Photovoltaik – 2009 bis 2018

Stand Januar 2019

Vorbemerkungen

Dieser Bericht setzt die Analyse der Nutzung der Photovoltaik in Deutschland fort, die im Mai 2018 für die Jahre 2009 bis 2017 veröffentlicht wurde – siehe Photovoltaik in Deutschland – Analyse 2009 bis 2017.

Ein entsprechender Bericht gibt es für die Nutzung der Windenergie: Windenergie-Nutzung – Stand 2018 (Stand Januar 2019).

Die Nutzung der Wind- und der Solar-Energie (PV, Photovoltaik) werden in Deutschland politisch als einzige Möglichkeit für das Erreichen einer „Energiewende“ beurteilt. Die genannten Analysen sind deshalb im Zusammenhang zu sehen.

Sowohl die Windenergie als auch die solare Strahlungs-Energie liefern naturgemäß keine sicher planbaren Erzeugungen von Elektro-Energie (Strom), die für eine verlässliche Versorgung (Sekunden) unabdingbar sind. §1 EnWG wird diesbezüglich verletzt.

Die erheblich schwankenden elektrischen Leistungen aus Wind- und PV-Anlagen können nur durch größte Speicher ausgeglichen werden. Diese gibt es nicht und werden auch in absehbarer Zeit nicht vorhanden sein. Dazu siehe auch die Ausführungen im Beitrag „Windenergie“, wie oben genannt.

Darauf hinzuweisen ist, dass nur netzgekoppelte PV-Anlagen erfasst werden, die bei den Netzbetreibern registriert sind und somit, mindestens anteilig (Eigenbedarfsdeckung), der Allgemeinen Elektrizitäts-Versorgung direkt oder indirekt 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.
Viertelstunden-Leistungswerte der monatlich erreichten Höchstwerte – Maximale Leistungen.
Elektro-Energie-Erzeugungen/Strom-Erzeugung – Monatsdaten (Fachbegriff: Elektrische Arbeit).
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“. Insoweit sind die Daten insgesamt verlässlich.

Aus den genannten Quellen werden Daten-Zusammenfassungen in jüngerer Zeit von „Vernunftkraft – Landesverband Hessen“ zur Verfügung gestellt, Verfasser Rolf Schuster.

1. Dimensionen:

Elektrische 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).

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 „Lastverteilern“ der Versorgungsunternehmen nicht mehr erfasst werden konnte. Mit Inkrafttreten des „EEG 2000“ hat sich diese Situation nicht verändert.

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 bei einer Bedarfsverminderung im Netz. Vom Lastverteiler kann nicht erkannt werden, ob die Ursache in einer Kunden-Verbrauchsminderung oder Mehrerzeugung der Privatanlagen (Fremdanlagen, aus Sicht der Versorgungs-Unternehmen) liegt. Letzteres kann durch höheres Windaufkommen bzw. größere Sonnenstrahlung eintreten.

Diese Situationen sind natürlich auch nicht durch zahlreiche Gesetzes-Novellierungen (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 Mittelwert-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 wieder erheblich erhöht, nach einem Rückgang in den 1950-Jahren. Die Anlagen sind meist aus ehemaligen Getreide-Mühlen entstanden, auch infolge des sog. Mühlensterbens (Unwirtschaftlichkeit). Bis zu einer Leistung von 5 MW gelten diese als EEG-Wasserkraft-Anlagen. [Lit.: Wagner, E.: Kleinwasserkraftanlagen für die öffentliche Elektrizitätsversorgung im Jahre 1986. Elektrizitätswirtschaft 24/1987. Siehe ebenfalls Heft 5/1982.]

3. Betriebsergebnisse 2018

3.1 Leistung, Erzeugung, Volllaststundenzahl

Ende 2018 betrug die Installierte Leistung aller mit dem allgemeinen Netz der öffentlichen Versorgung verbundenen und durch die Bundesnetzagentur registrierten PV-Anlagen 45.744 MW. Die Stromerzeugung betrug 41.187 GWh. Das ergibt eine Volllaststundenzahl für 2018 von 900 h/a. Dieser Jahres-Wert ist der höchste seit 2009.

3.2 Maximale-Leistung

Die höchste monatlich abgegebene Leistung (Maximale Leistung) wurde im Juni 2018 mit 29.052 MW erreicht. Das ist auch der höchste Wert seit 2009. Er entspricht 65 % der Installierten Leistung im Juni 2018 (44.736 MW).

3.3 Minimale-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 2018

Im Diagramm 1 sind die Monats-Daten der Jahre 2009 bis 2018 dargestellt:

2019-01-pv-bild-1-webDiagramm 1

4.1 Installierte Leistungen

Anfangs 2009 lag die PV-Anlagen-Leistung bei etwa 6.000 MW. Im Diagramm 1 (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 2018 betrug die Installierte Leistung 45.744 MW.

