Die öffentliche Nettostromerzeugung hat 2023 einen Rekordanteil erneuerbarer Energien von 59,7 Prozent erreicht. Der Anteil an der Last lag bei 57,1 Prozent. Das geht aus einer Auswertung hervor, die das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE vorgelegt hat. Bei Wind- und Solarstrom wurden 2023 neue Bestwerte erzielt. Die Erzeugung aus Braunkohle (-27 Prozent) und Steinkohle (-35 Prozent) ging dagegen stark zurück. Beim Ausbau der Erzeugungskapazitäten stach die Photovoltaik hervor: Mit ca. 14 Gigawatt war der Zubau erstmals zweistellig und übertraf das gesetzliche Klimaschutzziel der Bundesregierung deutlich. Quelle der Daten ist die Plattform energy-charts.info

Erneuerbare Energien lieferten 2023 59,7 Prozent der öffentlichen Nettostromerzeugung. Importe und Kernenergie spielten nur eine geringe Rolle.

Die Windkraft war 2023 wieder die wichtigste Stromquelle, sie trug 139,8 Terawattstunden (TWh) bzw. 32 Prozent zur öffentlichen Stromerzeugung bei. Damit lag sie 14,1 Prozent über der Produktion des Vorjahres. Der Anteil der Onshore-Windkraft stieg dabei auf 115,3 TWh (2022: 99 TWh), die Offshore-Produktion sank leicht auf 23,5 TW (2022: 24,75 TWh). Der Ausbau der Windenergie bleibt weiterhin hinter dem Plan zurück: Bis November waren onshore 2,7 Gigawatt (GW) neu errichtet, geplant waren 4 GW. Der Ausbau der Offshore-Anlagen verläuft aufgrund der nötigen Ausschreibungen und langen Bauzeiten noch schleppender. Hier wurden 2023 nur 0,23 GW neu errichtet (geplant: 0,7 GW).

Photovoltaik-Anlagen haben im Jahr 2023 ca. 59,9 TWh erzeugt, wovon 53,5 TWh ins öffentliche Netz eingespeist und 6,4 TWh im Eigenverbrauch genutzt wurden. Der Juni 2023 war mit rund 9 TWh der Monat mit der höchsten solaren Stromerzeugung jemals. Die maximale Solarleistung wurde mit 40,1 GW am 7. Juli 13:15 Uhr erreicht, das entsprach einem Anteil an der Stromerzeugung von 68 Prozent. Der Photovoltaik-Ausbau übertraf im Jahr 2023 deutlich die Ziele der Bundesregierung: Statt der geplanten 9 Gigawatt wurden bis November 13,2 Gigawatt errichtet, bis Ende 2023 werden es nach vorläufigen Daten mehr als 14 Gigawatt sein. Das ist ein starker Anstieg gegenüber 2022 (7,44 GW). Damit war der PV-Ausbau in Deutschland erstmals im zweistelligen Bereich.

Die Wasserkraft legte gegenüber 2022 zu von 17,5 TWh auf 20,5 TWh. Die installierte Leistung von 4,94 GW hat sich gegenüber den Vorjahren kaum verändert.

Die Biomasse lag mit 42,3 TWh auf dem Niveau von 2022 (42,2 TWh). Die installierte Leistung liegt bei 9 GW.

Insgesamt produzierten die erneuerbaren Energien im Jahr 2023 ca. 260 TWh und damit etwa 7,2 Prozent mehr als im Vorjahr (242 TWh). Der Anteil der in Deutschland erzeugten erneuerbaren Energien an der Last, d.h. dem Strommix, der tatsächlich aus der Steckdose kommt, lag bei 57,1 Prozent gegenüber 50,2 Prozent im Jahr 2022. Die gesamte Nettostromerzeugung beinhaltet neben der öffentlichen Nettostromerzeugung auch die Eigenerzeugung von Industrie und Gewerbe, die hauptsächlich mit Gas erfolgt. Der Anteil der Erneuerbaren Energien an der gesamten Nettostromerzeugung einschließlich der Kraftwerke der »Betriebe im verarbeitenden Gewerbe sowie im Bergbau und in der Gewinnung von Steinen und Erden« liegt bei ca. 54,9 Prozent (2022: 48,2 Prozent).

