Aachen: Energie der Zukunft: Photovoltaik ist auch bei Wolkenhimmel effizient

Aachen: Energie der Zukunft: Photovoltaik ist auch bei Wolkenhimmel effizient

Das größte Kraftwerk, das wir kennen, ist die Sonne. Alte Kulturen verehrten diesen riesigen Fusionsreaktor, in dem Wasserstoff zu Helium umgewandelt wird, als lebenspendende Gottheit. So übertrieben dies sein mag - ein Großteil der irdischen Energiereserven stammt vom Zentralgestirn unseres Planetensystems. Kohle, Öl und Gas sind nichts anderes als gespeicherte Sonnenenergie.

Während die fossilen Brennstoffe allmählich zur Neige gehen und bei der Verbrennung die Umwelt belasten, ist die direkte Nutzung der Sonnenenergie schon deshalb viel schonender, weil die Sonnenkraft nahezu unbegrenzt zur Verfügung steht.

Die einfachste Form der Nutzung von Sonnenkraft ist ein Gebäudekonzept, das darauf ausgerichtet ist, die Energie der Sonne einzufangen. Dazu gehören eine Abschottung des Gebäudes nach Norden und die Öffnung nach Süden, eine exzellente Dämmung von Wänden und Fenstern sowie eine zentral gesteuerte Lüftung.

Letztere ist nötig, um die eingefangene Wärme im Winter im Haus halten zu können. Im Sommer hält eine Abschirmung die Sonnenwärme draußen. Wenn ein solches Haus zudem mit einer solarthermischen Anlage (Sonnenkollektoren zur Wassererwärmung) ausgerüstet ist, kann es im Idealfall völlig auf externe Energie für Heizung und Warmwasser verzichten.

Die auffälligste Form der Sonnenenergie-Nutzung ist nicht die Solarthermie, sondern die Photovoltaik mit ihren bläulich schimmernden schachbrettartigen Modulen, die - auf Hausdächern montiert, aber auch in Fassaden integriert - Strom produzieren. Solarstrom entsteht, wenn Lichtenergie in Gestalt von Photonen auf einen Halbleiter trifft. Dieser besteht aus zwei Schichten. In der einen herrscht ein Überschuss an Elektronen, in der anderen ein Mangel.

Der Photonen-Beschuss versetzt die Elektronen in Bewegung - Strom fließt. Das Wachstum ist rasant. Die einzelne photovoltaische Zelle liefert nur eine bescheidene Spannung. Deshalb müssen viele Zellen zu Modulen kombiniert werden, um eine nennenswerte Stromausbeute zu erzielen. Effiziente Photovoltaik-Anlagen brauchen deshalb relativ viel Fläche. Die Energieagentur NRW hat für unsere Zeitung errechnet, dass 43 Quadratmeter Dachfläche notwendig sind, um eine Anlage zu installieren, die rechnerisch den gesamten Strombedarf einer vierköpfigen Familie decken könnte.

In dem Beispiel wird unterstellt, dass das Dach nach Süden ausgerichtet, um 45 Grad geneigt und nicht verschattet ist. Diese Bedingungen sind nicht allzu häufig erfüllt. Vor allem dann, wenn Nachbarhäuser oder Bäume Schatten werfen, sinkt die Leistung der Anlage erheblich, auch Abweichungen von einer reinen Südlage mindern die Ausbeute. Ein erster Check, ob ein Dach geeignet ist, kann also eine Serie von Fotos zu verschiedenen Tageszeiten bei flach strahlender Sonne sein.

Die auf dem Dach "geerntete" Elektrizität ist besonders umweltfreundlich. Deshalb erhält ein Anlagenbesitzer eine Vergütung, die deutlich über dem durchschnittlichen Strompreis liegt. In der Regel speist die Anlage die gesamte Strommenge ins Netz ein. Den Eigenbedarf deckt der Besitzer dann wie jeder andere Verbraucher auch durch die Entnahme aus dem Netz zum handelsüblichen Preis.

