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Photovoltaik: Der günstigste Strom der Welt

Die Photovoltaik wird weltweit ausgebaut. Kein Wunder: Die Preise für Solarmodule sind gefallen, während neuartige Zellen den Wirkungsgrad steigern.



Es ist offiziell: Die Photovoltaik ist die günstigste Stromquelle der Welt. Das verkündetet die Internationale Energieagentur (IEA) in ihrem World Energy Outlook. An idealen Standorten liefern Photovoltaik-Module Strom zu Gestehungskosten von nur wenigen Cent je Kilowattstunde.

Auch hierzulande ist die Umwandlung von Sonne in Strom unschlagbar günstig. So heißt es beim Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) in Freiburg: Neue PV-Megawatt-Kraftwerke produzieren zu Kosten von 3,1 bis 5,7 Cent je Kilowattstunde, bei kleinen Dachanlagen liege die Spanne im Bereich von 11 bis 13 Cent.

Keine Frage: Die Photovoltaik (PV) ist auf Erfolgskurs. Laut Bundesverband Solarwirtschaft e. V. (BSW) waren bundesweit Ende 2022 knapp 67,4 Gigawatt installiert. Alles in allem speisten die deutschen PV-Anlagen 61,9 Terawattstunden ins Netz – und lieferten rund zwölf Prozent der Nettostromerzeugung. An sonnigen Tagen deckt die PV in Deutschland zeitweise über zwei Drittel unseres Strombedarfs. Damit ist Deutschland inzwischen Europas größter PV-Markt.

Auch global ist der Sonnenstrom auf Expansionskurs. 2022 wurde die Grenze von einem Terawatt geknackt – mehr als 1.000 Gigawatt installierter Leistung gab es weltweit. Das ist fast dreimal mehr als die global installierte Kernkraftwerksleistung. "Die jährlichen Steigerungsraten der gesamten weltweit installierten Photovoltaikleistung waren in den letzten 20 Jahren sehr hoch und lagen durchweg im zweistelligen Prozentbereich", sagt Volker Quaschning, Professor für regenerative Energiesysteme in Berlin.

Der Erfolg der Photovoltaik liegt maßgeblich an den immens gefallenen Stromgestehungskosten. Die Preise sind in den letzten Jahren radikal gesunken. Allein zwischen 2010 und 2020 um 90 Prozent.

Geringer Weltmarktanteil

Doch während die Preise fielen, wurde der heimische Markt zerlegt. Waren deutsche Solarhersteller in den Nullerjahren noch Weltmarktführer, so wurde die Branche in den 2010er-Jahren von der Merkel-Regierung regelrecht niedergerungen.

"Die Photovoltaik braucht eine gewisse Atempause", sagte Angela Merkel 2015 auf dem Neujahrsempfang des Bundesverband Erneuerbare Energie e.V. Den Gästen blieb die Luft weg. Jürgen Trittin nannte es später einen "Atemstillstand". Rund 100.000 Arbeitsplätze gingen verloren, etliche Hersteller schlossen ihre Fabriken.

Ganz allmählich kehren sie zurück. Meyer-Burger etwa, das kürzlich den Bau eines Werks für Hochleistungssolarzellen in den USA angekündigt hat, produziert in der Nähe der einstigen Solarhochburg Bitterfeld-Wolfen. Solarwatt fertigt in Dresden. Und Heckert Solar stellt seine Module in Chemnitz und in Langenwetzendorf her. Ferner sind da spezialisierte Unternehmen, die farbige Module produzieren – sie integrieren sich optisch besser auf Dächern, womit auch denkmalgeschützte Gebäude für die PV nutzbar werden.

Dazu kommen Unternehmen, die Wechselrichter, Befestigungselemente oder Kabel herstellen. Insgesamt rund 55.000 Beschäftigte zählte die deutsche PV-Branche laut BSW im Jahr 2022 und setzte zwölf Milliarden Euro um. Doch global gesehen, ist das ein Tropfen auf den heißen Stein. "Der Weltmarktanteil ist mit unter einem Prozent verschwindend gering", sagt Volker Quaschning.

Dabei braucht es heimische Hersteller und Solararbeiter in Zukunft umso dringender. Laut den Plänen der Ampel-Regierung sollen bundesweit bis 2030 kumuliert 215 Gigawatt stehen – das ist Faktor drei im Vergleich zu heute. Bis 2040 sollen es sogar 400 Gigawatt werden. Um das zu erreichen, sei ein solider Heimatmarkt zentral, vor allem um Abhängigkeiten zu reduzieren. "Klotzen, nicht kleckern", sagt Quaschning.

Netzdienlicher Strom

Nicht nur die Anzahl der Photovoltaikanlagen steigt, auch ihr Wirkungsgrad. Der liegt meist zwischen 16 und 22 Prozent. Im Labor erreichen Module bereits noch höhere Werte. Fraunhofer-Forscher haben mit 47,6 Prozent gerade einen Weltrekord aufgestellt.

