Die Hürden für die Photovoltaik und was uns der Kühlschrank darüber lehrt

05.Juli 2009

“Um gegen die äusserst erfolgreiche weltweite Industrie mit ihrer etablierten Technik, dem Aussägen von Eisblöcken aus gefrorenen Seen, bestehen zu können, müssten die Kosten der neuen Kühlmaschinen bei 2 bis 3 Dollar pro Tonne produziertem Eis liegen statt bei 20 bis 250 Dollar”  hiess es 1886 in einem wegen der enormen wirtschaftlichen Bedeutung  von der Regierung gesponsorten Gutachten. Das war der mühselige Anfang des Kühlschranks, der heute in jeder Wohnung steht. ( In dem Buch von James Utterback “Mastering the Dynamics of Innovation” werden noch viele weitere Beispiele für die Einführung neuer Technologien beschrieben. )

Gar nicht viel anders tönt es zur Zeit in Bezug auf die Photovoltaik als neue Technologie zur Stromerzeugung.

“Der Anteil des in Photovoltaikanlagen produzierten Stroms in der Schweiz ist äusserst bescheiden. Die Gestehungskosten der repräsentativen Referenztechnologie in der Schweiz liegen für das Jahr 2003 zwischen 54,9 und 151,1 Rp./kWh. Strom von Photovoltaikanlagen fällt unregelmässig an und ist daher nicht planbar. Für Anlagen, die mit dem Netz gekoppelt sind, ist deshalb Reserveleistung und -energie vorzusehen. Als dezentrale, netzunabhängige Anlagen, vor allem auch in Höhenlagen, ist die Photovoltaik eine sinnvolle Nischentechnologie.” So das Originalzitat aus der Axpo Webseite.  Auf eine mittlere Leistung von ganzen 50 MW schätzt die Axpo den Beitrag für die Schweiz bis 2020.

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Pioniere neuer Technologien haben es schwer. Oben Photovoltaik Modul, unten erste Kühlmaschinen

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Zum Zeitpunkt des obigen Zitats waren die Investitionen in Kühlmaschinen schon am ansteigen und zwar exponentiell, zuerst vor allem in Regionen, die klimatisch begünstigt waren, im heissen Süden mit langen Transportwegen für die Natureisblöcke. Und damit zeichnete sich der Niedergang dieser stolzen Industrie ab, deren Manager zu keinem Zeitpunkt die Bedrohung durch die neue Technik erkannten. Kurz vor dem Ende überlegten sie zwar noch, ob diese neuen Maschinen vielleicht für das Kühlen der Eisblöcke beim Transport in den Süden einen Sinn gäben. Das Beispiel zeigt, wie ausserordentlich schwierig es für Spezialisten einer Industrie ist, eine neue Technik richtig einzuschätzen. Sie haben jahrzehntelang die traditionelle Technik und auch die Geschäftsabläufe verbessert und sie sind voller Ideen für weitere Verbesserungen. Sie sehen die Defizite der neuen Technik im Vergleich zur alten.  Ganz besonders schwierig ist die Einschätzung von sog. disruptiven Technologien, die nicht nur ein  Produkt sondern den ganzen Prozess der Herstellung, des Vertriebs und der Benutzung durch den Kunden verändern – wie eben die Kühlaggregate, die plötzlich den Transport des Eises und die Lagerung überflüssig und die Kunden selber zu Produzenten machten.

Auch die Photovoltaik hat solche disruptiven Eigenschaften: der Strom kann dezentral erzeugt werden und damit k̦nnen wie beim Eis bis zu einem gewissen Grad Transportkosten gespart werden Рbeim Strom machen diese rund 2/3 des Endkundenpreises aus. Heutige Kunden werden Produzenten und damit auch Konkurrenten.

Wie bei den Kühlmaschinen am Ende des 19. Jahrhunderts sind die PV Moduln auch schon weit über das Anfangsstadium der ersten Einsatz-Versuche hinaus und befinden sich in einem exponentiellen Wachstum. In einem Spiegel-Artikel wurde die Lage wie folgt zusammengefasst: “Der Energiemarkt steht vor einer gewaltigen Revolution: Immer mehr Deutsche kaufen sich eine Solaranlage, die Nachfrage explodiert. In den kommenden fünf Jahren dürfte sich die installierte Leistung mehr als verdreifachen .