Die Last im Stromnetz betrug 457 TWh, ca. 26 TWh weniger als 2022. Aufgrund der hohen Strompreise und der höheren Temperaturen wurde wohl deutlich Strom eingespart. Auch der gestiegene Eigenverbrauch von Solarstrom senkt die Last. Die Last umfasst den Stromverbrauch und die Netzverluste, aber nicht den Pumpstromverbrauch und den Eigenverbrauch der konventionellen Kraftwerke.

Kohlestrom stark zurückgegangen

Nachdem 2022 die deutschen Kohlekraftwerke – aufgrund des Ausfalls französischer AKWs, aber auch wegen der Verwerfungen im Strommarkt durch den Ukrainekrieg – ihre Produktion hochgefahren hatten, sank ihr Anteil 2023 deutlich. So lag aufgrund des gesunkenen Kohlestromexports, aber auch wegen der guten Windbedingungen, die Erzeugung im November 2023 27 Prozent unter dem Vorjahresmonat.

Insgesamt ging die Erzeugung aus Braunkohle für den öffentlichen Stromverbrauch um ca. 27 Prozent zurück, von 105,9 auf 77,5 TWh. Hinzu kommen 3,7 TWh für den industriellen Eigenverbrauch. Die Bruttostromerzeugung fiel auf das Niveau von 1963.

Die Nettoproduktion aus Steinkohlekraftwerken für den öffentlichen Stromverbrauch betrug 36,1 TWh (-35 Prozent) und 0,7 TWh für den industriellen Eigenverbrauch. Sie war um 21,4 TWh niedriger als 2022. Die Bruttostromerzeugung fiel auf das Niveau von 1955. Die Nutzung von Erdgas zur Stromerzeugung blieb mit 45,8 TWh für die öffentliche Stromversorgung und 29,6 für den industriellen Eigenverbrauch leicht unter dem Niveau des Vorjahres. Durch die Abschaltung der letzten drei Atomkraftwerke Emsland, Neckarwestheim und Isar am 15. April 2023 trug die Atomkraft nur noch 6,72 TWh zur Stromerzeugung bei, das entspricht einem Anteil von 1,5 Prozent. 

Batteriespeicher entwickeln sich rasant

Mit dem Ausbau fluktuierender erneuerbarer Energien steigt auch der Bedarf an Netzausbau sowie an Speicherkapazität. Batteriespeicher, die dezentral errichtet werden, um die Erzeugung von Wind-  und Solarstrom zu puffern, sind besonders gut geeignet. Das Segment der Privathaushalte zeigt ebenso wie bei den Photovoltaikanlagen ein starkes Wachstum. Insgesamt verdoppelte sich die installierte Batterieleistung fast von 4,4 GW in 2022 auf 7,6 GW in 2023, die Speicherkapazität stieg von 6,5 GWh auf 11,2 GWh. Die Leistung der deutschen Pumpspeicherwerke liegt bei rund 6 GW.

Export und Börsenstrompreis rückläufig

Nachdem 2022 im Stromhandel ein Exportüberschuss von 27,1 TWh erzielt wurde, war 2023 ein Importüberschuss von 11,7 TWh zu verzeichnen. Dies lag besonders an den geringeren Stromerzeugungskosten in den europäischen Nachbarländern im Sommer und den hohen Kosten der CO2-Zertifikate. Der Großteil der Importe kam aus Dänemark (10,7 TWh), Norwegen (4,6 TWh) und Schweden (2,9 TWh). Deutschland exportierte Strom nach Österreich (5,8 TWh) und Luxemburg (3,6 TWh).  

Im Winter stiegen die Börsenstrompreise wieder an und die CO2-Zertifikate wurden günstiger. Das führte bereits im November zu einer ausgeglichenen Bilanz und im Dezember auch in Verbindung mit einer hohen Windstromerzeugung zu Exportüberschüssen. Deutschland hat im Gegensatz zu seinen Nachbarländern (Österreich, Schweiz, Frankreich) auch im Winter genügend Kraftwerkskapazitäten, um Strom für den Export zu produzieren.

