Photovoltaik in Deutschland

Analyse 2009 bis 2017

Von Eberhard Wagner

Vorbemerkungen

Berichtet wird über die Ergebnisse einer Untersuchung von markanten Daten der Nutzung der Photovoltaik zur Elektrizitäts-Versorgung in Deutschland. Dies für den Zeitraum von 2009 bis 2017 und aktuelle Daten bis April 2018.

Daten-Veröffentlichungen für die Wind-Energie-Nutzung gibt es seit 2006. Daten-Veröffentlichungen für die Photovoltaik gibt es erst ab 2009 (Installierte Leistung), für die Stromerzeugung erst ab Mitte 2010.

Es können nur netzgekoppelte Anlagen erfasst werden, die bei den Netzbetreibern registriert sind und somit, mindestens anteilig (Eigenbedarfsdeckung), der allgemeinen Elektrizitäts-Versorgung dienen. Ebenso ist Voraussetzung, dass die Strommengen bzw. Anlagen-Leistungen an der Strombörse (EEX-Strombörse Leipzig) Berücksichtigung finden.

Die analysierten Werte sind:

  • Die „Installierten Leistungen“ als Monatswerte.
  • Die Viertelstunden-Leistungswerte der monatlich erreichten Höchstwerte (maximale Werte).
  • Die monatlichen Elektrizitäts-Erzeugungswerte (Fachbegriff: Elektrische Arbeit).
  • Die sog. Volllaststunden, die sich rechnerisch aus den Erzeugungs- und Leistungswerten (Quotient) ergeben.

Bis 2013 wurden Veröffentlichungen der Bundesnetzagentur genutzt. Danach stammen die Daten von der „EEX-Strombörse Leipzig“ und vom „Verband der europäischen Übertragungs-Netzbetreiber – Entsoe, Brüssel“.
Einige Monatswerte wurden wegen Mangel an veröffentlichten Werten aufgrund von Plausibilitäten ermittelt. Insoweit sind die Daten insgesamt verlässlich.

Aus den genannten Quellen werden Daten-Zusammenfassungen in jüngerer Zeit von „Vernunftkraft – Landesverband Hessen, Verfasser Rolf Schuster“ zur Verfügung gestellt.
Eine vergleichbare Untersuchung der Nutzung der „Windenergie in Deutschland – 2006 bis 2017“ ist veröffentlicht.

1. Dimensionen:

Elektrische Anlagen-Leistung:
1 MW (Megawatt) = 1.000 kW (Kilowatt).

Strom-Erzeugung (Fachbegriff: Elektrische Arbeit):
1 GWh (Gigawattstunde) = 1.000 MWh (Megawattstunden) = 1 Mio. kWh (Kilowattstunden).

Volllaststundenzahl h/a (Stunden pro Jahr, Fach-Begriff: Ausnutzungsdauer), ergibt sich als Quotient aus der jährlichen Strom-Erzeugung in kWh und der installierter Anlagen-Leistung in kW, üblich wird der Leistungs-Wert zum jeweiligen Jahresende genutzt.

2. Probleme der Datenerfassung (Statistik)

Seit dem markanten Zubau und Betrieb von Anlagen zur Nutzung Erneuerbaren Energien (um 1990), haben sich die Möglichkeiten der Erfassung von Leistungs- und Erzeugungsdaten dieser Anlagen erheblich – nachteilig – verändert.

Das „Stromeinspeisungsgesetz – StrEG, 1.1.1991“ sah für sog. Fremdanlagen – aus Sicht der Elektrizitäts-Versorgungs-Unternehmen (EVU), die für die sichere und preiswerte Stromversorgung (§1 EnWG, auch vor 1998) verpflichtet waren – nur die Vergütung von Strom vor, der nicht zur Deckung des Eigenbedarfs benötigt wurde. Dadurch entwickelte sich eine zunehmende Strommenge, die von den EVU-Lastverteilern nicht mehr erfasst werden konnte.

Die Lastverteiler/Netzbetreiber können nicht mehr erkennen, ob ein zusätzlicher Netz-Leistungsbedarf durch Mehrbedarf der Kunden oder durch Verringerung der Leistungen in den Fremdanlagen, infolge von Windflauten, Dunkelheit, Wolken, Schnee u. ä., ursächlich sind.

Dieser Effekt entsteht auch (umgekehrt) bei einer Netz-Bedarfsverminderung. Vom Lastverteiler kann nicht erkannt werden, ob die Ursache in einer Kunden-Verbrauchsminderung oder Mehrerzeugung der Privatanlagen (Fremdanlagen) liegt. Letzteres kann durch höheres Windaufkommen bzw. größere Sonnenstrahlung eintreten.

Diese Situationen sind natürlich auch nicht durch zahlreiche Gesetzes-Novellierungen (StrEG, EEG seit 2000) beherrschbar. Besonders bei der Photovoltaik wird sich diese Unsicherheit, z. B. durch „Balkon-Anlagen“ verstärken. Die Statistik über die „Stromversorgung“ wird zunehmend „ungenauer“.

