zählen Betriebe aus den Bereichen
1. Materialherstellung (Silicium, Wafer, Metallpasten, Kunststofffolien, Solarglas)
2. Herstellung von Zwischen- und Endprodukten: Zell-, Modul-, Wechselrichter-, Ge-
stell- und Kabelhersteller, Glasbeschichtung
3. Produktionsanlagenbau
4. Installation (v. a. Handwerk)
Fakten zur PV 27.07.12 20 (53)Der Weltmarktanteil der gesamten deutschen PV-Zulieferer (Hersteller von Komponen- ten, Maschinen und Anlagen) erreichte im Jahr 2011 46%, bei einer Exportquote von 87% [VDMA]. Bei Solarzellen und Modulen war Deutschland 2011 Netto-Importeur. Bei vielen anderen PV-Produkten ist Deutschland klarer Netto-Exporteur, z.T. als internationaler Marktführer (z.B. Wechselrichter, Produktionsanlagen). Im Jahr 2010 wurden in Deutschland Wech- selrichter mit einer Gesamtleistung von 13,3 GW hergestellt, entsprechend einem Weltmarktanteil von ca. 45% [Photon 03-2011]. Wenn man annimmt, das im Jahr 2011 ca. 80% der installierten PV-Module aus Asien kamen, diese Module ca. 60% der Kosten eines PV-Kraftwerks ausmachen (Rest v.a. Wechselrichter und Installation) und die Kraftwerkskosten ca. 60% der Stromgeste- hungskosten ausmachen (Rest: Kapitalkosten), dann fließen über die Modulimporte knapp 30% der Einspeisevergütung nach Asien. Dabei ist zusätzlich zu berücksichtigen, dass ca. die Hälfte der asiatischen PV-Produktion auf Anlagen aus Deutschland gefertigt wurde. Langfristig werden sinkende Herstellkosten von PV-Modulen auf der einen, steigende Frachtkosten und lange Frachtzeiten auf der anderen Seite die Wettbewerbsposition für die Modulherstellung in Deutschland zunehmend verbessern. 8. Lehnen die großen Kraftwerksbetreiber PV-Installationen ab? Bisher ja. Die in Deutschland betriebene PV-Leistung befand sich noch 2010 überwiegend im Ei- gentum von Privatpersonen und Landwirten, der Rest verteilte sich auf Gewerbe, Projek- tierer und Fonds. Die Kraftwerksbetreiber EnBW, Eon, RWE und Vattenfall (die „Großen 4“ in Abbildung 18) hielten zusammen gerade einmal 0,2%. Woher kommt diese Ab- neigung? Wenn PV-Kraftwerke Strom liefern, liefern sie tagsüber, zu Zeiten höchster Nachfrage (Abbildung 32). Teure fossile Kraftwerke werden seltener und in geringerem Umfang benötigt. Das senkt den Strompreis an der Börse, der sich nach den Börsenregeln auf alle Kraftwerke überträgt (Kapitel 3.3). Früher konnten die vier großen Kraftwerksbe- treiber ihren billigen Grundlaststrom zur Mittagszeit sehr lukrativ verkaufen. Bereits 2011 führte aber die PV zu Preissenkungen an der Börse und damit zu massiven Ge- winneinbrüchen. Die Preissenkungen werden sich zukünftig auch auf langfristige Liefer- verträge auswirken, nicht nur auf den Börsenpreis. Hinzu kommt, dass die zunehmende Abdeckung der Tagesspitzenlast durch Photovoltaik im Frühjahr und Sommer die Auslas- tung der fossilen Kraftwerke verschlechtert und damit ihre Kosten steigen. Der billige Strom aus abgeschriebenen Kohlekraftwerken wird im Frühjahr und Sommer mit dem Ausbau der PV und des Lastmanagements immer weniger gebraucht. Mittelfris- tig droht die saisonale Abschaltung, als Zwischenetappe zur vollständigen Stilllegung. Während große Kraftwerksbetreiber PV-Installationen ablehnen, passen große Windpro- jekte, vor allem im Offshore-Bereich, viel besser in ihr Geschäftsmodell. Fakten zur PV 27.07.12 21 (53)
In jüngsster Zeit gaab es differenziertere Signale, bspw.
b die Ankündigun
A ngen seiten
ns RWE,
verstärkkt in PV-Annlagen zu innvestieren.