Der durchschnittliche volumengewichtete Day-Ahead Börsenstrompreis ging stark zurück auf 92,29 €/MWh bzw. 9,23 Cent/kWh (2022: 230,57 €/MWh). Damit liegt er wieder auf dem Niveau von 2021.

Eine ausführliche Präsentation der Daten zu Stromerzeugung, Import/Export, Preisen, installierten Leistungen, Emissionen und Klimadaten finden Sie auf dem Energy-Charts Server:

https://www.energy-charts.info/downloads/Stromerzeugung_2023.pdf

Zur Datengrundlage

Diese erste Version der Jahresauswertung berücksichtigt alle Stromerzeugungsdaten der Leipziger Strombörse EEX und des europäischen Verbands der Übertragungsnetzbetreiber ENTSO-E bis einschließlich 31.12.2023. Über die verfügbaren Monatsdaten des Statistischen Bundesamtes zur Elektrizitätserzeugung bis September 2023 wurden die Viertelstundenwerte der EEX energetisch korrigiert. Für die restlichen Monate wurden die Korrekturfaktoren auf Basis zurückliegender Monats- und Jahresdaten abgeschätzt. Die hochgerechneten Werte von Oktober bis Dezember unterliegen größeren Toleranzen.

Zugrunde liegen die Daten zur deutschen Nettostromerzeugung zur öffentlichen Stromversorgung. Sie ist die Differenz zwischen Bruttostromerzeugung und Eigenverbrauch der Kraftwerke und wird in das öffentliche Netz eingespeist. Die Stromwirtschaft rechnet mit Nettogrößen, z.B. für den Stromhandel und die Netzauslastung, und an den Strombörsen wird ausschließlich die Nettostromerzeugung gehandelt. Sie repräsentiert den Strommix, der tatsächlich zu Hause aus der Steckdose kommt.

Stündlich aktualisierte Daten zur Stromerzeugung finden Sie hier:

https://www.energy-charts.info

© Fraunhofer ISE/energy-charts.info

…so heißt das Buch von Jan Hegenberg, der am Dienstag (23.Januar) im Leeren Beutel zu Gast war. Die Veranstaltung wurde von „regensburg-regenerativ“ organisiert und war sehr gut besucht.

Mutmachen ohne Schönfärberei

Ich hab die Veranstaltung gemeinsam mit einigen BERR-Mitstreitern und Mitstreiterinnen besucht und bin froh, da gewesen zu sein. Jan Hegenberg hat eine sehr inspirierende und mitreissende Art, über die doch etwas schwierigen Themen wie den Klimawandel und die Energiewende zu plaudern.

Plaudern heißt nun überhaupt nicht dass es oberflächlich oder gar belanglos geklungen hätte. Er beherrscht stattdessen die seltene Kunst, ein „schwieriges“ Thema konstruktiv anzupacken, ohne es auch nur ansatzweise verharmlosen zu wollen. Es macht tatsächlich Spaß, so jemandem zu so anstrengenden Themen zuzuhören und sich mit ihm auszutauschen.

Wer ist Jan Hegenberg

BWL-Studium, IT- und Technik-affin, mehrfacher Vater, Blogger und Bestseller Autor. Sein Blog „Der Graslutscher“ stammt aus einer Zeit, in der es bei ihm noch hauptsächlich um Veganismus ging.

Inzwischen ist die Seite aber eine wirklich gute Quelle zu vielen Themen rund um die Energiewende, die Mobilitätswende und vieles mehr. 

