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Lexikon Solarenergie
 
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Die Energie aus den Sonnenstrahlen kann auf zwei unterschiedliche Weisen genutzt werden:

  • Solarthermie: Umwandlung in Wärme, ggf. anschließend weitere Umwandlung der Wärme in Strom (Solarthermie-Kraftwerk)
  • Photovoltaik: direkte Umwandlung in Strom
       


Heliostaten
Infografik: Solarturm / Großanischt in: DIE ZEIT Nr.26/22.6.06, S.28

Großansicht [ZEIT]

Solarthermie:

Die Energie aus den Sonnenstrahlen wird mittels geeigneter Anlagen zunächst in Wärme umgewandelt, z.B. wird in einem Sonnenkollektor eine Spezialflüssigkeit erhitzt, die dann über einen Wärmetauscher für die Warmwasserbereitung oder Heizung genutzt werden kann. Dabei sind die Temperaturen weit unter 100 °C und damit ungeeignet für die Stromerzeugung. In Solarthermiekraftwerken werden die Sonnenstrahlen jedoch z.B. mit Heliostaten oder Parabolrinnen so stark gebündelt und fokusiert (CSP = Concentrated Solar Power), dass Temperaturen um 400 °C erreicht werden, wodurch die Verdampfung einer Flüssigkeit möglich wird. Mittels Dampfturbine kann dann wie in konventionellen Wärmekraftwerken Strom erzeugt werden.

Parabolrinnen
Infografik: Solarturm / Großanischt in: DIE ZEIT Nr.26/22.6.06, S.28

Großansicht   [ZEIT]

CSP-Solarkraftwerke, also Kraftwerke, die auf der Bündelung von Sonnenstrahlen beruhen, haben sich bereits seit Jahren in der Praxis technisch bewährt, z.B in der Mojave-Wüste, wo seit den 1980-Jahren 9 derartige Kraftwerke jährlich rund 800 MWh Strom erzeugen Solarserver.de: Solar-Report 2007. Nachdem jedoch die Preise für fossile Energien nach Überwindung der Ölkrisen wieder einbrachen, rentierten sich die CSP-Kraftwerke über lange Jahre zunächst nicht mehr. Durch die sich abzeichnenden Engpässe vor allem beim Erdöl ist jedoch nach Überwindung der aktuellen Wirtschafts- und Finanzkrise wieder mit einem starken Anstieg der Energiepreise zu rechnen, weshalb CSP-Solarkraftwerke schon in der nächsten Dekade rentabel werden könnten.
  

DESERTEC: Wüstenstrom

Die am 13.07.09 gegründete DESERTEC-Initiative plant, Solarstrom im großen Maßstab mit zahlreichen Solarthermiekraftwerken (etwa der Andasol-Klasse) in den Wüsten Nordafrikas und Arabiens zu erzeugen und damit die komplette Stromversorgung der Anrainerländer sowie zusätzlich Meerwasserentsalzungsanlagen auf Strombasis bereitzustellen. Überschüssiger Solarstrom soll mittels HGÜ nach Europa exportiert werden. Um die Versorgungssicherheit zu steigern, soll der Großraum Nordafrika, Nahost und Europa über ein weiträumiges leistungsfähiges Stromnetz (Supergrid) vernetzt werden.
  

Andasol 1
Andasol 1: Großansicht bei gruppeneva.es Großansicht 

Wegen der geringen Energiedichte der Sonnenstrahlen beanspruchen Solarkraftwerke jedoch große Anlagenflächen [1] . Das bisher weltweit größte Solarkraftwerk, das Parabolrinnen-Kraftwerk Andasol 1 in Andalusien (Spanien), hat z.B. eine Kollektorfläche von 510.000 m²  (71 Fußballfelder [2] ). Es nahm im Oktober 2008 den Testbetrieb auf [3] und wird im Normalbetrieb pro Jahr geschätzte 179 GWh Strom erzeugen. Um die Strommenge eines konventionellen Großkraftwerks zu erzeugen, müssten rund 56 Solarkraftwerke der Andsol-Klasse gebaut werden [4] . Würde dieser Solarstrom nach Deutschland exportiert, entstünden insgesamt Kosten von 9 - 12 Cents/kWh [5].
  