Abbildung 18: Anteeile der Eige
entümer an der Ende 2010
2 betrieb
benen Leistu
ung von Pho
otovolta-
ikanlage
en von insge
esamt ca. 177 GW [trend
d:research]
9. Übe
erlastet PV-Strom
P m die Nettze?
9.1 S
Solarstrom
m wird dezentral eing
gespeist
Über 98 8 Prozent der Solarsttromanlageen in Deutsschland sin
nd an das ddezentrale Nieder-
spannungsnetz an ngeschlosseen (Abbildu
ung 19) un nd erzeugeen Solarstroom verbrau uchsnah
[BSW]. Auf PV-Kraftwerke der d Megaw watt-Klasse entfallen in Deutschlland nur 15% der
installieerten PV-Leistung.
Eine ho ohe PV-Anlaagendichte e in einem N
Niederspan nnungs-Nettzabschnitt kann an so onnigen
Tagen d dazu führeen, dass die
e Strompro
oduktion de en Stromveerbrauch inn diesem Abschnitt
übersteeigt. Transfformatoren speisen daann Leistung zurück in das Mitttelspannun ngsnetz.
Bei sehr hohen Anlagendich
A hten kann d die Transfo
ormatorstattion dabei an ihre Leeistungs-
grenze stoßen. Eine gleichm mäßige Ve rteilung deer PV-Insta
allationen üüber viele Netzab-
schnittee verringertt den Ausbaubedarf.
Fakten zur PV 27.07.12 22 (53)Abbildung 19: Einsp
peisung von
n PV-Strom [[BSW]
9.2 S
Solarstrom
m-Produktiion ist plan
nbar
Die Erzeeugung von Solarstro
om ist heutee dank verlässlicher nationaler W Wettervoraussagen
sehr gu
ut planbar, eine kurzfrristige Reakktion im gro
oßen Maßsstab nicht nnotwendig..
Abbilduung 20 zeigt beispielhaft Planu ung und ta atsächliche Stromprodduktion. Aufgrund
der dezzentralen Erzeugung
E können Än nderungen in der Bew wölkung nnicht zu gravieren-
den Schhwankungeen der deutschlandweeiten PV-Sttromproduk ktion führeen.
Tatsächlliche Produkttion Geplante Produkttion
Anzeiget ag : 09.05.2011 A
Anzeigetag: 09.05.2
2011
MW MW
60.000 60.00 0
50.000 50.00 0
40.000 40.00 0
30.000 30.00 0
20.000 20.00 0
10.000 10.00 0
h 00 02 04 06 0
08 10 12 14 16 18 20 22
2 h 00 02 04 0
06 08 10 12 14 16 18 20
0 22
Legende: Konventio
onell Win
nd Solar
Abbildung 20: Tatsä
ächliche und
d geplante S
Stromproduktion am Montag, 9.5.22011 [Stromb
börse]
Fakten zur PV 27.07.12 23 (53)9.3 Spitzenproduktion deutlich kleiner als installierte Leistung Aufgrund von technisch bedingten Verlusten (Performance Ratio PR
zu jeder Zeit über dem PV-Stromangebot liegen wird. Ein Ausbau der installierten Leis-
tung in Deutschland auf 30-40 GW ist mit der heutigen Netz- und Kraftwerksstruktur
durchführbar. An sonnigen Tagen wären dann um die Mittagszeit bis ca. 25 GW PV-
Strom im Netz. Ein weiterer Ausbau, auch im Windbereich, erfordert zunehmende An-
passungen (Kapitel 14).
10. Verschlingt die Produktion von PV-Modulen viel Energie?
Nein.