Weltuntergang fällt aus

Für sein Buch hat Jan Hegenberg offensichtlich sehr gründlich recherchiert, er ist gut im Thema. Und er bleibt auf dem Teppich:

„…Wer sich für dieses Thema auch nur ansatzweise interessiert, erfährt von mir sicher nichts Neues, wenn ich jetzt zum tausendsten Mal maximal bedrohlich beschreibe, wie gefährlich eine unkontrollierte Erderwärmung für uns Menschen ist. Ja, ja ist gefährlich, wissen wir. Schmelzende Gletscher, Dürren, Überschwemmungen, bla bla bla. Aber die viel interessantere Frage ist doch: Was machen wir denn jetzt, wo wir das wissen? …“
(Hegenberg, Jan: Weltuntergang fällt aus! Warum die Wende der Klimakrise viel einfacher ist, als die meisten denken, und was jetzt zu tun ist. Komplett-Media Verlag)

Und die Antwort wird schon in der frechen Überschrift des nächsten Kapitels gespoilert: „Wir können und werden die Klimakrise lösen“

Energiekommunikation, die nicht nur in der Blase funktioniert (hoffentlich…)

Dementsprechend geht’s im ganzen Buch um die wichtigsten Aspekte der Energiewende, gut und gründlich mit Fakten und Quellen hinterlegt, aber vor allem auch immer in einem gut lesbaren Modus. Es macht tatsächlich „Spaß“, so ein Buch zu lesen, auch wenn das Thema nun mal nicht so witzig ist. Ein erfreulich angenehmer und für mich auch wegweisender Ansatz, wie die „Klimakommunikation“, in diesem Fall die „Energiekommunikation“ gelingen kann. Das heisst dass in dieser Tonalität auch Leute erreicht werden können, die nicht eh schon in der Klima-Bubble leben. Zumindest kann ich mir das vorstellen und möchte ich das glauben…. 

Die BERR will, kann und sollte unbedingt wachsen. Noch viel zu wenig Menschen in der Region wissen von dieser einfachen Möglichkeit, sich an der Energiewende vor Ort zu beteiligen.

Damit sich das ändert, betreiben wir Marketing und Kommunikation. Aktuell besteht unser Marketing-Ausschuss aus drei Personen, die natürlich alle ehrenamtlich nur sehr begrenzt Zeit und Energie in diese wichtige Arbeit stecken können. 

Drum hätten wir gerne Zuwachs!

Wenn Sie Lust, etwas Zeit und auch ein paar Kompetenzen  mitbringen, wäre auf folgenden Arbeitsfeldern was zu tun:

• Website
  • Pflege und weitere Entwicklung. 
  • Erfahrung mit WordPress wäre hilfreich
  • Medien-Design, Media-Produktion (Text, Bild, Audio, Video…)
• Content
  • Schreiben von Artikeln rund um die Energiewende vor Ort. Konkretes zur Situation in und um Regensburg, aber auch allgemeine Themen zu Ökologie, Klimawandel, Energieversorgung etc.
  • Redaktionelle Arbeit: Planen von Content, Koordination von Autoren und Autorinnen, Redigieren und Einpflegen der Inhalte
• Social Media
  • Unser Facebook-Account wartet auf freundliche und kompetente Betreuung
  • Andere Social Media Kanäle wie Instagram oder YouTube sollten unbedingt in unsere Kommunikation einbezogen werden
• Events
  • Live- und Online-Events (z.B. BERR-Treff) müssen geplant und organisiert werden. Suche einer geeigneten Location, Einladungen etc.
• Netzwerk
  • Es gibt in der Region, aber auch innerhalb der Branche der erneuerbaren Energien und der Energiegenossenschaften noch ganz viele Akteure, mit denen wir den Austausch suchen sollten.

Wollen und werden Sie uns bei einer dieser „Baustellen“ helfen? Wir freuen uns jedenfalls auf aktive Mitstreiter und Mitstreiterinnen, die dazu beitragen wollen, dass die „Energie in Bürgerhand“ in der Region Regensburg weiter wächst und gedeiht.