Photovoltaik:

Die Sonnenstrahlen treffen auf Solarzellen, die zunächst Gleichstrom erzeugen. Damit dieser ins allgemeine Stromnetz eingespeist werden kann, wird er mittels Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt.
In Deutschland werden pro Jahr etwa 750 kWh Strom pro installierter 1 kW Spitzenleistung erzielt, wozu Solarzellen mit einer Fläche von 8 - 10 m²  benötigt werden [6] . Ein 4-Personenhaushalt mit einen Stromverbrauch von z.B. 4500 kWh pro Jahr müsste also eine PV-Anlage mit 6 kW Spitzenlast mit einer Fläche zwischen 48 - 60 m²  installieren. Da bisher keine effektiven preiswerten Möglichkeiten zur Speicherung des Solarstroms im Haushalt existieren, muss er am öffentlichen Stromnetz angeschlossen bleiben, damit auch nachts und bei bedecktem Himmel tagsüber genügend Stromleistung zur Verfügung steht. PV-Anlagen in Deutschland rentieren sich aus Sicht eines Privathaushalts allenfalls dadurch, dass der ins Netz eingespeiste Solarstrom weit über Marktwert vergütet und die Installation der Anlage teils subventioniert wird. Auch wenn inzwischen (Stand: Ende 2012) in Deutschland die Netzparität erreicht wird, bleibt PV-Strom volkswirtschaftlich solange unrentabel, wie es keine preiswerten großvolumigen Langzeit-Stromspeicher für gibt [7].

 

Der gesamte Stromverbrauch Deutschlands beträgt rund 600 TWh [8], davon wurden 2012 nur ca. 4,5 % mittels Photovoltaik erzeugt [9]. Im Jahr 2012 überschritt die installierte Nennleistung in Deutschland die 30 GW-Marke [10]. An sehr sonnigen nicht zu warmen Tagen (oft im Mai) können in der Spitze bis zu etwa 3/4 der installierten Nennleistung um die Mittagszeit tatsächlich realisiert werden. An solch günstigen Tagen kann die Spitzenlast mittags in Deutschland inzwischen gedeckt werden, was früher durch Pumpspeicherkkraftwerke erfolgte, die sich nun bei sinkender Auslastung immer weniger rentieren, obwohl sie als Strompuffer um so mehr gebraucht werden, je mehr die Photovolatik ausgebaut wird. Dies trifft auch auf die Reserve-Kraftwerke (Erdgas, Biogas,Kohle) zu, die nachts und an vielen trüben Tagen die dann fehlende PV-Leistung kompensieren müssen.
Auch wenn PV-Anlagen in Südeuropa sowie Nordafrika/ Naher Osten zusammen mit Stromtransport nach Deutschland (DESERTEC) weitaus günstiger wären [11], spielen sie bei großräumiger Vernetzung in einem optimierten Energiemix kaum eine Rolle, weil ihre Kosten im Vergleich etwa zur Windkraft bis auf Weiteres viel zu hoch bleiben [12] .
  

 

PV-Anlagen rentieren sich eher in Entwicklungsländern im ländlichen Raum, weil dort meist keine Netzanbindung besteht. Die Photovoltaik kann erhebliche Potenziale erlangen, falls es gelingt, die Solarzellen deutlich preiswerter als bisher zu produzieren und ihren bisher geringen Wirkungsgrad (20 %) zu steigern. Außerdem müssten effektive großvolumige Langzeit-Stromspeicher entwickelt werden. Die Forschungen dazu dauern noch an. Optimistischen Schätzungen zufolge könnte PV-Strom bei wachsenden Kosten fossiler Energieträger ab etwa 2012 in Südeuropa wettbewerbsfähig werden [13] , wobei allerdings die notwendigen Reservekraftwerke bzw. Stromspeicher nicht eingerechnet sind [14] .