Die Energierücklaufzeit für Solaranlagen hängt von Technologie und Anlagenstandort
ab. Sie beträgt bei 1055 kWh/m2 globaler horizontaler Jahreseinstrahlung (mittlerer
Wert für Deutschland) ca. 2 Jahre [EPIA2]. Die Lebensdauer von Solarmodulen liegt im
Bereich von 20-30 Jahren. Das heißt, dass eine heute hergestellte Solaranlage während
ihrer Lebensdauer mindestens 10 mal mehr Energie erzeugt als zu ihrer Herstellung be-
nötigt wurde. Dieser Wert wird sich in der Zukunft durch energieoptimierte Herstel-
lungsverfahren noch verbessern.
11. Konkurriert der PV-Zubau mit der Nahrungsmittelproduktion auf
Ackerflächen?
Nein.
Ende 2009 entfielen rund 12,5% der kumulierten installierten PV-Leistung auf Freiland
[Landtag], der Rest steht überwiegend auf Gebäudedächern. Ein Teil dieser Freilandflä-
che ist Ackerfläche, in Baden-Württemberg war es 2009 knapp die Hälfte. Die PV-
Installation im Freiland auf Ackerflächen wird seit Juli 2010 nicht mehr über das EEG
gefördert und kam damit zum Erliegen. Ein Ausbau im Freiland erfolgt derzeit nur noch
auf bestimmten Konversionsflächen.
Es gibt kein Ausbauszenario, das eine nennenswerte Belegung von Ackerflächen durch
PV vorsieht. Die öffentliche Diskussion zu diesem Thema erscheint noch merkwürdiger
im Kontext aktueller Pläne der EU, 7% der Ackerflächen stillzulegen, das wären in
Deutschland 600.000 Hektar.
12. Sind PV-Anlagen in Deutschland effizient?
Der nominelle Wirkungsgrad (s. Kapitel 19.3) von kommerziellen waferbasierten PV-
Modulen (d.h. Module mit Solarzellen auf Basis von Siliciumscheiben) stieg in den letz-
ten Jahren um ca. 0,3%-Punkte pro Jahr auf Mittelwerte um 14-15% und Spitzenwerte
von 20%. Pro Quadratmeter Modul erbringen sie damit eine Nennleistung von 140-150
W, Spitzenmodule bis 200 W. Der nominelle Wirkungsgrad von Dünnschicht-Modulen
liegt um 6-11%, mit Spitzenwerten von 12-13%.
Fakten zur PV 27.07.12 25 (53)PV-Anlagen arbeiten nicht mit dem nominellen Modulwirkungsgrad, weil im Betrieb zusätzliche Verluste auftreten. Diese Effekte werden in der sog. Performance Ratio (PR) zusammengefasst. Eine heute installierte PV-Anlage erreicht als Ganzes über das Jahr PR-Werte von 80-90%, inkl. aller Verluste durch die tatsächliche Betriebstemperatur, die variablen Einstrahlunsgbedingungen, Verschmutzung und Leitungswiderständen sowie Wandlungsverlusten des Wechselrichters. Der von den Modulen gelieferte Gleichstrom wird von Wechselrichtern für die Netzeinspeisung angepasst. Der Wirkungsgrad neuer PV-Wechselrichter liegt, unabhängig von der eingesetzten Modultechnologie, aktuell um 98%. In Deutschland werden je nach Einstrahlung und PR spezifische Erträge um 900 kWh/kWp erzielt. Pro Quadratmeter Modul entspricht dies ca. 130 kWh, bei Spitzenmo- dulen ca. 180 kWh. Ein durchschnittlicher 4-Personen-Haushalt verbraucht pro Jahr ca. 4400 kWh Strom, dies entspricht dem Jahresertrag von 34 m2 gewöhnlichen Modulen. Die Dachfläche eines Einfamilien-Hauses reicht somit aus, um den Jahresstrombedarf einer Familie in Summe über eine PV-Anlage zu erzeugen. Auf flachen Dächern und im Freiland werden Module aufgeständert, um ihren Ertrag zu erhöhen. Bei