Bei Interesse und/oder weiteren Fragen melden Sie sich bitte unter:

kontakt@berregensburg.de

Start einer Serie von Fach-Artikeln zur Photovoltaik von Prof.Georg Scharfenberg. Wissbegierige Einsteiger, aber auch der eine oder andere Profi können sich hier nochmal die Basics auffrischen. Gründlich, fundiert, und trotzdem verständlich…

Die größte Bedrohung der Menschen ist der Klimawandel, der durch negatives Handeln des Menschen verursacht wird. Die entscheidenden negativen Auswirkungen auf das Klima haben die energiebedingten Kohlendioxidemissionen (CO₂) infolge der extensiven Nutzung fossiler Energien seit 200 Jahren. Die verschiedenen Bereiche, Sektoren genannt, in denen fossile Energien wie Kohle, Erdöl und Erdgas genutzt werden, sind die Energiebranche (38,1%), der Verkehr (20,7%, die Industrie (17%) und der Gebäudebereich (8,9%) [1] (Angaben global für das Jahr 2022). 

In Deutschland konnte über einen Zeitraum von 30 Jahren die Nutzung fossiler und nuklearer Energien durch Erneuerbare Energien für die Stromerzeugung im Umfang von 55.6% [2] (2022) abgelöst werden. Wir haben uns in Deutschland Klimaneutralität bis zum Jahre 2045 zum Ziel gesetzt [3]. Dieses ist eine große Herausforderung, da mit deutlich steigendem Strombedarf zu rechnen ist, weil der elektrische Strom eine zentrale Rolle zur Ablösung der fossilen Energienübernimmt. So erwarten wir bis zum Jahr 2030 einen Anstieg im Strombedarf um 11% [4]. Haupttreiber für den Anstieg sind die E-Mobilität, die elektrischen Wärmepumpen, die Erzeugung von Elektrolyse-Wasserstoff sowie die Produktion von Batterien.

Engagement als ‚Öko-Energieunternehmer‘ und Klimaschützer

Jeder kann durch sein Handeln etwas für die Klimawende tun. Aber nicht jeder hat die Chance, z.B. ‚Grünen Strom‘ zu erzeugen. Hier setzt die Bürger Energie Region Regensburg(BERR) an. Die BERR bietet ihren Mitgliedern durch Zeichnung von Genossenschaftsanteilen ‚Öko-Energieunternehmer‘ zu werden oder durch Bezug des durch die BERR erzeugten Stroms einen Beitrag zur dezentralen, regionalen und CO₂-neutralen Energieversorgung zur Klimawende zu leisten.

Im Schwerpunkt erzeugt die BERR den elektrischen Strom aus Sonnenenergie durch Solaranlagen, sogenannten Photovoltaik-Anlagen (PV-Anlagen). Der elektrische Strom wird selbstgenutzt und/oder in das öffentliche Netz gespeist. Die dem Netz zur Verfügung gestellte Energie wird gemäß Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) vergütet. Vorteilhafter ist aber, die elektrische Energie selbst zu nutzen und somit den Bezug vom Netz zu vermindern oder weitgehend zu vermeiden (Kostenersparnis und Vermeidungsstrategie/Klimaschutz). Der Kostenvorteil kann bei Anwendung in einem Mietshaus nicht nur für den Eigentümer, sondern auch für den Mieter zum Vorteil gereichen (Mieterstrom-Konzept im EEG). Das Konzept wird, wenn umsetzbar, von der BERR verfolgt oder auch zur Beratung angeboten.

Hier soll erwähnt werden, dass mit der gesetzlichen Vergütung des Stromes aus PV-Anlagen von Deutschland aus die Energiewende mit weltweitem Impuls aus Bayern, und gerade auch aus Regensburg 1990 gestartet wurde [5]. Die Photovoltaik ist gegenüber allen anderen erneuerbaren Energiequellen die langfristig wichtigste Energiequelle weltweit. Das prognostiziert der jährlich erscheinende World Energy Outlook der Internationalen Energieagentur (IEA) in seiner aktuellen 2022er-Ausgabe [6].

Photovoltaik-Anlagen verursachen keine Emissionen in Form von Schadstoffen und erzeugen geräuschlos in der direkten Umwandlung der Sonneneinstrahlung elektrischen Strom. Das Ziel der BERR ist, den elektrischen Strom lokal, dezentral in der Region Regensburg und Umgebung zu erzeugen, also dort, wo er verbraucht wird.

