Читать книгу Photovoltaik & Batteriespeicher - Wolfgang Schröder - Страница 6

DIE GESCHICHTE DER PHOTOVOLTAIK

Schwebt einem die Kraft der Sonne vor, dann denkt man insbesondere an deren Wärmestrahlung. Somit ist diese eng mit der solaren Energiegewinnung verbunden, welche in Form von Solarkollektoren beispielsweise zur Erzeugung von Warmwasser benutzt werden. Die Erzeugung von Strom aus warmen Lichtstrahlen indes liegt in der Vorstellung etwas fern. Bei der Stromerzeugung kommt es weniger auf die Wärme an, sondern allein auf das Licht.

Grundlage der Photovoltaik (PV) bilden bestimmte Materialien, welche in einer speziellen funktionellen Zusammensetzung in der Lage sind, einfallendes Licht direkt in Strom umzuwandeln. Diese Umwandlung nennt man den Photovoltaischen Effekt. Der Begriff leitet sich aus dem griechischen Wort für Licht (im Genitiv: photos) sowie aus der Einheit für die elektrische Spannung, dem Volt (nach Alessandro Volta) ab. Den hierbei entstehenden Effekt der Lichtumwandlung in elektrische Energie hat der französische Physiker Alexandre Edmond Becquerel im Jahre 1839 entdeckt. Im Zuge der weiteren Erforschung – insbesondere durch Albert Einstein mit seiner 1921 mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichneten und bereits 1905 erschienenen Lichtquantentheorie – war es 1954 gelungen, die ersten Siliziumsolarzellen zu produzieren – wenn auch noch mit einem geringen Wirkungsgrad von rund 6 Prozent. Möglich wurde dies unter anderem durch die Verfügbarkeit hochreinen Siliziums. Hieraus ergaben sich 1955 die ersten technischen Anwendungen für die Stromversorgung von Telefonverstärkern. Eine weitere Nutzung der Photovoltaik folgte für Belichtungsmesser in der Fotografie.

Satellit im All mit großen Solarflügeln

Seit Ende der 1950er-Jahre werden Photovoltaikzellen in der Satellitentechnik verwendet. Gerade die Raumfahrt erbrachte durch die durch sie gestiegene Nachfrage insbesondere in den 1960-er und 1970-er-Jahren erhebliche Fortschritte in der Entwicklung und Anwendung von Solarzellen.

Umdenken

Industrielle und weitreichendere Anwendungen der Photovoltaik wurden aufgrund der hohen Kosten zur damaligen Zeit als völlige Illusion betrachtet. Dennoch erkannte man den Vorteil seitens der Wissenschaft, weshalb entsprechende Entwicklungen daher nie eingestellt wurden. Das Ergebnis weiterer, zumindest noch stromnetzunabhängiger Anwendungen, fand sich in den 1970-er-Jahren mit kleinen Zellen bei Taschenrechnern und Uhren, welche damals aber fast noch Luxusartikel waren.

Ein Umdenken in der Energieerzeugung setzte spätestens durch die Nuklearunfälle von Harrisburg und Tschernobyl ein. Seit Ende der 1980er-Jahre wurde die Photovoltaik in den USA, Japan und Deutschland intensiv erforscht und in diese Technik insbesondere zur Effizienzverbesserung investiert. Die ersten industriellen Fertigungen von Solarzellen und -modulen begannen in Deutschland mit kleinen Serien für die Energieversorgung von Satelliten.

Die private Anwendung selbst blieb eher Enthusiasten vorbehalten. Später kamen in vielen Staaten finanzielle Förderungen hinzu, um den Markt anzukurbeln und die Technik mittels einer erhöhten Nachfrage zu verbilligen, so auch in Deutschland. In der konventionellen Anwendung für andere Nutzer oder Verbraucher ergaben sich in Deutschland aber vorerst nur geförderte Demonstrationsprojekte sowie Inselanlagen. Die Marktförderung begann 1990 mit dem „1 000-Dächer-Programm“, bei dem eine begrenzte Anzahl netzeinspeisender PV-Anlagen finanziell gefördert wurde.

Staatliche Unterstützung

Auf das Auslaufen dieses Programms folgte nach kurzer Unterbrechung 1999 das „100 000-Dächer-Programm“. Beide Programme zielten auf eine günstige Finanzierung über die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW, heute KfW Bankengruppe) ab. Zudem wurde den Nutzern von PV-Anlagen ein gesetzliches Vorrecht eingeräumt, den Strom ins öffentliche Netz einzuspeisen und hierfür eine Vergütung zu erhalten.

Eine entscheidende Wende für die Entwicklung der Photovoltaik in Deutschland brachte die Einführung einer Marktförderung in Form des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) im Jahr 2 000. Dabei gab es neben dem 100 000-Dächer-Programm und dem gesetzlichen Vorrecht auf Netzeinspeisung nunmehr erstmalig eine weitgehend einheitliche gesetzlich garantierte Vergütung für alle PV-Anlagen, egal ob auf einem Gebäude oder auf freiem Feld. Durch diese vom Gesetzgeber initiierte Vergütungsregelung war zum einen eine kalkulatorisch fundierte Wirtschaftlichkeitsbetrachtung für den Betrieb von PV-Anlagen möglich, welche eine weitgehend gesicherte Investition einer zumindest damals noch sehr kostspieligen Technik ergab. Der sich dynamisch entwickelnde Markt brachte eine sich langsam entwickelnde Kosteneffizienz bei der Herstellung von PV-Modulen und ein allmählich sinkendes Preisgefüge mit sich. Hierin bestand letztendlich das Ziel des Erneuerbare-Energien-Gesetzes, welches dem mit einer jährlich stetigen Verringerung der Einspeisevergütung Vorschub leistete und der preislichen Entwicklung Rechnung trug.