Besonders effizient ist es, wenn der Strom vom Dach an Ort und Stelle verbraucht wird. Zu 100 Prozent kann dies nur mit teuren Batterien oder anderen Speichern gelingen. Eigennutzungsgrade um die 30 Prozent sind heute schon zu erreichen, wenn die Hausbewohner sich darauf einstellen: Die Waschmaschine sollte dann gestartet werden, wenn die Sonne am kräftigsten scheint. Weil ein solches Verhalten die strapazierten Stromnetze entlastet, wird dem Anlagenbesitzer nicht nur der "Verdienstausfall" ersetzt, den er erleidet, weil er nicht die Einspeisevergütung kassiert - er erhält sogar noch ein paar Cent zusätzlich.

Die Stromerzeuger, die durch das Gesetz über die Erneuerbaren Energien (EEG) zur Abnahme des aus erneuerbaren Quellen stammenden Stroms verpflichtet sind, holen sich die Differenz zwischen dem Marktpreis und dem, was sie den Anlagenbetreibern zahlen, über einen Aufschlag auf den allgemeinen Strompreis bei der Gesamtheit der Verbraucher zurück.

Derzeit liegt der Aufschlag bei 3,53 Cent pro Kilowattstunde - der größte Teil geht an Solar-Stromer. Erst zwei Prozent der deutschen Stromproduktion stammen derzeit aus Solarzellen, aber das Wachstum ist rasant. Allein im vergangenen Jahr nahm nach Angaben des Bundesumweltministeriums die installierte Leistung um rund 75 Prozent auf 17 320 Megawatt zu.

Der Bundesverband Solarwirtschaft schätzt allerdings, dass erst 13 Prozent der theoretisch geeigneten Dächer in Deutschland bereits zur Solarstrom-Erzeugung genutzt werden. Er hält zehn Prozent Solarstrom im Jahr 2020 für erreichbar. Das Deutsche Institut für Wirtschaftsforschung geht von knapp acht Prozent aus.

An der EEG-Umlage entzündet sich viel Kritik. Zum einen heißt es, wenn dieselben Summen in die energetische Sanierung älterer Gebäude gesteckt würden, könnte viel mehr CO2 als durch den Solarstrom eingespart werden. Zum anderen führen Kritiker an, dass die vergleichsweise geringe Zahl der Sonnenstunden in Deutschland eigentlich den beträchtlichen Förder-Aufwand nicht rechtfertigt.

Die Mainlinie markiert für die Photovoltaik eine besondere Grenze. Nördlich von ihr liegt die jährliche mittlere Sonneneinstrahlung unter 1000 Kilowattstunden pro Quadratmeter, südlich davon sind bis zu 1200 Kilowattstunden möglich. Mit dem jetzigen Stand der Photovoltaik-Technik lässt sich etwa ein Zehntel davon in Strom verwandeln.

Das heißt im Klartext: In der Entwicklung effizienterer Solarmodule liegen noch große Möglichkeiten.

Mehr als die Hälfte aller Photovoltaik-Anlagen weltweit ist in Deutschland montiert - das mag daran liegen, dass deutsche Ökotechnik weltweit führend ist. Es passt aber auch zum Klima. Solarmodule arbeiten selbst bei bewölktem Himmel noch recht effizient.

Deutschland liegt mit einer jährlichen Sonnenstundenzahl zwischen 1300 und 1900 Stunden im weltweiten Vergleich ziemlich weit hinten. In Andalusien scheint die Sonne 3000, in der Sahara sogar 4300 Stunden im Jahr. In diesen Gegenden lohnt es sich, mit Parabol-Spiegeln die Sonne einzufangen, Wasser zu verdampfen und damit Generatoren anzutreiben.

Wenn Deutschland die Sonnenkraft in Strom verwandelt, dann sollte das also über die Photovoltaik geschehen. Der Sachverständigenrat für Umweltfragen beim Bundesumweltminister hat aber in seinem Sondergutachten "Wege zur 100-prozentig erneuerbaren Energieversorgung" Zweifel an den ehrgeizigen Ausbauzielen (pro Jahr Zubau von 2500 bis 3500 Megawatt) geäußert. In jedem Fall gefährde die damit verbundene Erhöhung der Umlage die Akzeptanz des EEG, das aber sinnvoll sei - etwa zum Ausbau von Windkraftparks auf See.

"Solarstrom bleibt der teuerste regenerative Energieträger", sagen die Gutachter. Er koste viermal so viel wie Strom aus Windkraftanlagen in Küstennähe.

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