Für den Strommarkt ist dies eine Sensation. Erstmals besteht die realistische Chance, dass die Sonne einen signifikanten Beitrag zur deutschen Stromversorgung leistet. Die Ökobranche könnte ihr Nischendasein beenden – und selbstbewusst gegenüber der Kohle- und Atomlobby auftreten.

Die installierte Leistung wird für 2013 einen Wert von 17 000 bis 21 000 MW erreichen – eine Grössenordnung, die jetzt auch die Stromerzeuger aufschreckt. Bis 2013 können mindestens zwei Kernkraftwerke problemlos vom Netz gehen – während Solarstrom die Lücke füllt”.

Aber auch einige Energiefirmen sind inzwischen zu einer positiven Einschätzung gelangt, z.B.  der grosse kalifornische Energieversorger PG&E: “PG&E is harnessing the power of the sun on many levels. In fact, over 30,000 PG&E customers have already realized the power of the sun by installing photovoltaic systems – more than any other utility in the nation, and garnering PG&E the title of the most “solar integrated utility” in the U.S. PG&E, along with our customers, is taking great interest in “going solar.” Learn how this natural renewable resource can benefit you.”

Die New York Times berichtet über China: “This year China is on track to pass the United States as the world’s largest market for wind turbines — after doubling wind power capacity in each of the last four years. State-owned power companies are competing to see which can build solar plants fastest, though these projects are much smaller than the wind projects. And other green energy projects, like burning farm waste to generate electricity, are sprouting up.”

Noch ist der Solarboom allerdings in grossem Ausmass von Subventionen getrieben, in Deutschland z.B. durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz EEG. Die Stromanbieter müssen Solarstrom zu Herstellkosten vorrangig abnehmen. Die so anfallenden  “Solarschulden” werden inzwischen auf 23,3 Milliarden Euro – allein für die bis Ende 2007 installierten Module geschätzt.

Der Sinn solcher Förder-Massnahmen ist auch wieder aus den Gesetzmässigkeiten der Einführung neuer Technologien wie bei den Kühlmaschinen ableitbar. Es sind die mit den steigenden Stückzahlen sinkenden Herstellkosten. Durch Anfangs-Subventionen kann der Einführungsprozess beschleunigt werden. Das folgende Bild zeigt die bisherige und die erwartete zukünftige Kostendegression für PV Moduln (aus dem kürzlich erschienenen “Synthesis Report Climate Change” den führende Klimaforscher aus aller Welt gemeinsam verfasst haben).  Siehe dazu auch die Mc Kinsey Studie aus unseren früheren Beitrag “Solarstrom – teures Alibi oder Zukunfsthoffnung?”

Kosten PV

Neben der Kostenfrage stellen sich weitere schwierige Fragen, wie sie in dem Axpo Zitat oben angesprochen wurden, in erster Linie die Schwankungen der Produktion. Diesem Thema werden wir demnächst einen Beitrag widmen.

Die Einführung neuer disruptiver Technologien ist immer ein schwieriger Prozess. Aus früheren Erfahrungen lässt sich aber lernen. Sowohl die Experten der herkömmlichen Technik als auch die Verfechter der neuen Technik können vielleicht durch das Studium der historischen Beispiele zu einem besseren gegenseitigen Verständnis kommen. Dies wäre dringend nötig, denn neue Stromerzeugungstechniken können nur in enger Zusammenarbeit mit den etablierten Techniken Erfolg haben, beide müssen im gemeinsamen Netz zusammenspielen.

Autor:

Klaus Ragaller

Artikel gespeichert unter: Klima

bisher 7 Kommentare Eigenen Kommentar schreiben

  • 1. Klaus Gatz M.A.  |  04.August 2009 at 19:10

    Wieder ein interessanter Beitrag im klamablog.ch! (Was nicht heisst, dass die anderen Beiträge in dem blog nicht ebenso interessant wären.) Interessant erscheint mir dieser auch wegen der internationalen Vergleiche: was tun die Chinesen, was die Kalifornier, was die Deutschen, was die Schweizer u.a. im Bereich erneuerbare Energien. Wie wird deren Zukunft jeweils eingeschätzt. Und wo hakt es immer noch, in den Köpfen etwa, bei deren trotz alledem wachsender Nutzung. Hier ist das Beispiel aus der Technikgeschichte der Kühltechnik sehr schön. Es gibt eben nicht nur den technischen Aspekt bei der Transformation von Technologien, sondern mindestens ebenso gewichtig auch den psychologischen Aspekt. Dessen manchmal bremsende Wirkung wird sehr einfühlsam be- und umschrieben: eben mit dem genannten historischen Beispiel. Chapeau, Messieurs!
    Klaus Gatz

