Wolfgang Schröder - Photovoltaik & Batteriespeicher

Von der ursprünglichen Vergütung von etwas mehr als 50 Cent pro Kilowattstunde aus dem Jahr 2000 sind nach 20 Jahren EEG aktuell für Kleinanlagen nur noch etwa 8 ct/kWh übrig geblieben (Tendenz weiter leicht fallend). Auf der anderen Seite haben sich die Kosten einer PV-Anlage im gleichen Zeitraum um etwa 70 bis 80 Prozent verringert.

Unter dem Aspekt der geringeren staatlichen Förderung ist die Photovoltaik nicht weniger interessant geworden – im Gegenteil:

Steigende Strompreise einerseits und

Möglichkeiten der Eigenverbrauchsoptimierung bei PV-Anlagen andererseits führen zu vielfältigen effizienten und wirtschaftlichen Betriebssystemen.

Die Entwicklung effizienter und auf den Haushalt sowie Industrieanwendungen abgestimmter Energiespeicher ermöglicht unter Einsparung von Strombezugskosten eine weitere nachhaltige sowie wirtschaftliche Nutzung beim Bau neuer PV-Anlagen.

Zur breiten Markteinführung sowie als Kaufanreiz für Stromspeicher wurde von der Bundesregierung ähnlich wie bei der Photovoltaik ein Förderprogramm geschaffen. Ein wesentliches Ziel der Förderprogramme ist es, die Investition in dezentrale Batteriespeichersysteme anzureizen und somit zur Kostensenkung und weiteren technologischen Entwicklung der Systeme beizutragen. Die Förderung lieferte durch zinsgünstige Kredite und Tilgungszuschüsse einen finanziellen Anreiz für PV-Anlagenbetreiber, da die Wirtschaftlichkeit von PV-Speichern zumindest in der Anfangszeit ohne Unterstützung häufig noch nicht gegeben ist.

Durch die Verschärfung der technischen Anforderungen wurde darüber hinaus ein stärkerer Fokus auf die Systemdienlichkeit und Nachhaltigkeit der geförderten Anlagenkomponenten gelegt. Nach Auslaufen der zeitlich befristeten bundesweiten Förderungen stehen aktuell nur noch in einigen Bundesländern entsprechende Förderprogramme zur Verfügung.

Vielfältige Anwendungen der Photovoltaik, von der Stromversorgung ohne Netzanschluss bis zu großen Photovoltaikkraftwerken

Auch ohne Speicher bietet die Photovoltaik bereits eine sinnvolle und wirtschaftliche Einbindung des Eigenstromverbrauchs. Dies wird auch zukünftig so sein, weshalb sich die Photovoltaik einen sicheren Marktplatz geschaffen hat. Die heutzutage häufig gestellte Frage vieler Interessierter: „Rentiert sich Photovoltaik eigentlich noch?“, kann daher, wie in den weiteren Ausführungen dieses Buches noch zu entnehmen ist, vollumfänglich mit „Ja“ beantwortet werden.

Wenn das Ziel der Politik, den CO 2-Ausstoß bis 2030 um 55 Prozent zu verringern, erreicht werden soll, wird es zwangsläufig erforderlich werden, den Anteil der erneuerbaren Energien deutlich zu erhöhen. Photovoltaik bietet hierbei eine attraktive Möglichkeit, sich an der regenerativen und umweltschonenden Stromerzeugung und deren Nutzung zu beteiligen.

Licht liefert Energie. Dies ist bereits seit Millionen von Jahren so.