Gleichzeitig rückte der Eigenverbrauch in den Fokus. Es sollten hierbei Anreize geschaffen werden, Strom direkt vor Ort selbst zu verbrauchen, um die Netzkapazitäten zu schonen. Mittlerweile hatten auch die europäischen Nachbarländer das EEG „kopiert“ und starteten ebenfalls eine große Nachfrage für PV-Anlagen.

Atomausstieg und Solardeckel

Ab 2012 gab es dann trotz des 2011 anlässlich des Reaktorunfalles in Fukushima beschlossenen Ausstiegs aus der Atomstromerzeugung einschneidende Veränderungen in der Vergütung mit dem politischen Ziel, den Zubau erheblich zu bremsen. Es gab gleich mehrere, unterjährig abgestufte Kürzungen der Einspeisevergütung sowie eine nunmehr monatliche Degression der Vergütung – mit der Folge, dass der Zubau ab 2013 erheblich zurückgegangen ist.

Weitere Einschränkungen mit der Novellierung im Jahr 2014 und der aktuell noch gültigen Novellierung des EEG aus dem Jahr 2017 folgten. Zudem wurde mit dem EEG 2017 eine Förderobergrenze von 52 Gigawatt (GW) beschlossen, die als „Solardeckel“ bekannt wurde. Hiermit ist geregelt, dass für Solaranlagen kein Vergütungsanspruch nach dem EEG besteht, wenn deutschlandweit das Gesamtausbauziel von 52 GW installierter Leistung von Solaranlagen überschritten worden ist. Das Ausbauziel wäre somit etwa Mitte 2020 erreicht worden.

Heftige politische Diskussionen anno 2020 gingen mit den von der Politik selbst gesteckten Klimazielen aus dem Paris-Abkommen sowie einem gesetzlich geregelten Kohleausstieg einher und führten schließlich zur Abschaffung des Solardeckels.

Installierte PV-Leistung in Deutschland (1996–2019)

Novellierung des EEG

Gleichzeitig wurde Ende 2020 eine weitere Novellierung des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) beschlossen, welche ab Januar 2021 in Kraft trat. Trotz der ambitionierten Ziele der Politik war die neue Gesetzesgestaltung nur halbherzig. Das gesteckte Ziel, bis 2030 eine Versorgung mit 65 Prozent aus erneuerbaren Energien sicherzustellen, gilt als zu gering, zumal wenn man bedenkt, dass in Europa bereits rund 50 Prozent des Stroms aus erneuerbaren Energien produziert werden. Im Gesetz wird mit einer Stromverbrauchsannahme von konstant 580 Terawattstunden (TWh) bis 2030 gerechnet, obgleich bekannt ist, dass der Energieverbrauch konstant steigt und insbesondere die ebenfalls mit einem Zielkorridor versehene Elektromobilität zu einem erhöhten Stromverbrauch beitragen wird. Darüber hinaus vermochte es der Gesetzgeber nicht, das EEG zu vereinfachen. Die gesetzliche Komplexität und die hieraus entstehende Bürokratie bei bestimmten Betreibermodellen führen weiterhin zu Unsicherheiten bei neuen Investoren und bremsen somit einen ambitionierten Ausbau der erneuerbaren Energien in Deutschland.

In Deutschland werden aktuell schätzungsweise etwa 2 Millionen PV-Anlagen mit einer Gesamtleistung von rund 53 Gigawatt-Peak betrieben. Dazu kommen etwa 230 000 Speichersysteme (nach Hochrechnungen des Bundesverbandes Solarwirtschaft (BSW) für Anfang des Jahres 2021). Allein 2019 konnten mit Photovoltaik über 30 Millionen Tonnen klimaschädliches CO₂ vermieden werden. Der Stromanteil der PV lag hier bei rund 8 Prozent. Trotz der einschneidenden Veränderungen bei der gesetzlichen Einspeisevergütung sowie den von der Politik vorgenommenen Regulierungen scheint der Zubau weiterhin ungebrochen, wenn aktuell auch nicht mehr mit den großen „Auswüchsen“ wie noch vor rund zehn Jahren. Dabei spielt die Einspeisevergütung bereits seit längerer Zeit nicht mehr die entscheidende Rolle, denn viele Großanlagen werden bereits ausschließlich mit direkter Stromvermarktung betrieben.

Stromversorgung ohne Netzanschluss, hier am Beispiel eines Parkautomaten, rechts: Die großen Dächer von Industriebetrieben bieten Fläche für den Bau von Photovoltaikanlagen.

Anreize für Photovoltaik

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 CO₂-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.