Photovoltaik-Nutzung 2020

Analyse 2009 bis 2019,
Einzeldaten bis Juni 2020

Vorbemerkungen

Dieser Bericht ist eine Fortschreibung des Berichts über die Photovoltaik-Nutzung (PV) zur Elektrizitäts-Versorgung in Deutschland „2018“. Siehe: Photovoltaik – 2009 bis 2018 Stand Januar 2019.

Daten-Veröffentlichungen über die Installierte Leistung der PV gibt es ab 2009, 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“. Insoweit sind die Daten insgesamt verlässlich.

Die Nutzung der Photovoltaik und der Windenergie werden in der Energie-Politik als alternativlos für die Energie-Versorgung beurteilt. Sie stehen im Zusammenhang. Deshalb der Hinweis: Daten-Veröffentlichungen für die Wind-Energie-Nutzung gibt es seit 2006. Eine aktuelle Analyse bis 2020 siehe: Windenergie-Nutzung, Stand 2020 – Analysen für die Jahre 2006 bis 2019.

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

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

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.

Die Lastverteiler/Netzbetreiber können weitgehend 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. Folge: Die Statistik über die „Stromversorgung“ wird zunehmend „ungenauer“.

Eine Sonderstellung haben die sog. Klein-Wasserkraft-Anlagen. 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 2019

3.1 Leistung, Erzeugung, Volllaststundenzahl

Ende 2019 betrug die Installierte Leistung aller mit dem allgemeinen Netz der öffentlichen Versorgung verbundenen und durch die Bundesnetzagentur registrierten PV-Anlagen etwa 49.418 MW. Die Stromerzeugung betrug etwa 41.692 GWh. Das ergibt eine Volllaststundenzahl von 844 h/a (Mittelwert 841 h/a der Jahre 2012 bis 2019).

3.2 Maximal-Leistung

Die höchste monatlich abgegebene Leistung (maximale Leistung) wurde im Juni mit 30.125 MW erreicht. Das ist auch der höchste Wert seit 2010. Er entspricht 63 % der installierten Leistung im Juni (47.499 MW).

3.3 Minimal-Leistung

Die Erfassung 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 2019

Im Diagramm 1 sind die Monats-Daten der Jahre 2009 bis Juni 2020 dargestellt:

2020-07-23-diagramm1

Diagramm 1: Darstellungen der Installierten Leistung, der monatlichen Höchstwerte und der monatlichen Erzeugungswerte. Die Zahlentafel zeigt die „Volllaststunden“ in der Dimension Stunden pro Jahr (h/a) und als Prozentwert (Volllaststunden bezogen auf das Normaljahr 8760 h). Die Jahre 2012 und 2016 sind Schaltjahre (8784 h).

Das Diagramm 2 zeigt den typischen Verlauf der gewinnbaren PV-Leistungen innerhalb eines Monats, hier der Sommermonat Juni 2020. Der Tagesverlauf wird durch die „Mittagsspitze“ dominiert. Auch für den gezeigten Sommermonat zeigen sich erhebliche Unterschiede der Tageswerte. Die gelbe Fläche verdeutlicht die „Nichtnutzung der Investition“, was grundsätzlich auf die volkswirtschaftliche Problematik dieser Technik hinweist.

2020-07-23-diagramm-2Diagramm 2: Reale PV-Leistungen im Tagesverlauf im Monat Juni 2020. Die gelbe Fläche veranschaulicht die naturgegebene Nichtnutzung der Investition.

4.1 Installierte Leistungen

Anfangs 2009 betrug die PV-Anlagen-Leistung etwa 6.000 MW. Im Diagramm 1 (blaue Linie) ist ein deutlicher Anstieg des Zubaus zwischen 2009 und 2012 von etwa 7.000 MW pro Jahr ersichtlich. Ab 2013 bis heute, verläuft der Zubau moderat mit etwa 2.500 MW pro Jahr. Zum Jahresende 2019 betrug die Installierte Leistung etwa 49.418 MW. Ende Juni 2020 betrug die gesamte netzgekoppelte Anlagenleistung etwa 50.953 MW.

Die installierte PV-Anlagen-Leistung ist damit bereits größer als der „Mindest-Leistungsbedarf“, der im Jahresverlauf im deutschen Verbundnetz besteht. Dieser Leistungsbedarf schwankt von etwa 30.000 MW bis maximal (Höchstlasttag) etwa 80.000 MW. Eine volle Ausschöpfung der installierten PV-Leistung erfolgt nicht, wie im Folgenden dargelegt wird.

4.2 Maximale gewinnbare Leistungen

Im Diagramm 1 sind die 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 (Linie 1) und die erreichten Maximalen Leistungen (Linie 2), für die jeweiligen Jahres-Höchstwerte) zeigen. Eine Spreizung ist erkennbar: Von etwa 8.800 MW auf etwa 18.900 MW. D. h., die zu erwartenden PV-Leistungen entwickeln sich nicht proportional zu den Installierten Leistungen.