Südausrichtung und entsprechender Beabstandung belegen sie ungefähr das 2,5fache ihrer eigenen Fläche. Zum Vergleich: Bei Verstromung von Energiepflanzen liegt der auf die Einstrahlung be- zogene Wirkungsgrad deutlich unter 1%. Dieser Wert sinkt weiter, wenn fossile organi- sche Materie als Kohle, Öl oder Erdgas verstromt wird. Entsprechende Verbrennungs- Kraftwerke beziehen ihre Wirkungsgradangabe aber normalerweise auf die Konversion der bereits vorhandenen chemischen Energie im fossilen Energieträger. Für Kohlekraft- werke in Deutschland wird dann bspw. ein mittlerer Wirkungsgrad um 38% angegeben. Bei der Verbrennung von Biokraftstoffen in Fahrzeugen erreicht man auch nur beschei- dene Effizienzen bezogen auf die eingestrahlte Energie und die Flächennutzung. Abbil- dung 21 vergleicht die Gesamtreichweiten von Fahrzeugen, die verschiedene Biokraft- stoffe verbrennen, mit der Gesamtreichweite eines Elektrofahrzeugs (Plug-In- Hybridantrieb), dessen elektrische Antriebsenergie durch ein PV-Feld gleicher Größe be- reitgestellt wird. Plug-In-Hybrid Serienfahrzeuge, die für 2012 angekündigt sind, können rein elektrisch mit einer Akkuladung ca. 20-50 km zurücklegen. Reine Elektrofahrzeuge weisen eine Normreichweite bis 175 km auf (Nissan Leaf mit 24 kWh Speicherkapazität). In Südspanien oder Nordafrika lassen sich spezifische Erträge bis 1600 kWh/kWp erzie- len, allerdings erzeugen die langen Leitungswege erhebliche Energieverluste und Kos- tenaufschläge. Abhängig von der Spannungsebene liegen die Leitungsverluste zwischen 0,5 - 5% pro 100 km. Fakten zur PV 27.07.12 26 (53)
Abbildung 21: Fahrrzeugreichw
weite mit deem Jahreserttrag von 1 a = 100 m2 Energiepfla
anzenan-
2
bau (2,3
3) und von 40 m PV-M Modulen, auffgeständertt auf 100 m2 ebener Grrundfläche, Quellen:
Bruno B
Burger, Fraun
nhofer ISE (1) und Facha
agentur Nacchwachsendde Rohstoffee (2),(3)
12.1 D
Degradiere
en PV-Anla
agen?
Ja, aberr sehr langssam.
Waferb basierte PV--Module altern so lan ngsam, dasss es eine Herausforde
H erung für die
d Wis-
senschaaftler darsteellt, Leistun
ngsverluste überhauptt nachzuwe eisen.
Eine Stu udie an 14
4 Anlagen in i Deutsch land mit poly- und monokristall
m linen Moduulen hat
eine duurchschnittliche Degra adation von n 0,1% rela
ative Abnahhme der W Wirkungsgraades pro
Jahr für die gesam mte Anlage e inklusiv d
der Module gezeigt [ISE2].
[ Die häufig gettroffene
Annahm me von 0,5 5% Leistun ngsverluste n pro Jahr erscheint in diesem Kontext se ehr kon-
servativv.
Die gen nannten Werte
W bezieehen keine Ausfälle aufgrund
a von
v Fabrikaationsmänggeln mit
ein. Abhängig vom m Material der Solarzzellen komm mt eine lich
htinduziertee Degradattion von
1-2% in den erstten Betriebstagen dazzu, wie um mfangreiche e Messung en am Fraunhofer
ISE ergeeben haben n. Die deklarierte Nen nnleistung von Modulen beziehtt sich meisttens auf
den Bettrieb nach der Anfang gsdegradattion.
Für vielle Dünnsch hicht-Modu ule liegen noch keine e langjährigen Datenn vor. Je nach Typ
werden n nennensw werte Anfangsdegradaationen in den ersten n Betriebsm
monaten un nd saiso-
nale Schwankungen der Leisstung beob bachtet.