  • 2. Gerhard Grau  |  15.Oktober 2009 at 21:16

    Dieser Beitrag ist wenigstens nicht fortschrittsfeindlich verfasst, enthält jedoch einen grundlegenden Fehler.

    Um die einzelnen Energiesysteme miteinander vergleichen zu können, muß man die spezifischen Belastungen, die durch die Errichtung, den Betrieb und die Entsorgung der jeweiligen Anlage entstehen, auf die Gesamtmenge der während ihrer spezifischen Lebensdauer erzeugten Energie beziehen. Solche Vergleichswerte hat das Paul-Scherrer-Institut (PSI) in Villingen in Zusammenarbeit mit der Technischen Hochschule Zürich (ETH) im Auftrag der Schweizer Regierung in einer aufwendigen Studie zusammengetragen.

    Das Projekt heißt “Ganzheitliche Betrachtung von Energiesystemen” (GaBE) und sollte die gesamten Brennstoffkreisläufe der verschiedenen Energiesysteme von der Exploration über den Bergbau bis zur Planung und Errichtung eines Kraftwerkstyps sowie alle materiellen Kosten und die in ihnen enthaltenen Energiekosten erfassen. Dazu müssen auch der für Errichtung, Versorgung und Abbau erforderliche Transportaufwand und schließlich der Aufwand für die Entsorgung berechnet werden. Von besonderem Interesse waren ferner die sich aus allen diesen Prozessen ergebenden Umweltbelastungen (200 Schadstoffe wurden erfaßt), die bei den Verfahren sich ergebenden Unfälle und natürlich auch die wirtschaftlichen Voraussetzungen und Kosten. Diese Daten wurden in einer zentralen Datenbank erfaßt und zu der Energieproduktion der Kraftwerkstypen während ihrer gesamten Lebenszeit in Beziehung gesetzt.

    Über die vorläufigen Ergebnisse des Gesamtprojekts wurde vor allem in zahlreichen englischsprachigen Veröffentlichungen berichtet. Hier wollen wir nur allgemein die bisher bekannten Ergebnisse zusammenfassen. Wer an genauen Zahlen und Einzelheiten interessiert ist, sei auf die Studie selbst verwiesen.

    Als erstes verglich das Schweizer Institut den Energieertrag der verschiedenen Energiesysteme mit dem dafür erforderlichen Aufwand an fossilen Energieträgern. Es stellte sich heraus, daß die von der PV-Anlage gelieferte Energie fast ebenso viel fossile Energieträger verschlingt wie Kohle-, Öl- und Gaskraftwerke, wenn man den gesamten Lebensweg der entsprechenden Anlagen berücksichtigt. Deutlich weniger – und zwar eine Größenordnung weniger – benötigen Kernkraftwerke, und noch besser schneiden Wasserkraftwerke ab. Für diese müssen aber natürliche Voraussetzungen gegeben sein, die nicht beliebig verfügbar sind.

    Das gleiche Mißverhältnis zeigte sich, wenn man nur den Bedarf an elektrischer Energie betrachtet. Auch hier verschlingen PV-Anlagen unter Berücksichtigung aller Aufwendungen gut 10mal mehr Strom als alle anderen Kraftwerkstypen.