Gründe für diese Entwicklung sind, bzw. können sein:

  • Anlagen werden vermehrt nicht in optimaler Position zum mittleren Sonnenstand errichtet. Für Deutschland ergibt sich eine maximale Ausbeute bei Süd-Ausrichtung und etwa 35 Grad Neigung der Module.
  • Leistungsabfall infolge Alterung (Degradation) der Anlagen – etwa 1 % pro Jahr.
  • Verschmutzung der Anlagen, mangelhafte Pflege.
  • Ggf. nicht optimale Anpassung der Wechselrichter-Leistung zur Modul-PV-Peak-Leistung.
  • Entwicklung der PV-Technik hin zu billigen Anlagen mit geringeren Wirkungsgraden.

Die Schwankungen der abgegebenen Leistungen sind ersichtlich sehr groß (Diagramm 2).

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

4.3 PV-Leistung und Gesamt-Kraftwerksleistung

Es ist zu erwarten, dass an einem starken Sonnentag (Sommer, gesamtes Bundesgebiet), die wirklich auftretende PV-Leistung den Gesamt-Leistungsbedarf (Netz) erreicht und überschreitet. Zusätzlich wirken Windleistung und sonstige Leistungen aus erneuerbaren Energien, wie Biomassen, Wasserkraft, Geothermie, ggf. Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen. Diese Anlagen haben Einspeise-Vorrechte. Das Entstehen der „Negativer Strompreise“ an der Strombörse ist zwanghaft. Das Diagramm 3 für Juni 2020 zeigt diese Tendenz.

2020-07-25-pv-diagramm-3

Diagramm 3: Leistungsverläufe: Netz-Bedarf (braune Fläche), PV- und Wind-Einspeisung (gelbe plus blaue Fläche). Die grüne Fläche, mit der Obergrenze (rote Linie), zeigt die bisher Installierte gesamte Leistung von PV- und Windanlagen (= 113.069 MW). Der Leistungs-Überbau, im Hinblick auf den Bedarf, ist beträchtlich.

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 Juni 2019 waren es 6.454 GWh. Das ist der bisher höchste Wert im Betrachtungszeitraum 2010 bis 2020.

Auffällig ist der Verlauf der Monats-Höchstwerte (Trendlinie 3). Eine proportionale Entwicklung, im Vergleich mit dem Anstieg der Installierten Leistungen ist nicht erkennbar.
Mögliche Ursachen dieser „Gegebenheit“ sind im Abschnitt 4.2 beschrieben. Auch die vermehrte Nutzung der Privatanlagen zur Eigenbedarfsdeckung (Balkon-Anlagen, Steckdosen-Anlagen) wird eine große Rolle spielen.

4.5 Volllaststunden

Im Diagramm 1 sind die Volllaststundenwerte der Jahre 2011 bis 2019 angegeben (Tabelle). Der Mittelwert beträgt 841 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. Diese Problematik wird im Bericht „Wind 2020“ beschrieben: Windenergie-Nutzung, Stand 2020.

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

Im Diagramm 3 sind für den Monat Juni 2020 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- und PV-Leistungen und den gesamten Netz-Leistungs-Anforderungen. Augenfällig sind die mehrfach auftretenden Minimalwerte der Wind–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- und PV-Anlagen beträgt derzeit bereits 113.069 MW (rote Linie, oben im Diagramm 3).

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. Die Eigenschaft der „Rotierenden Massen“ (Generator-Rotoren, Turbinenwellen, automatisch für die Bereitstellung der Momentan-Reserve zu sorgen, wird nicht als notwendig erkannt.

Resümee

Diese Analyse belegt, dass nach wie vor nicht davon ausgegangen werden kann, wesentlich mit der Nutzung von Wind- und Sonnen-Energie allein, eine bedarfsgerechte, sichere und preiswerte Stromversorgung realisieren zu können. Die anderen RE-Energien werden ebenso nicht wirksam werden können. Z. B. begrenztes Wasserkraft-Potenzial.

Es fehlen Großspeicher. Diese sind absehbar nicht zu erwarten. Die Wasserstoff-Techniken werden überschätzt. Deren Wirkungsgrad-Ketten sind erschreckend niedrig (Energie-Vernichtungs-Systeme).

Die jüngsten politischen Entscheidungen zur Deckelung der EEG-Umlage auf 6,5 ct./kWh für das Jahr 2021 und 6,0 ct./kWh für 2022 durch staatliche „Zuschüsse“, sowie die bereits Mitte 2020 bekanntgewordene Finanzierungslücke des EEG-Umlage-Haushaltes für 2020 belegen, dass das EEG-Umlage-System keinesfalls als Wunderwaffe für die Nutzung Erneuerbarer Energien (RE) wirken kann. Das Ausland sei gewarnt.

Die Hauptfehler des Systems resultieren aus dem Einspeise-Vorrang der RE, ob nun Strom benötigt wird oder nicht, und der Vergütungspflicht für den nicht nutzbaren Strom. Letzteres ist ein volkswirtschaftlicher Irrsinn.

Zahlen müssen alle Stromverbraucher. Von einer Beachtung des §1 EnWG (Energiewirtschaftsgesetz) kann keine Rede sein. Dieses Gesetz fordert eine sichere, kostengünstige sowie umwelt- und sozialverträgliche Energie-/Stromversorgung. Die Strompreise haben sich seit 2000 mehr als verdoppelt – Löhne und Gehälter für den Normalbürger wohl nicht.

Dank

Der Autor Wagner dankt Rolf Schuster für die zur Verfügung gestellten Daten und Diagramme.

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