Photovoltaik-Anlage – Stromgenerator der Sonnenenergie

Der Aufbau einer Photovoltaik-Anlage ist im Prinzip sehr einfach. Die Anlage kann auf jedem Hausdach, als Parkplatzüberdachung, auf Industrie- und Gewerbedächern, als Freiflächenanlage an Autobahnen oder Bahntrassen eingerichtet werden. Das Konzept kann zudem an Fassaden von Gebäuden oder als Balkonanlage angewendet werden.

Abbildung 1: Aufbauprinzip einer Photovoltaik-Anlage

Im vorliegenden Artikel setzte ich mich, wie oben abgebildet, mit der grundsätzlichen Struktur einer Photovoltaik-Anlage und den Parametern auseinander, die einen guten energetischen Ertrag sichern. 

Folgeartikel „Photovoltaik in Funktion und Anwendung“

In einem nachfolgenden Artikel behandele ich volkswirtschaftliche Aspekte zu PV-Anlagen, unterschiedliche Anlagenkonzepte, sowie die Technologie der Solarzellen und u.a. PV-Freiflächenanlagen, die parallel zur landwirtschaftlichen Nutzung sich auf der gleichen Fläche befinden (Agri-PV). 

Energetischer Ertrag einer Photovoltaik-Anlage

Der PV-Generator besteht in der Basis aus Photovoltaikzellen, die in einer größeren Zahl zu Solarmodulen zusammengefasst sind. Die Solarmodule sind in Abb. 1 als blaue Felder dargestellt und bilden in der Gesamtheit den PV-Generator. 

Der energetische Ertrag einer Photovoltaik-Anlage hängt von verschiedenen Faktoren ab. Die hier gelisteten einzelnen Faktoren sind nachfolgend näher erläutert:

• Breitengrad des Aufstellungsorts der Anlage 
• Ausrichtung der Anlage zur Himmelsrichtung
• Neigungswinkel der Solarmodule zur Solarstrahlung
• Wirkungsgrad der Solarzellen 
• Wirkungsgrad des Wechselrichters 
• Wirkungsgrad der Gesamtanlage

Breitengrad des Aufstellungsorts der Anlage

Die Stärke der Solarstrahlung ist bedingt durch den Neigungswinkel der Sonne über der Position der Anlage. Je weiter die Anlage im Norden steht, umso geringer ist die einfallende Energie. Der Grund liegt darin, dass die Sonne im Norden im Jahresmittel flacher über der Fläche steht als über einem südlicheren Ort.
In Norddeutschland, etwa im Bereich Hamburg (53,5^o nördlicher Breite), beträgt die Einstrahlung ca. 1.050 kWh/m ², während in Regensburg (49 ^o nördlicher Breite) mit einer Einstrahlung von ca. 1.260 kWh/m ² gerechnet werden kann. 

Ausrichtung der Anlage zur Himmelsrichtung

Bei optimaler Ausrichtung nach Süden und einem Neigungswinkel von 30^o wird eine PV-Anlage in Hamburg eine Solarernte von ca. 900 kW/kWp erbringen, während in Regensburg bei gleichem Neigungswinkel etwa mit bis zu 1000 kW/kWp gerechnet werden kann.
Im Durchschnitt über mehrere Anlagen, deren Parameter den jeweiligen Gegebenheiten unterliegen, ist in Regensburg ein Abschlag von mindestens 5% auf die angegebene optimale Solarernte zu erwarten. Für vertikale Anlagen an Fassaden muss etwa ein Abschlag von 30% gerechnet werden.