Pflanzen nutzen dies in Form der Photosynthese und der daraus entstehenden Energie zum Wachsen. In ihrer natürlichen Umgebung sorgen der Lauf der Sonne und die jahreszeitlich bedingte Einstrahlungsdauer und -intensität des Sonnenlichts dafür, dass Pflanzen stets mit ausreichend Licht versorgt werden. Unsere natürliche Lichtquelle auf der Erde ist die Sonne. Diese erzeugt nicht nur Licht, sondern auch Wärme, denn ansonsten wären wir in unserer aktuellen Umwelt nicht lebensfähig. Die Sonne liefert hierbei einen riesigen, unerschöpflich funktionierenden Fusionsreaktor. Das jährlich auf die Erdoberfläche einfallende Sonnenlicht erzeugt eine Energiemenge, die etwa dem 7 000- bis 8 000-fachen des weltweiten Primärenergiebedarfs entspricht.

Die Grafik „Jährlich verfügbare Solarstrahlungsenergie“ (siehe Seite 12) veranschaulicht das Verhältnis der jährlichen Sonneneinstrahlung (gelber Würfel) zum kleinen weißen Würfelchen des Weltenergieverbrauchs und gegenüber den kleineren Würfeln – rot, grau, grün und schwarz – der Reserven an fossilen Energiestoffen. Bedacht werden muss, dass der große Würfel das weitgehend konstante jährliche solare Energieangebot darstellt, wogegen sich die kleineren Würfel der fossilen Energieträger von Jahr zu Jahr verkleinern – zwar langsam, aber stetig. Dagegen steigt der jährliche Energieverbrauch (weißer Würfel) ebenfalls zusehends an.

Jährlich verfügbare Solarstrahlungsenergie im Vergleich zu den Energiereserven fossiler Stoffe sowie dem jährlichen Weltenergieverbrauch

Aufgrund der natürlichen Sonnenlaufbahn schwankt die Bestrahlungsstärke auf der Erde – einmal durch den natürlichen Tagesverlauf der Sonne sowie durch deren Jahresverlauf. Zudem ist dies regional wetterabhängig, also davon, wie oft es bewölkt ist oder ein klarer Himmel vorherrscht.

Bei einer senkrecht zur Sonneneinstrahlung ausgerichteten Fläche beträgt die Einstrahlung in Deutschland außerhalb der Atmosphäre zwischen 1 325 W/m 2und 1 420 W/m 2. Die Luftschicht der Erde reduziert die Sonneneinstrahlung durch Reflexion, Absorption und Streuung, sodass bei wolkenlosem Himmel am Boden die Bestrahlungsstärke rund 1 000 W/m 2erreicht. Hierbei handelt es sich um die direkte Sonneneinstrahlung.

Verschiedene Strahlungsanteile aus direkter und indirekter Strahlung auf ebener sowie geneigter Fläche

Bei der solaren Einstrahlung auf den Erdboden kommt neben der direkten Einstrahlung noch die diffuse oder reflektierte Strahlung hinzu. Diese ergibt sich zum Beispiel bei einem durchgehend bewölkten Himmel. Durch die Lichtreflexion an den Wolken können tagsüber bei wechselnder Bewölkung Spitzenwerte der Einstrahlung bis zu 1 400 W/m 2erreicht werden. Die Summe dieser Strahlungsarten nennt man Globalstrahlung (in Watt pro Quadratmeter). Summiert man die Leistung der Einstrahlung auf ein Jahr, so erhält man die jährliche Globalstrahlung (in Kilowattstunden pro Quadratmeter).

In Deutschland liegen die mittleren Jahressummen der Globalstrahlung im langfristigen Mittel zwischen 940 kWh/m 2bis rund 1 290 kWh/m 2. Dabei ergibt sich ein deutliches Süd-Nord-Gefälle.

Die jährliche Sonnenscheindauer liegt bei 1 300 bis 1 900 Stunden. Die regional unterschiedlichen Jahreseinstrahlungen lassen sich aus der Einstrahlungskarte des Deutschen Wetterdienstes recht deutlich erkennen (siehe Abbildung Seite 13). Unter der Adresse dwd.de(Stichwort: Strahlungskarten) können die jeweils monatsaktuellen Karten eingesehen werden.