Ein Beispiel für völlig missverständliche Darstellungen, sind Diagramme über die PV-Nutzung, die von der „Initiative Agora Energiewende“ herausgegeben werden. Durch absurde Mittelwerts-Rechnungen wird „belegt“, dass die Sonne auch nachts scheint.

Eine Sonderstellung haben die sog. Klein-Wasserkraft-Anlagen von Fremd-Einspeisern. Diese Anlagen existieren bereits seit Ende des 19. Jahrhunderts. Seit etwa 1969 hat sich deren Anzahl erheblich erhöht. Letztere sind meist ehemalige Getreide-Mühlen, die infolge des sog. Mühlensterbens (Unwirtschaftlichkeit) in Strom-Erzeugungsanlagen umgebaut worden waren und damit der öffentliche/allgemeinen Stromversorgung dienen. [Lit.: Wagner, E.: Kleinwasserkraftanlagen für die öffentliche Elektrizitätsversorgung im Jahre 1986. Elektrizitätswirtschaft 24/1987. Siehe ebenfalls Heft 5/1982.]

3. Betriebsergebnisse 2017

3.1 Leistung, Erzeugung, Volllaststundenzahl

Ende 2017 betrug die Installierte Leistung aller mit dem allgemeinen Netz der öffentlichen Versorgung verbundenen und durch die Bundesnetzagentur registrierten PV-Anlagen etwa 42.718 MW. Die Stromerzeugung betrug etwa 35.982 GWh. Das ergibt eine Volllaststundenzahl von 842 h/a. Dieser Jahres-Wert entspricht etwa dem Durchschnittswert 821 h/a der Jahre 2012 bis 2017.

3.2 Maximal-Leistung

Die höchste monatlich abgegebene Leistung (maximale Leistung) wurde im Mai mit 27.414 MW erreicht. Das ist auch der höchste Wert seit 2010. Er entspricht 66 % der installierten Leistung im Mai (41.801 MW).

3.3 Minimal-Leistung

Der Ausweis einer minimalen Leistung ist ohne Sinn. Nachts scheint die Sonne nicht. Da die Stromversorgung erstrangig ein Problem der Deckung des Leistungs-Bedarfs ist, muss allein aus diesem Grunde eine „Reserve-Leistung“ verfügbar sein. Die Gretchenfrage ist, wie diese bereitgestellt werden kann. Die Windanlagen haben bekanntermaßen große Ausfälle bei Wind-Flauten, auch bei bundesweiter Betrachtung.

4. Gesamtergebnisse 2009 bis 2017

Im Diagramm 1 sind die Monats-Daten der Jahre 2009 bis 2017 dargestellt:

2018-05-pv-abbildung-1-web.jpg

4.1 Installierte Leistungen

Anfangs 2009 lag die PV-Anlagen-Leistung bereits bei etwa 6.000 MW. Im Diagramm (blaue Linie) ist ein deutlicher Anstieg des Zubaus zwischen 2009 und 2012 von etwa 6.500 MW pro Jahr ersichtlich. Ab 2013 bis heute, verläuft der Zubau moderat mit etwa 2.100 MW pro Jahr. Zum Jahresende 2017 betrug die Installierte Leistung etwa 42.718 MW. Ende April 2018 betrug die gesamte netzgekoppelte Anlagenleistung etwa 43.689 MW.

Die PV-Anlagen-Leistung ist damit bereits größer als der „Mindest-Leistungsbedarf“, der im Jahresverlauf im deutschen Verbundnetz besteht; der Leistungsbedarf schwankt im Bereich von etwa 30.000 MW bis maximal (Höchstlasttag) etwa 80.000 MW.

4.2 Maximale Leistungen

Im Diagramm 1 sind die wetterabhängigen erzielbaren Leistungen (grüne Linie) erkennbar. Tiefste maximale Monats-Leistungen treten naturgemäß in den Winter-Monaten auf, Höchstwerte werden in den Sommer-Monaten erreicht.

Auffällig ist der Verlauf der Trendlinien, die sich ab etwa 2013 für die Installierten Leistungen (Linie 1) und die erreichten Maximalen Leistungen (Linie 2, für die jeweiligen Jahres-Höchstwerte) zeigen. Eine Spreizung ist erkennbar. D. h., die zu erwartende (reale) PV-Leistung verläuft nicht im gleichen Maße wie die Installierten Leistungen. Das Verhältnis zwischen erzielter Leistung und Installierter Leistung betrug 2013 etwa 72 %, 2017 etwa 66 %.