Fakten zur PV 27.07.12 27 (53)12.2 Verschmutzen PV-Module? Ja, aber die allermeisten Anlagen in Deutschland reinigt der nächste Regen wieder, so dass Schmutz praktisch keine Ertragseinbußen bewirkt. Problematisch sind Module mit sehr flachem Aufstellwinkel, naher Laubabwurf oder nahe Staubquellen. 12.3 Arbeiten PV-Anlagen selten unter Volllast? Ja. Die Kennzahl „Volllast-Stunden“ oder „Vollbenutzungsstunden“wird als Quotient aus der im Lauf eines Jahres tatsächlich erzeugten Energie und der Nennleistung des Kraftwerks (siehe Kapitel 19.4) ermittelt. Aufgrund der Einstrahlungsbedingungen arbeiten PV-Anlagen nur etwas weniger als die Hälfte der insgesamt 8760 Jahresstunden, und dann auch meistens in Teillast. Die horizontale Einstrahlungssumme gemittelt Deutschland für die Jahre 1981-2010 liegt bei 1055 kWh/m2/a und schwankt je nach Standort zwischen ca. 951-1257 kWh/m2/a [DWD]. Abbildung 22 zeigt die landesweite Verteilung. PV-Module werden idealerweise mit einer Neigung von ca. 30-40° zur Horizontalen montiert und nach Süden ausgerichtet. Damit erhöht sich die Einstrahlungssumme be- zogen auf die Modulebene um ca. 15%, bezogen auf die horizontale Einstrahlungs- summe und ergibt im geografischen Mittel für Deutschland ca. 1200 kWh/m2/a. Bei einer Performance Ratio (PR, siehe Kapitel 19.7) von 85% und idealer Ausrichtung wären damit im geografischen Mittel über Deutschland 1030 Volllaststunden zu errei- chen. Weil nicht alle Anlagen ideal ausgerichtet sind und noch viele Anlagen mit kleine- ren PR arbeiten, liegt die tatsächliche mittlere Volllaststundenzahl etwas niedriger, in der Größenordnung von 900-950 Stunden. Die Studie „Mittelfristprognose zur deutschlandweiten Stromerzeugung aus regenerati- ven Kraftwerken bis 2016“ [IE] geht in ihrem Trendszenario für die Jahre 2012-2016 von 939 bis 949 Vollbenutzungsstunden für ganzjährig betriebene PV-Anlagen in Deutsch- land aus. Die komplette Übersicht der Prognosen zu EE zeigt Abbildung 23. Bei Windkraftwerken steigt die Anzahl der Vollbenutzungsstunden mit der Nabenhöhe. Nuklear-, Kohle- und Gaskraftwerke können im Bedarfsfall fast durchgängig (1 Jahr = 8760 h) mit ihrer Nennleistung produzieren. Tatsächlich erreichten lt. [BDEW5] bspw. Braunkohlekraftwerke 6640 und Steinkohle-KW 3550 Vollbenutzungsstunden im Jahr 2007. Fakten zur PV 27.07.12 28 (53)
Abbildung 22: Horizontale jährliche Globalstrahlungssumme in Deutschland, gemittelt über den Zeitraum 1981-2010 [DWD] Fakten zur PV 27.07.12 29 (53)
Abbildung 23: Proggnostizierte Vollbenutzzungsstundeen für ganzjjährig betrieebene Anla
agen, ge-
e Werte die Jahre
mittelte J für 2012 bis 2016 aus [IE]
13. Lie
efert PV relevante Beiträg
ge zur CO2-Vermeidung?
?
Wegen der gering gen Wirkungsgrade b bei der Strromgewinnnung aus foossil-nuklea
arer Pri-
märeneergie spart jede kWh PV-Strom ca. 3 kWh h an Primärrenergie. D
Die kumulieerte Ein-
sparung g an Primäärenergie bis
b Ende 20 011 durch PV liegt beei ca. 150 TWh, bei 50 TWh
Solarstrromprodukktion. Betraachtet man n den kumulierten Um mlageantei l der Einsp
peisever-
gütung, wurden ca.c 12 ct/kW Wh Umlageefür vermie edenen Prim
märenergievverbrauch bezahlt.