Die PV-Anlagen-Leistung ist damit bereits größer als der „Mindest-Leistungsbedarf“, der im Jahresverlauf im deutschen Verbundnetz besteht; dieser 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 erzielten Leistungen (grüne Linie) dargestellt. 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 (Trend 1) und die erreichten Maximalen Leistungen (Trend 2), für die jeweiligen Jahres-Höchstwerte) zeigen. Eine Spreizung ist erkennbar. D. h., die jährlich zu erwartenden (realen) PV-Leistungen verlaufen nicht im gleichen Maße wie die Installierten Leistungen durch den Anlagen-Zubau. Das Verhältnis zwischen maximal erzielter Leistung und Installierter Leistung (jeweilige Monatswerte) betrug im Juli 2013 etwa 69,5 %, im Mai 2017 etwa 65,4 %, im Juli 2018 etwa 64,9 %.

Gründe für diese rückläufige Entwicklung können sein:

  • Notwendigkeit der Absteuerung/Abregelung der Anlagenleistung wegen Leistungsüberschuss- nicht nutzbare Leistung.
  • 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, Alterung) der Anlagen – etwa 1% pro Jahr. # Verschmutzung der Anlagen, mangelhafte Pflege.
  • Ggf. nicht optimale Anpassung der Wechselrichter-Leistung zur sog. PV-Peak-Leistung, wirkt sich besonders bei maximaler Sonnen-Strahlung durch Leistungsminderungen aus.
  • 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. Die Geothermie-Anlagen haben keine Bedeutung.

4.3 PV-Leistung und Gesamt-Kraftwerksleistung

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

4.4 Strom-Erzeugung

Im unterem Teil des Diagramms 1 sind die monatlichen Erzeugungswerte dargestellt (rote Linie). Im Sommer werden generell hohe Werte erreicht, im Juli 2018 waren es 6.167 GWh; es ist der bisher höchste Monats-Wert im Betrachtungszeitraum 2009 bis 2018.

Auffällig ist der Verlauf der Monats-Höchstwerte (Trend 3). Eine proportionale Entwicklung, im Vergleich mit dem Anstieg der Installierten Leistungen (Trend 1) ist nicht erkennbar. Die maximalen Monats-Erzeugungswerte in den Jahren 2013 bis 2018 liegen durchschnittlich bei etwa 5.000 GWh.

Mögliche Ursachen dieser „Stagnation“ sind im Abschnitt 4.2 beschrieben. Auch die vermehrte Nutzung der Privatanlagen zur Eigenbedarfsdeckung wird zunehmend bedeutsam.

4.5 Volllaststunden

Im Diagramm 1 sind in der eingefügten Tabelle die Volllaststundenwerte der Jahre 2011 bis 2018 angegeben. Der Mittelwert beträgt 841 h/a. Der bisherige Höchstwert wurde 2018 erreicht – 900 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 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 sonnenstarken Monat Juli 2018 die erreichten Leistungen aus den Wind- und PV-Anlagen (blaue und gelbe Flächen) 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 2 verdeutlicht diese Erkenntnis. Die Summe der Installierten Leistungen von Wind- und PV-Anlagen betrug Ende 2018 bereits 104.413 MW. Die Bedarfsspitzen erreichten etwa 70.000 MW.

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.

2019-01-pv-bild2-webDiagramm 2

Das Diagramm 3 (für den sonnenstarken Juli 2018) verdeutlicht, dass auch bei einer Verdreifachung der Wind- und PV-Anlagen-Leistung, die entsprechenden erzielbaren realen Leistungen, die Deckung des Leistungsbedarfs nicht regelmäßig ermöglichen können.

Die durchgezogene braune Linie zeigt den Netz-Bedarf. Die Leistungen – gelbfarbige Spitzen, besonders durch PV-Anlagen verursacht – übersteigen häufig den Leistungsbedarf. Diese Überschuss-Leistung müsste wegen des Gleichheits-Zwanges, zwischen Bedarf und Angebot (Wind plus PV), regelmäßig abgesteuert/abgeregelt werden. Die große blaue Fläche vermittelt die nicht wirksame Investition der Wind- und PV-Anlagen. Es drängt sich die Frage auf: Wer bezahlt diese Fehl-Investitionen?

2019-01-pv-bild-3-webDiagramm 3

Resümee

Diese Analyse belegt, dass es illusorisch ist, mit der Nutzung von Wind- und Sonnen-Energie allein, eine bedarfsgerechte, sichere, preiswerte sowie umweltverträgliche Stromversorgung realisieren zu können. Letzteres insbesondere wegen Wind-Industrie-Anlagen vor allem in Wäldern sowie PV-Anlagen auf Acker- und Naturflächen. Die Vorgaben des §1 EnWG werden missachtet.

Dank

Der Autor Wagner dankt Herrn R. Schuster für die zur Verfügung gestellten Diagramme.

Legende

EnWG – Energiewirtschaftsgesetz
EEG – Erneuerbare-Energien-Gesetz
StrEG – Stromeinspeisungsgesetz

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  1. Stand der Dinge: Photovoltaik | Energie-Fakten - 30. Januar 2019

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