Wenn man sich Landkarten der durchschnittlichen Sonneneinstrahlung anschaut, sieht alles noch äußerst rosig aus.
(Karte aus der Wikipedia)
In Deutschland stehen etwa 1095kWh pro m² Bodenfläche als Sonnenenergie zur Verfügung. Das wären im Jahresschnitt genau 125W/m² oder 125MW/km². Aber sobald man sich reale Beispiele anschaut, wird die Sache viel schlechter. Nehmen wir uns den Solarpark Lieberose als Beispiel.
Die beiden Flächen haben zusammen 1,6 km² und erzeugen in der Spitze 53MW Strom. Aber am Ende des Jahres bleiben nur noch 6MW im Durchschnitt übrig, auch wenn das Kraftwerk natürlich als 53MW Kraftwerk beworben wird.
Das Kraftwerk benutzt Dünnschichtsolarzellen mit einer Effizienz von 10% und man könnte nun annehmen, dass man damit aus 125MW/km² noch 12,5 MW/km² erzeugen könnte. Tatsächlich sind es aber nur 4MW/km². Warum das?
Ein Teil der Antwort liegt in der verbauten Gesamtfläche von 500.000 Quadratmeter Solarpanelen. Das Photo aus Luft wurde aus südlicher Richtung aufgenommen, so dass man die Lücken zwischen den Reihen der Panele nicht sieht. Hier ist ein Photo von der Einweihung, auf der man die Lücken deutlich sieht. Die braucht man auch, denn jede Reihe Solarzellen wirft natürlich einen Schatten und man möchte keine Fläche der Solarzellen verschwenden, indem man sie gegenseitig abschattet.
Weiter südlich in Europa kann man nicht nur die Solarzellen deutlich flacher aufbauen, weil die Sonne in einem steileren Winkel scheint. Man kann auch die Reihen näher aneinander bauen, ohne dass sich Solarpanele gegenseitig abschatten. Auf Detailphotos sieht man, dass nicht einmal die Hälfte der Fläche überhaupt von Solarpanelen überdeckt ist.
Das ist aber nicht alles. Die 10% Effizienz der Dünnschichtsolarzelle sind genau das, die Effizienz der Zelle, nicht des Panels. An der oberen Glasschicht allein gehen 4% des Lichts durch Reflexion verloren. Eine Vergütung kann das im Inneren deutlich verringern. Durch Ränder und Lücken zwischen den Panelen gehen etwa 10% der Fläche verloren. Die Zugangswege zwischen den Reihen installierter Zellen und die Wechselrichterhäuschen nehmen auch noch ein paar Prozent ein und im Laufe der Zeit wird auch eine gewisse Menge Staub, Pollen und ähnliches auf den Panelen Tribut fordern. Schon bleiben von den 10% Effizienz weniger als 8,5% übrig.
Zusammen genommen erklärt das dann auch die insgesamt niedrige Flächenleistung solcher Kraftwerke. Natürlich könnte man die Flächenleistung verbessern, indem man effizientere Solarzellen benutzt. Aber dem stehen höhere Kosten gegenüber, die man gerade auf großen Anlagen vermeiden möchte, zumal die EEG Umlage abhängig von der Gesamtleistung der Anlage ist. Auf absehbare Zeit wird sich am Flächenverbrauch der Großanlagen nicht viel ändern. Denn gerade neuere Entwicklungen wie Perskovite geht eher dahin, eine geringere oder weiterhin niedrige Effizienz zu akzeptieren um niedrigere Herstellungskosten zu erreichen.
Wie groß müssen Sonnenkraftwerke sein?
Und das hat sehr große Auswirkungen auf die Nutzung von Solarkraftwerken. Ein Solarpark in der Größe des Saarlandes (ungefähr 2500km²) hätte eine Jahresdurchschnittsleistung von 10GW und würde nur etwa 14% des Stroms erzeugen, den Deutschland braucht. Die Spitzenleistung würde sich dabei 100GW annähnern, womit dann auch heute durchaus taugliche Übergangslösungen (über die ich schon schrieb) wie Prozesswärme aus überschüssigem Strom zu erzeugen ihren Grenzen nähert.
Darüber hinaus wäre die Speicherung in Form von Gas, vor allem für die äußerst sonnenlichtarme Herbst- und Wintersaison, wohl unausweichlich. Batterien, wie die neulich von Tesla angebotene, können allenfalls wenige Tage aber keinsfalls Monate Strom vorhalten. Die Strommenge aus einem solchen Gasspeicher entspricht aber nur noch etwa einem Drittel der Strommenge, die man für die Gaserzeugung ursprünglich benötigte. Die Leistung eines Solarparks, der seinen Strom so über das ganze Jahr verteilen muss, würde nur noch etwa die Hälfte des derzeitigen Wertes betragen.
Wenn im Lauf des Jahres nur 1/3 des Stroms aus dem Speicher entnommen und der Rest direkt genutzt wird, würden aus 5MW Durchschnittsleistung ohne Speicher nur noch 3MW mit Speicherung werden. Kann nur 1/3 des Stroms direkt genutzt werden, würde aus einer Jahresleistung von 5MW eine Leistung von 2MW werden. Langfristig würde ein Solarpark von Saarlandgröße also eher 4-6GW Strom erzeugen statt 10GW, wenn die Stromversorgung hauptsächlich aus Solar- und Windkraft gedeckt werden müsste.
Rauf auf die Dächer. Raus aus den Landschaften.
Eine Nutzung von Photovoltaik die über Dachflächen und ähnliches deutlich hinaus geht, ist kein wünschenswerter Ausblick für die Zukunft der Stromversorgung. Selbst wenn sich die Effizienz billiger Solarzellen noch verdoppelt oder verdreifacht, wäre der Flächenverbrauch äußerst groß.
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