Wurden Solaranlagen bislang meist auf Schrägdächern von Einfamilienhäusern oder auf Wiesen installiert und blickten gen Süden, so drängen zunehmend Anlagen auf den Markt, die eine Ost-West-Ausrichtung haben. Das ermöglicht eine über den Tagesverlauf hinweg gleichmäßigere Verteilung der Stromerzeugung. Zum Einsatz kommen auch senkrecht stehende Solaranlagen. Sie liefern morgens und abends Strom – wenn die Sonne flach steht.

Vor allem in der Landwirtschaft ist die senkrechte Photovoltaik auf dem Vormarsch. Dort bleiben die Wiesen, Äcker und Felder für ihre eigentliche Nutzung weitgehend erhalten. Zudem erreicht Regenwasser ungehindert den Boden.

Modul mit zwei Gesichtern

Verbaut werden bei senkrechten PV-Anlagen sogenannte bifaziale Module. Die haben, wie es der Name nahelegt, zwei Gesichter und fangen sowohl das direkt eintreffende Sonnenlicht auf der Vorderseite des Moduls, als auch das indirekt eintreffende auf der Modulrückseite ein. "Bei optimalen Bedingungen erreichen solche Module deutlich mehr Ausbeute", sagt Quaschning.

Auch auf Flughäfen und entlang von Autobahnen und Bahntrassen dürften senkrecht installierte PV-Module zukünftig öfter zu sehen sein. Der Frankfurter Flughafen ist bereits mit einem sogenannten Solarzaun ausgerüstet und in den Niederlanden gibt es Lärmschutzwände mit integrierten PV-Modulen.

Vorteil der Senkrecht-PV-Anlagen: Spitzen erreichen sie an den Tagesrandzeiten. Damit seien sie komplementär zu den gen Süden ausgerichteten Solarkraftwerken, die um die Mittagszeit ihre Höchstwerte liefern, sagt Simon Lahr, Spezialist beim Senkrecht-PV-Unternehmen Next2sun im saarländischen Dillingen. Zudem seien sie korrelativ: "In den Morgen- und Abendstunden sind die Strompreise hoch, das bringt unseren Kunden höhere Erlöse."

Schwimmende PV-Anlagen

Auf Seen oder gar auf dem Meer schwimmend installierte Solarmodule sind ein weiterer Trend. So lassen sich Flächen erschließen ohne mit anderen Nutzungen in Konflikt zu geraten. Zudem werden die Module durch das Wasser gekühlt – das erhöht die Leistung.

Deutschlands größte schwimmende PV-Anlage steht im in baden-württembergischen Renchen-Maiwald. Betreiber ist die EnBW-Tochter Erdgas Südwest. Der hier erzeugte Strom wird zum Großteil direkt von dem anliegenden Kieswerk verbraucht.

Solche Anwendungsfälle seien ideal, heißt es beim Fraunhofer-ISE. Ebenfalls geeignet seien Braunkohletageseen, wovon es etwa 500 in Deutschland gibt. Alle nutzbaren Gewässer in der BRD lieferten ein technisch nutzbares Installationspotenzial von 56 Gigawatt berechneten Fraunhofer-Forscher.

Die schwimmenden Anlagen hätten sogar Vorteile gegenüber PV-Anlagen an Land, heißt es beim Fraunhofer-ISE. Es müsse kein Boden verdichtet werden, um sie sicher aufzustellen. Ferner bestehe keine Konkurrenz zu landwirtschaftlichen Flächen, zum Tourismus oder Natur- und Landschaftsschutz. Sie wirke sich sogar positiv auf die Wasserqualität aus.

Ohne Speicher wird es nicht gehen

Die Sonne spielt in unserem Energiemix also eine immer wichtigere Rolle. Doch bevor aufwendige Schwimmkonstruktionen oder stehende Anlagen aufgebaut werden, bietet es sich an, erst einmal alle Dächer von Gewerbebetrieben zu bestücken. Allein davon gibt es rund 21 Millionen. Genauso Parkplätze, allein deren Potenzial liegt bei 59 Gigawatt.

Letztlich ergibt der ganze Ausbau nur Sinn, wenn der Strom auch zu den Verbrauchern gelangt. Im schlimmsten Fall könnten, wie schon heute bei der Windkraft, enorme Mengen abgeregelt werden. Etwa in den Mittagsstunden, wenn die Sonne senkrecht auf Millionen Module scheint.

Um dem zu entgehen, braucht es schlaue Steuerungen, die den Strom in Speicher wie etwa die Batterien von Elektroautos leiten oder in Wärmepumpen. Dazu wiederum sind sogenannte Smart Meter nötig. Die machen aus einem "dummen" Stromnetz ein Smart Grid. Also ein Netz, das selbständig den Stromverbrauch und das Stromangebot in der Waage hält.

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