Gründe für diese Entwicklung können sein:

  • Anlagen werden vermehrt nicht in optimaler Position zum mittleren Sonnenstand errichtet – für Deutschland gilt die Süd-Ausrichtung und etwa 35 Grad Neigung der Module.
  • Leistungsabfall (Degradation) der Anlagen – etwa 1 % pro Jahr.
  • Verschmutzung der Anlagen, mangelhafte Pflege.
  • Ggf. nicht optimale Anpassung (Trend?) der Wechselrichter-Leistung zur PV-Peak-Leistung.
  • Entwicklung der PV-Technik hin zu billigen Anlagen mit geringeren Wirkungsgraden. Andererseits besteht ein Trend zu teueren Techniken mit höheren Wirkungsgraden.

Die Schwankungen der abgegebenen Leistungen sind ersichtlich sehr groß. Daraus ergibt sich ein Leistungsbedarf, der aus anderen, konventionellen Kraftwerken, mit planbaren Betriebsleistungen, bereitgestellt werden muss.

Andere Kraftwerksarten, mit erneuerbaren Energien betrieben, können diese Schwankungen nicht ausgleichen. Allein die „Große Wasserkraft“ (meist nicht EEG-Anlagen) vermag generell planbare Leistungen bereitzustellen. Ebenso ist dies für Anlagen der Müll-Verbrennung und der Biomasse-Anlagen festzustellen.

4.3 PV-Leistung und Gesamt-Kraftwerksleistung

Es ist durchaus zu erwarten, dass an einem starken Sonnentag (Sommer, gesamtes Bundesgebiet), die wirklich auftretende PV-Leistung den Gesamt-Leistungsbedarf (Netz) überschreitet. Dies ohne Windleistung und sonstige Leistungen aus erneuerbaren Energien (Biomassen, Wasserkraft, Geothermie, ggf. Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen), die alle ebenso Einspeise-Vorrechte haben. Das Problem der Bildung „Negativer Strompreise“ an der Strombörse tritt überdeutlich zu Tage.

4.4 Strom-Erzeugung

Im unterem Teil des Diagramms sind die monatlichen Erzeugungswerte dargestellt (rote Linie). Im Sommer werden generell hohe Werte erreicht, im Juni 2017 waren es 5.367 GWh; es ist der bisher höchste Wert im Betrachtungszeitraum 2010 bis 2017.

Auffällig ist der Verlauf der Monats-Höchstwerte (Trendlinie 3). Eine proportionale Entwicklung, im Vergleich mit dem Anstieg der Installierten Leistungen (Trendlinie 1) ist nicht erkennbar. Die maximalen Monats-Erzeugungswerte in den Jahren 2013 bis 2017 liegen bei etwa 5.000 GWh.

Mögliche Ursachen dieser „Stagnation“ sind im Abschnitt 4.2 beschrieben. Auch die vermehrte Nutzung der Privatanlagen zur Eigenbedarfsdeckung wird eine große Rolle spielen.

4.5 Volllaststunden

Im Diagramm sind in einer Tabelle die Volllaststundenwerte der Jahre 2011 bis 2017 angegeben. Der Mittelwert beträgt 821 h/a.

Zu beachten ist, dass die Ermittlung der Jahreswerte üblich immer auf den Höchstwert der Installierten Leistung zu einem Jahresende erfolgt. Diese Rechen-Methode kann kritisiert werden. Eine Berechnung, z. B. bei Berücksichtigung des Zubaus während eines Jahres, bringt keinen erheblichen Erkenntnisgewinn. Der „Fehler“ nimmt mit dem Zuwachs des Anlagenbaues im Laufe der Jahre ab.

5. Beitrag der Wind- und PV-Anlagen zur Bedarfsdeckung

Im Diagramm 2 sind für den Monat April 2018 die erreichten Leistungen aus den Wind- und PV-Anlagen (blaue bzw. gelbe Fläche) einerseits, dem Verlauf des Netz-Leistungsbedarfs (braune Fläche) andererseits, gegenübergestellt.

Es zeigen sich erhebliche Differenzen zwischen den Wind- plus PV-Leistungen und den gesamten Netz-Leistungs-Anforderungen. Augenfällig sind die häufig auftretenden Minimalwerte von Wind– und PV-Leistungen.

Auch ein Verzigfachen der Wind- und PV-Anlagen wird dem gezeigten Defizit nicht abhelfen. Die hellblaue Fläche im Diagramm verdeutlicht diese Erkenntnis. Die Summe der Installierten Leistungen von Wind- plus PV-Anlagen beträgt derzeit bereits 100.457 MW (rote Linie, oben im Diagramm).

Es kommen weitere technische Erschwernisse hinzu, z. B. die Notwendigkeit der elektrischen Netzstabilität. Diese ist eine Voraussetzung für den Betrieb der EEG-Anlagen überhaupt. Sie kann nach Lage der Dinge nur durch konventionelle Kraftwerke sichergestellt werden.

2018-05-pv-abbildung-2-web

Resümee

Diese Analyse belegt, dass es illusorisch ist, mit der Nutzung von Wind- und Sonnen-Energie allein, eine bedarfsgerechte, sichere und preiswerte Stromversorgung realisieren zu können.

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  1. Analyse «Photovoltaik in Deutschland» | Energie-Fakten - 14. Mai 2018

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