 

  
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zum SeitenanfangPhotovoltaik-Strom in Deutschland: Basisdaten

Datentabelle:
Ökostrom-Mix


Datentabelle:
Strom-Mix

 




Jahr
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
(9)
h
GWp
GWp
TWh
%
Mt CO2
GW
h
%
2016
8784
1,53
41,2
38,3
6,5
ca. 24,0
4,36
930
10,6
2015
8760
1,46
39,7
38,0
6,0
26,2
4,34
957
10,9
2014
8760
1,9
37,6
36,1
5,7
24,9
4,12
960
11,0
2013
8760
3,3
35,7
29,7
5,0
21,9
3,39
832
9,5
2012
8784
7,6
32,4
28,0
4,5
12,8
3,19
864
9,8
2011
8760
7,5
24,8
19,3
3,2
14,0
2,2
778
8,9
2010
8760
7,4
17,4
7,96

Datenstand: jeweils Ende des Jahres;  jüngstes Jahr: vorläufige Daten
Quelle: (1) - (6): BSW-Solar;    (7) - (9): eigene Berechnung

(1) Anzahl Stunden im Jahr: Normaljahr 365*24 h = 8760 h; Schaltjahr = 8784 h
(2) neu installierte Nennleistung (Peak) in GW
(3) ingesamt installierte Nennleistung (Peak) in GW
(4) im Jahr erzeugter PV-Strom (TWh)
(5) Anteil des PV-Stroms am gesamten Bruttostromverbrauch (%)
(6) eingesparte CO2-Emssionen (Mt CO2)        
    Berechnung aus (4) seitens BSW-Solar unklar. Hinweis: (6) / (4) =  457 g CO2/kWh,
     zum Vergleich: Kohle 700-900 g;  Erdgas 340 g.
    (6) ergibt sich vermutlich als gewichtetes Mittel aus Erdgas und Kohle 
(7) durchschnittlich realisierte Leistung = (4) / (1)    
(8) durchschnittliche Volllaststunden im Jahr = (4) / (3)
(9) Anteil der Volllaststunden am gesamten Jahr = (8) / (1).
    (9) auch = (7) / (3) = Anteil der realisierten an der installierten Leistung.

 

Daten/ Statistiken/ Infografiken: Aktuelles   (die jüngsten Datensätze)
Strommix
DE 2023
Infografik Stromreport: Strommix 2023
01.01.24    (2384)
Stromreport: Der Stromix in Deutschland 2023
Die Netto*-Stromerzeugung** im Jahr 2023 in Deutschland betrug 436 TWh*** mit folgender Verteilung auf die Energieträger (Anteile in %):
 Windkraft  32,2  Photovoltaik  12,4  Biomasse  9,8  Wasserkraft  4,7  Braunkohle  18,0  Steinkohle  8,4  Erdgas  10,6  Kernenergie  1,6  Sonstige  2,3 .
Der EE-Anteil (59,6%) übersteigt inzwischen deutlich den Anteil der konventionellen Energien (40,4%).

* Nettostromerzeugung = Bruttostromerzeugung – (Eigenbedarf der Kraftwerke + Netzverluste)
** Einspeisung ins öffentliche Netz, also ohne Binnenproduktion in Unternehmen und ohne Eigenverbrauch der PV-Anlagen-Besitzer (6,4 TWh), d.h. die Strommenge, die an die Endverbraucher geliefert wird (Endenergie (EEV)).
*** vorläufige Berechnung

Quelle: Stromreport 2023 | Serie 

| Strom | Ökostrom | Kohle | Erdgas | Windenergie | Solarenergie | Wasserkraft | Biomasse |
Stromverbrauch
DE 2023
 Globus Infografik 16554
22.12.23    (2380)
dpa-Globus 16554: Stromverbrauch in Deutschland 2023
Die Bruttostromerzeugung in Deutschland 2023* (2022) betrug 508 (569) TWh, darunter 267 (252) TWh Ökostrom (53% (44%)). Damit ist der EE-Anteil zum ersten Mal über die 50%-Marke gestiegen. Die 53% Ökostrom verteilen sich wie folgt auf die EE-Arten (Anteile in %):
Onshore-Wind 22 Photovoltaik 12 Biomasse (inkl. Siedlungsabfälle) 10 Offshore-Wind 5 Wasser 4 .