    Dem hohen Bedarf an Energie zur Herstellung und Betrieb der Solaranlagen entspricht dann auch der Ausstoß an Methan und Kohlendioxid pro erzeugter kWh, wenn man davon ausgehen muß, daß PV-Anlagen mit Hilfe der vorhandenen Energiequellen errichtet werden. Nach Berechnungen des Instituts schnitten hierbei Kernkraftwerke um das 15fache besser ab als PV-Anlagen. Noch schlechter kamen die PV-Anlagen weg, als die Forscher den für Bau, Betrieb und Entsorgung jeweils erforderlichen Ausstoß von Stickoxiden und Schwefeloxiden in die Luft und verschiedener Schadstoffe wie Fluoride, Phosphate, Nitrate, Chloride und Schwermetalle, die ins Wasser gelangen, in Betracht zogen. In all diesen Fällen lagen PV-Anlagen nur knapp unter dem Ausstoß herkömmlicher Heizkraftwerke, sie lagen aber um mehr als das Zehnfache über dem der Kern- und Wasserkraftwerke.

    Bei festen Schadstoffen schnitten die PV-Anlagen noch schlechter ab. Bei ihnen fällt gut hundertmal soviel Sondermüll an wie bei Kernkraftwerken. Nur beim radioaktiven Abfall liegen Solarkraftwerke etwas besser als Kernkraftwerke. Bei niedrig strahlendem Abfall ist der Abstand gering, bei mittel- und hochradioaktiven Abfälle nur etwa ein Zehntel. Um das Zehnfache aber übertreffen sie wiederum die konventionellen Kraftwerkstypen.

    Der Grund für das unerwartet ungünstige Abschneiden der PV-Anlagen liegt bei ihrem geringen Erntefaktor. In ihnen ist viel Energie gebunden, die aus herkömmlichen Energiequellen stammt. Diese Energie erstatten sie aber nur sehr langsam wieder zurück, bevor sie überhaupt zusätzliche Energie liefern. Das zeigt sich daran, daß bei PV-Anlagen pro erzeugter kWh wesentlich mehr Metall (Kupfer usw.) und Baumaterialien eingesetzt werden müssen als bei allen anderen Kraftwerkstypen. Im Verhältnis zum Energieertrag benötigt eine PV-Anlage fast das Hundertfache an Kupfer und das Zwanzigfache an sonstigen Baumaterialien. Entsprechend hoch sind die für ihre Energieerzeugung insgesamt erforderlichen Stoffströme. Trotz des hohen Transportaufkommens für ihre Brennstoffe haben die herkömmlichen Kraftwerke kaum höhere Stoffströme pro erzeugter Energie als Solarkraftwerke. Dagegen fallen die Stoffströme bei Kern- und Wasserkraftwerken um ein bis zwei Größenordnungen niedriger aus.

    Schon diese groben Ergebnisse machen deutlich, daß es die Solarenergie weder umsonst noch ohne Belastungen für die Umwelt gibt. Im Gegenteil, sie erweist sich in nahezu allen Vergleichsfällen als ungünstig, jedenfalls wesentlich ungünstiger als die Wasserkraft und die mit neueren Reaktortypen (die Studie geht vom Leicht- und Druckwasserreaktor aus) noch günstiger liegende Kernenergie.

  • 3. Klaus Ragaller  |  17.Oktober 2009 at 12:27

    Antwort an Herrn Grau: vielen Dank für Ihren Hinweis auf den sog. Erntefaktor der PV Module, über den es viele umfassende Untersuchungen (und auch immer wieder Kontroversen) gibt. Nach dem aktuellen Stand (z.B. Richards and Watt, 2007, Renewable and sustainable energy review 11 (1)) liegt die über die Lebenszeit der Module gelieferte Energie vier bis siebenmal höher als die zur Herstellung benötigte (je nach geographischer Lage). Der Materialbedarf und der Flächenbedarf sind Nachteile gegenüber den klassischen Kraftwerken (siehe unseren Blogbeitrag dazu: “Erneuerbare Energien brauchen grosse Speicher und viel Platz – Beispiel Wüstenstrom”). Mangels Alternativen spielt die Photovoltaik dennoch eine Hauptrolle in allen zukünftigen Energieszenarien weltweit, auch in Ländern, die auf Kernenergie setzen, von USA bis China, von McKinsey bis IEA oder IPCC. Es wird darauf ankommen, die genannten Nachteile zu minimieren, durch Rezyklierung der Materialien (hierzu laufen bereits grosse Anstrengungen) und durch Ausnutzung ansonsten ungenutzter Flächen (Wüstenstrom).

  • 4. Markus  |  20.Mai 2011 at 21:20

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