Abbildung 2: Sonnenstandsdiagramm für Regensburg [7]

Mit dem Sonnenstandsdiagramm in Abb. 2 wird die scheinbare Bahn der Sonne im Jahresverlauf über dem Standort Regensburg jeweils für die Höhe der Sonne zwischen Sonnenaufgang und -untergang angegeben. Aus dem Diagramm können als markante Winkel, jeweils zum Mittag, die Sonnenhöhen (Einfallswinkel der Sonnenstrahlung / Ekliptik) über Regensburg abgelesen werden. Berücksichtigt sind der Breitengrad von Regensburg mit 49 ^o N und die Neigung der Erdachse von 23 ^o (genau 23,27 ^o zur Ekliptik).
Da sich die Nordhalbkugel der Erde im Sommer zur Sonne hin bzw. im Winter weg neigt, ergeben sich folgende markante Einfallswinkel der Sonnenstrahlung von 64^o im Sommer am 21. Juni, im Winter von 18^o und zur Tagundnachtgleiche (Äquinoktium) von 41^o am 21. März bzw. 23. September. Die Einstrahlungswinkel sind der Ausgangspunkt für die Entscheidung zur Festlegung des Neigungswinkels im Zusammenhang mit der Ausrichtung des PV-Generators einer zu planenden PV-Anlage.

Neigungswinkel der Solarmodule zur Solarstrahlung

Zu den „örtlichen Gegebenheiten“ ist nicht nur die Ausrichtung der PV-Anlage zur Himmelsrichtung, sondern auch der Neigungswinkel der Solarmodule des PV-Generators zu nennen. Zuvor sind die markanten Einfallswinkel der Sonnenstrahlung genannt. Trifft die Strahlungsenergie genau senkrecht auf die Fläche der Solarmodule ist die Ernte maximal. Dem Sonnenstandsdiagramm ist aber zu entnehmen, dass mit der Rotation der Erde im Tagesverlauf und im Jahresumlauf um die Sonne sich die Einstrahlungswinkel permanent verändern. Die Solarmodule werden in den meisten Fällen mit festen Winkeln und nicht der Sonnenstrahlung folgend, also nicht ‚nachgeführt‘ aufgestellt. Dass bedeutet, dass aus der jeweils vorliegenden Situation mit der Ausrichtung zur Himmelsrichtung und für die Neigung des PV-Generators eine Optimierung entschieden werden muss.

Dachanlagen auf Gebäuden, sind so der architektonischen Situation anzupassen. Mit der Nachrechnung des energetischen Ertrages kann das Optimum zu den vorgegebenen Parametern bestimmt werden. Dazu gehört zudem auch die Beurteilung von Ost-West-Lagen der Dachflächen oder die Nutzung der Gebäudefassade. In die Beurteilung fließt zudem die Zellentechnologie der PV-Module (siehe Folgeartikel) und die Ästhetik der Anlage ein. 

Bei Freiflächenanlagen nimmt im Regelfall das Gefälle der Geländefläche einen Einfluss auf die Parameter. Oft kann aber mit passenden Abständen der Anlagenreihen eine Dimensionierung mit weniger Einschränkungen erfolgen.   

Wirkungsgrad der Solarzellen

Die Umwandlung der Sonneneinstrahlung findet in den Photovoltaikzellen des PV-Generators statt. Die bodennah eingestrahlte solare Energie ist als elektromagnetisches Spektrum zu betrachten. Das Lichtspektrum, auch Farbspektrum, ist der für den Menschen sichtbare Anteil von Tiefrot (größere Wellenlänge) bis zu Violett (kürzere Wellenlänge, höchster Energieanteil).
Die Solarzellen können grundsätzlich nur einen Teil des Spektrums, und damit nur einen Teil der solaren Energie in elektrischen Strom umwandeln. Je nach Zellentechnologie sind das unterschiedlich große Anteile des Spektrums, so dass sich erhebliche Wirkungsgrad-Unterschiede einstellen. Die Unterschiede reichen bei kommerziellen Solarzellen von 6% (Dünnschichtzelle) bis etwa 25% (kristalline Zelle), während im Labor mit aufwendigen Konstruktionen ein Wirkungsgrad bis 41,4% gemessen wurde [8]. Der jeweils erreichte Wirkungsgrad schlägt mit entsprechendem Material- und Herstellungsaufwand bei den Zellkosten zu Buche und geht damit in erheblichem Maße in die Wirtschaftlichkeitsberechnung einer Anlage ein.
Weitere Einflüsse sind durch die Umgebungstemperaturen am PV-Generator und mit der Alterung (Degradation) der Solarzellen zu berücksichtigen. Grundsätzlich vermindert eine hohe Umgebungstemperatur den Wirkungsgrad einer Solarzelle, während die Degradation zur altersbedingten Verminderung des Wirkungsgrades führt.
Die unterschiedlichen Typen der Solarzellen mit ihren Eigenschaften werden im Folgeartikel erläutert.