2023: vorläufige Berechnungen

Quelle: BDEW  | Infografik  | Serie 

| Ökostrom | Windenergie | Solarenergie | Wasserkraft | Erneuerbare |
Photovoltaik
DE 1990-2022
 Globus Infografik 16239
14.07.23    (2345)
dpa-Globus 16239: Sonnenenergie für Deutschland
Ende 2022 waren in Deutschland 2,5M PV-Anlagen mit einer Nenn-Leistung von 67,5 GW installiert. Die Grafik zeigt die Anzahl der jährlich neuinstallierten PV-Anlagen samt ihrer Leistung (in GW) von 1990 bis 2022 mit dem Zwischenhoch 2010: 255.716|7,526, dem Zwischentief 2015: 47.226|1,406 und einem steilem Anstieg zuletzt auf 2022: 386.891|7,445.

Quelle: Bundesverband Solarwirtschaft  | Infografik 

| Solarenergie | Ökostrom |
Daten/ Statistiken/ Infografiken: Archiv   (jahrgangsweise chronologisch)
Jahrgang:  08  09  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24 

 
Dokumente: Aktuelles   (die jüngsten Datensätze)
Ariadne-Report-2021
Ariadne-Report
11.10.21    (140)
Ariadne-Report: Deutschland auf dem Weg zur Klimaneutraliät 2025
Die verschärften Klimaziele erfordern bis 2030|2035|2040 eine CO2-Reduktion von 65|77|88% ggü. 1990, bis 2045 soll die Klimaneutralität (Netto-Null) erreicht werden (). Der Report stellt verschiedene Szenarien vor, wie diese ambitionierten Ziele umgesetzt werden können. Vorrangig ist ein drastischer Ausbau der Kapazitäten zur Erzeugung Erneuerbaren Energien (EE) und ihrer Speicherung, einhergehend mit einer tiefgreifenden Transformation des gesamten Systems der Energieversorgung auf Basis einer sektorübergreifenden Elektrifzierung.

Überblick/ Hintergrund/ Downloads

| Treibhausgase | Erneuerbare | Energiewende | Ökostrom | Windenergie | Solarenergie | Wasserstoff |
Kalte Dunkelflaute
Kalte Dunkelflaute
12.05.17    (138)
Energy Brainpool: Kalte Dunkelflaute. Robustheit des Stromsystems bei Extremwetter
Mit "Dunkelflaute" wird eine Wetterperiode mit sehr wenig Wind und Sonnenschein bezeichnet, z.B. nachts bei Windflaute. Kommt außerdem noch deutliche Kälte hinzu, spricht man von "Kalter Dunkelflaute", die in etwa alle 2 Jahre im Winter mit einer Länge von ca. 10 Tagen und mehr auftritt, z.B. die 14 Tage vom 23.1.-6.2.2006 als Extremfall. In solchen Phasen sinkt die Ökostromleistung auf die Größenordnung 10 GW, die dann fehlende Leistung von ca. 70 GW wird bisher vor allem abgedeckt durch mehr Kohle-und Atomstrom. Die Studie von Energy Brainpool im Auftrag von Greenpeace-Energy arbeitet heraus, dass eine sichere Stromversorgung auf Basis von erneuerbaren Energien in Phasen von Dunkelflauten zwei Säulen erfordert: 43 GW-Elektrolyseure zur großvolumigen Erzeugung und Speicherung von Wasserstoff (bzw. Methan) aus Ökostrom kombiniert mit 67 GW-Gaskraftwerke zur Verstromung des Speichergases.

