Solarenergie
auf einen Blick

Photovoltaikanlagen (PV) liefern direkt günstige, CO2– und lärmfreie Energie

Sie decken aktuell ca. 6% des Schweizer Strombedarfes ab und sind zentral beim Ausbau erneuerbarer Energie in der Schweiz

PV-Energie fällt sehr unregelmässig an, was zu Problemen der Netzstabilisierung (Tag/Nacht, Sommer/Winter) führt und grosse Backup-Kapazitäten erfordert

Hochalpine Anlagen liefern im Winter deutlich mehr Strom

Solarstrom ist günstig, wenn er direkt am Ort der Erzeugung verbraucht wird – ansonst fallen erhebliche Leitungs- und Speicherkosten an, was ihn um den Faktor 2–4-mal verteuert und noch deutlich mehr bei saisonaler Zwischenspeicherung

Die typischen Tages-, Monats- und Jahresverläufe zeigen, wie unregelmässig Solarenergie in der Schweiz anfällt

Grundlagen

In Photovoltaikanlagen wird Sonnenlicht direkt in elektrische Energie umgewandelt. Der Wirkungsgrad erreicht heute bis zu 25 %. Die Leistung einer Solaranlage wird in kWp (Kilowatt-Peak) angegeben und entspricht der Höchstleistung der Anlage unter Laborbedingungen.

In der Realität hängt die Leistung von unterschiedlichen Faktoren ab:

Winkel der Sonneneinstrahlung (Sommer/Winter, Tageszeit)

Strahlungsintensität (Bewölkung, Tag/Nacht, Schatten)

Temperatur der Solarzelle

Im Schweizer Mittelland erreichen PV-Anlagen im Mittel übers Jahr typisch 9–12% ihrer Peak-Leistung und erzeugen ca. 170kWh elektrische Energie pro Jahr pro m2 . Im Sommer erreichen sie durchschnittlich über 20 % ihrer Peak-Leistung, im Winter nur 5 %.

Kosten PV-Energie

Die Preise für PV-Anlagen sinken weiter von heute ca. 1’200 CHF/kWp auf wahrscheinlich unter 600 CHF/kWp in 10 Jahren. Das wird die Solarenergiekosten von heute ca. CHF 0.08/kWh auf unter CHF 0.04/kWh bei direktem Verbrauch am Ort der Anlage senken. Mit den Batterien für den Tag/Nacht-Ausgleich verdoppeln sich die Kosten. Wird die Elektrizität im Netz verteilt und nach Bedarf zur Verfügung gestellt, fallen zusätzliche Kosten für das Netz, die saisonale Speicherung oder Backup-Kraftwerke an.

Subventionen für Photovoltaik könnten auch auf die Minderung der Nachteile von PV-Energie fokussiert werden, beispielsweise die Batteriespeicher für die tägliche Stabilisierung inklusive Tag/Nacht-Ausgleich und alpine Anlagen für mehr Winterstrom.

Faktor 2–6 Kostensteigerung für Solarenergie durch Speicherung, Netzkosten und Backup.

Schwankungen beim Solarstrom

Mit dem Ausbau von Solarenergie nehmen auch die Anforderungen an die Stromnetze zum Ausgleich der grossen Tages-, Monats- und Jahresschwankungen enorm zu.

Die Tagesschwankungen (inklusive Tag/Nacht-Ausgleich) können durch Investitionen in lokale Batterien aufgefangen werden

Bei sogenannten Dunkelflauten (Bewölkung und wenig Wind) können Speicherkraftwerke ausgleichen

Bei einem Anteil von unter 8 % der Netzleistung durch Solarstrom sind diese Schwankungen verkraftbar. Mit dem geplanten Vollausbau des Solarstroms auf 40% des jährlichen Strombedarfs (35 GWp) bis 2050 wird das Netz jedoch nicht mehr in der Lage sein, die grossen Sommer/ Winter-Schwankungen auszugleichen. Die PV-Anlagen im Mittelland leisten in den Wintermonaten (November-Februar) 4-mal weniger als im Sommer (Mai–August), was zusammen mit dem Abschalten der Atomkraftwerke zu einer Winterlücke von ca. 20 TWh elektrische Energie führt. Diese Lücke entspricht fast der Hälfte des Winterstrombedarfs und muss kompensiert werden.

Um genug Energie bereitzustellen, muss eine Leistung von ca. 6 GW zur Kompensation des geringen PV-Winterstromes verfügbar sein. Das kann durch

6 grosse Gaskraftwerke (allenfalls in Zukunft mit CO2-neutralen Brennstoffen)

Stromimport aus den umliegenden Ländern (die aber, ausser Frankreich, mit dem gleichen Winterstrommangel kämpfen)

Erneuerung beziehungsweise Ersatz von bestehenden AKWs oder durch eine Kombination dieser Optionen realisiert werden

Auch der Ausbau alpiner PV-Anlagen (mit lokalem Speicher) kann die Winterstromlücke spürbar verkleinern. Sie leisten im Winter deutlich mehr als Anlagen im Mittelland.

6 GW Winter-Backup entspricht beispielsweise 6 grossen Gaskraftwerken

Zukunftsfähige Solarenergie

PV-Module sind heute ein Massenprodukt, das weit entwickelt ist und vorwiegend in China hergestellt wird. Der Wirkungsgrad ist nahe am technisch Machbaren und die Lebensdauer wird auf 25 Jahre geschätzt. Bei dieser Lebensdauer müssten 2050 jährlich rund 4% der PV-Module ersetzt werden. Auf die geplante PV-Kapazität von 35 GWp gerechnet, entspricht das einer Leistung von 1.4 GWp, die jedes Jahr erneuert werden muss.

Batterien werden schon seit über 100 Jahren zur Stromspeicherung eingesetzt. Ihre Entwicklung zum ausgereiften Massenprodukt für Grossspeicher ist noch in vollem Gange. Daher sind auf der Materialseite noch substanzielle Entwicklungen denkbar, was für Verbesserungen der Speicherdichte (kWh pro kg Batterie), Lebensdauer (heute ca. 10 Jahre) und der Kosten sorgen wird. Ein Einsatz von Batterien für die saisonale Speicherung von sehr grossen Energiemengen wird aber auch in Zukunft zu teuer bleiben.

Vor- und Nachteile

Vorteile

CO2– und lärmfrei im Betrieb

Tiefe Betriebskosten

Dezentrale Versorgung

Gestaffelte Investitionen

Sonnenenergie frei verfügbar

Unabhängig von fossilen Versorgern

Nachteile

Stark schwankende Versorgung

Hohe Anfangsinvestitionen

Mit steigendem PV-Anteil:

– Aufwändige Netzstabilisierung
– Teure Backup-Versorgung

Grosser Flächenbedarf

Noch ungeklärte Massenentsorgung und vorläufig Abhängigkeit von China

Themenbereiche

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Energiespeicherung

Glossar