Wirkungsgrad des Wechselrichters

Wie erläutert, wandelt der Wechselrichter den Gleichstrom in netzkonformem Wechselstrom entweder einphasig zu einer Spannungshöhe von 230V um, während bei größeren Anlagenleistungen die Einspeisung in das 3-Leiternetz mit einer Spannungshöhe von 400 V erfolgt, jeweils synchron zur Netzfrequenz 50 Hz.
Moderne Wechselrichter schaffen die Umwandlung nahezu verlustfrei, d.h. mit einem Wirkungsgrad von 98%, und geben damit lediglich 2% der Energie als Verlustwärme an die Umgebung ab.
Weitere wichtige Aufgaben des Wechselrichters werden im Folgeartikel erläutert.

Wirkungsgrad der Gesamtanlage

Die wichtigsten Parameter einer Photovoltaik-Anlage, die Einfluss auf den energetischen Ertrag haben, sind damit genannt.
Für die Gesamtanlage bleibt festzustellen, dass die Verschattung des PV-Generators z.B. durch Schlagschatten eines Mastes oder Schattenwurf einer Hochspannungsanlage auf eine Freiflächenanlage oder gar der Schattenwurf eines Baumes für kristalline PV-Zellen erhebliche Verluste darstellen, während Verschattungen bei Dünnschichtzellen geringeren Einfluss haben. 

Ertragseinbußen treten zudem durch Verschmutzung der PV-Module ein. Problematische Ablagerungen können entstehen durch lokale Effekte wie Laubabwurf, Vogelkot, Staub von Baustellen oder aus der Landwirtschaft, Ruß aus nahen Schornsteinen, durch regionale Effekte wie Pollenflug oder überregionale Effekte wie Saharastaub-Ereignisse. Intensiver Regen wird die Module größtenteils wieder reinigen. Über die Jahre nehmen allerdings Verschmutzung und damit Ertragsverluste zu. Dieses gilt insbesondere für Module mit sehr flacher Neigung (unter 15°). Oft sind die unteren Kanten und insbesondere die unteren Ecken der Module besonders stark verschmutzt [9].

Mit der Energiewende werden zunehmend Großkraftwerke aus dem Netz genommen. Damit entstehen für große dezentrale Erzeugungsanlagen aus Erneuerbaren Energien, die an das Verteilnetz angeschlossen sind, neue Aufgaben zur Spannungshaltung (Netzstabilität). Diese Aufgaben werden von den Wechselrichtern übernommen und benötigen einen Teil der Energie zur Regelung. 

Quellen

[1] statista, „Verteilung der CO2-Emissionen weltweit nach Sektor 2022“

[2] AG Energiebilanzen e.V., „AG Energiebilanzen legt Bericht für 2022 vor“

[3] Die Bundesregierung, „Anteil der Erneuerbaren Energien steigt weiter“

[4] Prognos AG, im Auftrage des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie BMWi 10/2021, „Entwicklung des Bruttostromverbrauchs bis 2030“

[5] Stromeinspeisungsgesetz (heute EEG) zu 12/1990 in die Gesetzgebung des Bundestages eingebracht von Wolfgang Daniels (GRÜNE/Regensburg) und Matthias Engelsberger (CSU/Traunstein)

[6] World Energy Agency: World Energy Outlook 2022

[7] Sonnenstandsdiagramm erstellt mit SunEarthTool.com am 21.12.2023

[8] Fraunhofer Institut ISE, Pressemitteilung vom 22.11.2018: Konzentrator-Photovoltaik mit höchster Effizienz – 41,4% Modulwirkungsgrad

[9] Fraunhofer Institut ISE, Aktuelle Fakten zur Photovoltaik in Deutschland 12/2023