Überblick/ Hintergrund   Download

| Ökostrom | Windenergie | Solarenergie | Erdgas | EW-Strom |
WEO-2014
WEO-2014
12.11.14    (114)
IEA: World Energy Outlook 2014
Jährlich im November veröffentlicht die IEA ihren "World Energy Outlook" (WEO), eine umfangreiche Datensammlung zur Entwicklung der Primärenergieträger in der Vergangenheit sowie Prognosen, in diesem Jahr erstmals bis zum Jahr 2040, samt daraus sich ergebender Konsequenzen für die Versorgungssicherheit sowie den Umwelt- und Klimaschutz. Erfasst werden die nicht regenerierbaren Energiequellen (Öl, Kohle, Gas, Atomkraft) und einige der regenerierbaren (Wasserkraft, Windkraft, Solarenergie, Biomasse) im Hinblick auf Energienachfrage und - angebot sowie Energiehandel und Investitionen in Infrastruktur. 2014 zählen u.a. die Gas- und Ölschwemme, verursacht durch Fracking in den USA, zu den Schwerpunktthemen. Aus diesem Datenpool werden ergänzend diverse Statistitiken zu den energiebedingten CO2-Emissionen abgeleitet. Zunehmend werden auch Aspekte wie Energieverteuerung und Folgen der Klimaerwärmung analysiert. Wie schon in den letzten Jahren sieht die IEA die Risiken wachsen, dass das 2°C-Ziel weit verfehlt wird und schlägt deshalb verschiedene Maßnahmen zum drastischen Reduktion der Treibhausgas-Emissionen vor.
  
Informationen: Überblick/ Inhaltsverzeichnis/ Bestellung / Presse-Präsentation  
Download: Pressepräsentation mit den zentralen Aussagen und Infografiken [pdf]

| Energie | Fossile Energien | Erdöl | Kohle | Erdgas | Atomenergie | Erneuerbare | Windenergie | Solarenergie | Wasserkraft | Biomasse | Fracking | Treibhausgase | Klimaerwärmung | 2 °C - Schwelle |
Dokumente: Archiv   (jahrgangsweise chronologisch)
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zum Seitenanfang externe Links
Wikipedia  Sonnenenergie  Solartechnik  Sonnenkollektoren  Solarthermie  Photovoltaik
Sonnenseiten Portal zur Sonnenenergie des Journalisten Franz Alt
Eurosolar Europäische Vereinigung für Erneuerbare Energien
BSW Bundesverband Solarwirtschaft (BSW)
DGS Deutsche Gesellschaft für Sonnenenergie
SFV Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V.
Online-Rechner für PV-Anlagen Energieagentur NRW: Online-Rechner für Photovoltaik-Anlagen
Auch nach Absenken der Einspeisevergütung für PV-Strom lohnt sich die Installation einer PV-Anlage bei vielen Gebäuden, weil die PV-Anlagen preiswerter geworden sind. Ob sich eine PV-Anlage rentiert, hängt allerdings von einigen Faktoren (u.a.Sonnenscheindauer, Dachausrichtung und - neigung) ab, die beim Online-Rechner erfasst werden. Als Ergebnis erstellt er dann eine Tabelle, wo die Kosten und Einnahmen gegenüber gestellt werden. Zusätzlich zeigt eine Kurve an, ab welchem Jahr sich die PV-Anlage amortisiert hat.
Energieagentur NRW: Online-Rechner für PV-Anlagen
 
zum Seitenanfang Anmerkungen
Anmerkungen werden im obigen Text durch [n] markiert, wobei n eine interne Nummer ist, die der zeitlichen Reihenfolge der Einführung der Anmerkungen [1], [2], [3], ..., folgt, die im Zuge von Ergänzungen abweichen kann von der Reihenfolge im Text. Durch einen Klick auf   [n]  gelangt man an die Textstelle der Anmerkung.
  
Bei sich möglicherweise verändernden Quellen (Websites) wird das Datum des Zugriffs (Z TT.MM.JJ) notiert, ansonsten das interne Datum [TT.MM.JJ] der jeweiligen Quelle, sofern vorhanden.
  