Bei eneergetischerr Gebäude esanierung liegen die e Subventionskosten pro eingesparter
kWh Prrimärenergiie in ähnlicher Höhe.
Für PV--Strom betrrägt der Veermeidungssfaktor 679 9 g CO2-Äqq./kWh [BMMU1]. Der Vermei-
dungsfaaktor ist deer Quotient aus vermmiedenen Em missionen und der Sttrombereitsstellung.
Er beinhhaltet nebeen Treibhau
usgasen auuch andere Luftschadsstoffe.
Ein Steeinkohle-Kraftwerk em mittiert cca. 949 g CO2/kWh elektrisch , ein Brau unkohle-
Kraftweerk ca. 11553 g/kWh elektrisch.
e
14. Kö
önnen wir in Zuk
kunft eine
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seres En
nergie-
be
edarfs du
urch PV-S
Strom deecken?
Ja, in d
dem Maße, wie wir unser Energ iesystem und
u die ene
ergiewirtschhaftlichen Struktu-
ren an ddie neuen Anforderun
A ngen anpasssen.
Fakten zur PV 27.07.12 30 (53)14.1 E
Energiesze
enarien
Energieeszenarien sind keine e Fakten. EEinige Szen narien werd den hier hherangezog gen, um
einen K Kontext für die Beurteilung von PPotentialen n zu schaffe
en.
Unser h heutiges, auf
a fossil-nuklearer Errzeugung basierende
b s Energiesyystem ist ein
e Aus-
laufmod dell. Es gib
bt eine Fülle
e von Energ gieszenarie
en für die kommende
k en Jahrzehn nte, und
sie rech hnen zuneh hmend mit EE. Der scchnelle Aussbau und die schnellee Kostendeg gression
der PV in Deutschland haben n viele dieseer Studien bereits übe
erholt.
Die im A Auftrag dees BMU ersttellten Lang gfristszenarien und Sttrategien füür den Aussbau der
Erneuerrbaren Eneergien in De eutschland d [IFNE] geh hen für dass Jahresendde 2020 vo on einer
installieerten PV-Leeistung von n ca. 53 G GW aus (Ab bbildung 24). Bei anggenommen nen 900
Volllaststunden werden
w im Ja
ahr 2020 d damit fast 48
4 TWh Solarstrom prroduziert.
Eine Studie des Umweltbun
U ndesamtes kommt zu u dem Schluss, dass iim Jahr 20 050 eine
vollstän ndig auf errneuerbaren Energien n beruhend de Stromerrzeugung ttechnisch und u auf
ökologiisch verträg gliche Weisse möglich sei [UBA1]. In dieserr Studie wiird eine insstallierte
PV-Leisttung von insgesamt 120 GW im m Jahr 205 50 angenom mmen, woobei das tecchnisch-
ökologiische Poten ntial nach konservat iver Abschätzung be ei einer insstallierten Leistung
L
von 275 GW geseehen wird.. Abbildung g 25 aus der
d gleichen Quelle skkizziert ein n Wand-
lungs- u und Speich herkonzept auf Basis vvon Wasserrstoff.
Abbildung 24: Szen
nario „2011 A“
A für den A
Ausbau von EE-Stromleiistung, Dateen aus [IFNE]
Das Fraaunhofer ISSE hat auf Basis des FFVEE-Energgiekonzeptss [FVEE] einn Szenario erstellt,
das im Jahr 2050 einen Ante eil von 30%% PV-Strom m vorsieht. Abbildungg 26 zeigt aus die-
ser Stud
die mehrerre Szenarienn für die Sttromversorrgung in de
en Jahren 22020 und 2050
2 im
Vergleicch.
Fakten zur PV 27.07.12 31 (53)Sie können auch lesen