[1] An guten Standorten (Sahara) werden im Jahr pro m²  rund 2500 kWh Sonnenenergie eingestrahlt, also im Durchschnitt 2500 kWh / (365 • 24 h) = 285 W. Für 1 kW Leistung werden also selbst an guten Standorten 3,5 m² Einstrahlfläche benötigt. Ein fossiles (Kohle/ Atom) Großkraftwerk hat typischerweise eine Leistung in der Größenordnung von 1 Mio kW. Bei einem Wirkungsgrad von etwa 25 % bei Solarkraftwerken werden also 4 • 3,5 Mio m² = 14 km²  benötigt.
Dies ist jedoch nur die rein rechnerische Einstrahlfläche. Bei Solarkraftwerken ist die tatsächlich beanspruchte Fläche viel größer, da z.B. die Spiegelsysteme nicht lückenlos montiert werden können und auch genügend Freiraum für Wartungsarabeiten benötigt wird. Mit 1 km²  Fläche lassen sich pro Jahr ca. 0,1 TWh erzielen*, für 10 TWh (Größenordnung der Strommenge eines konventionellen Großkraftwerks) wird also eine Fläche von ca. 100 km²  benötigt. Der gesamte Stromverbrauch Deutschlands (ca. 600 TWh) erfordert also eine Fläche von ca. 6000 km² = 77,5 km • 77,5 km.
* Datenquelle:  Wüstenstrom-Studie, S.12, linke Spalte 3.Absatz
[2]   Schott.com: Parabolrinnen-Kraftwerk "Andasol 1": Daten und Fakten
Beim Fußballfeld üblich sind 68 m • 105 m.  510.000/(68 • 105 ) = 71,4
[3]   Solar Millennium: Andasol 1 nimmt Testbetrieb auf [15.10.08]
[4]   pte:Baustart für größtes Solarkraftwerk der Welt [20.7.08]
Zum Vergleich: Die Strommenge eines konventionellen (Kohle/Atom) Großkraftwerks hat eine Größenordung von 10
TWh, also rund 56 mal so viel wie 179 GWh = 0,179 TWh. Der gesamte Stromverbrauch Deutschlands ist 600 TWh / 0,179 TWh = 3352 mal so groß.
[5]   dpa Grafik 3731: Stromerzeugung und Klimabilanz
[6]   Wikipedia: Photovoltaik (Z 11.11.08)
[7] Bei Kosten von z.B. 1400 € pro installierter kWp und einem Ertrag von 900 kWh im Jahr betragen die Stromgestehungskosten 11,6 Ct/kWh, weit weniger als der Privatkundenpeis für Netzstrom: Er betrug im Okt.2012 im Durchschnitt 25,89 Ct. (Wikipedia 9.1.13) . Bei den Kosten für PV-Strom bleiben aber die Kosten für Reservekraftwerke und großvolumige Langzeit-Stromspeicher unberücksichtigt.
[8]   siehe: Daten/ Statistiken zum Ökostrom > Deutschland
[9] BSW-Solar: Statistische Zahlen der deutschen Solarstrombranche [BSW-Solar Sep.2012]
[10] s. Tabelle "Photovoltaik-Strom in Deutschland: Basisdaten" (diese Seite)
[11] In Deutschland strahlen im Jahr pro m² ca. 700 -1000 kWh ein, in der Sahara rund 2500 kWh.
[12] Gregor Czisch: Szenarien einer zukünftigen Stromversorgung [11.4.06]
[13] Friederike Rüll: Billigstrom der Zukunft kommt von der Sonne [VDI-nachrichten 19.9.08]
[14] Bei den Kosten z.B. von Solarstromimport aus Spanien (9-12 Ct/kWh) werden Aufwendungen für Reservekraftwerke oder Speichersysteme in Deutschland nicht berücksichtigt.
 

Stand: 10.05.10/zgh   Erneuerbare Energien   
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