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Energiewirtschaftliche Tagesfragen et
Zukunfts­aus­sichten von Solar­strom

erschienen in Energiewirtschaftliche Tagesfragen et 06/2005 S.386-388

Das novel­lierte Erneuer­bare-Energien-Gesetz (EEG) in Deutsch­land schreibt eine Vergütung von mehr als dem Zehnfachen der marktüblichen Elektrizitätspreise für Solarstrom vor. Dabei beträgt der Anteil an der Deckung des Elektrizitätsbedarfs nicht einmal ein Promille. Daher ist die Relevanz für den Klimaschutz derzeit marginal. Vor diesem Hintergrund wird im Folgenden beleuchtet, ob die Photovoltaik dennoch relevante Marktanteile erreichen kann, ob überhaupt eine Chance besteht, Solarstrom je zu marktfähigen Preisen zu produzieren und wie eine Förderung unter diesem Licht zu bewerten ist.


Aufmacher
Die besten Chancen für eine konkurrenzfähige Stromerzeugungbestehen für die Solartechnik im Sonnengürtel der Erde. Über Know-how-Entwicklung und Anlagenproduktionsstätten im Lande sowie Solarstromimport kann auch Deutschland daran partizipieren. Bilder: V. Quaschning

Die enormen Potenziale der Solarenergie sind allgemein verlockend. Nicht einmal 1% der Fläche der Sahara, belegt mit solarthermischen Kraftwerken oder Photovoltaikkraftwerken würde ausreichen, um theoretisch den gesamten Elektrizitätsbedarf der Erde zu decken. Lediglich gut 2,6 GW betrug die weltweite installierte Leistung von PV-Anlagen Ende des Jahres 2003, die im selben Jahr 2,1 Mrd. kWh an elektrischer Energie generierten. Gerade einmal 0,01% des weltweiten Strombedarfs wird durch die Photovoltaik gedeckt. Auch in Vorreiterstaaten wie Deutschland waren es im Jahr 2003 nur 0,05%. Solange sich der PV-Anteil im Zehntel-Promille-Bereich bewegt, kann nicht ernsthaft von einem wichtigen Beitrag zur Stromerzeugung oder zum Klimaschutz gesprochen werden.

Wachstumsraten

Obwohl die Marktanteile von Solarstrom noch gering ausfallen, sind auf Grund der hohen Wachstumsraten der Photovoltaik mittelfristig dennoch relevante Marktanteile erreichbar. Zwischen 20 und 40 % betrugen die jährlichen Wachstumsraten der gesamten installierten Leistung in den letzten 10 Jahren (Bild 1).


Entwicklung der weltweit kumulierten PV-Leistung
Bild 1: Entwicklung der weltweit kumulierten PV-Leistung sowie jährliches Wachstum (Quelle: IEA-PVPS [6] sowie eigene Berechnungen)

Wird das Wachstum in der gleichen Größenordnung weitergeführt, lassen sich bis zum Jahr 2025 bei einem jährlichen Produktionswachstum von 20 % weltweit 220 GW, bei einem Wachstum von 30 % weltweit 950 GW und bei 40 % sogar 3 900 GW installieren. Bei einer globalen mittleren spezifischen Erzeugung von 1 400 kWh/kW wird damit die Elektrizitätserzeugung je nach Wachstumsrate zwischen 300 und 5 500 TWh/a liegen. Geht man davon aus, dass der weltweite Elektrizitätsbedarf bis zum Jahr 2025 auf 27 000 TWh/a ansteigt, kann der Anteil der PV dann zwischen 1 und 20 % betragen. Wirklich signifikante Anteile lassen sich demnach nur erreichen, wenn die jährlichen Wachstumsraten auch in den nächsten 20 Jahren weiterhin bei mindestens 30 % liegen werden. Das Beispiel der Windkraft in Deutschland oder Dänemark zeigt jedoch, dass es in relativ kurzen Zeiträumen möglich ist, auch energiewirtschaftliche relevante Installationszahlen zu erreichen.

Etwas geringer, aber dennoch beachtlich sind die Potenziale für solarthermische Kraftwerke, die sich jedoch nur für den Einsatz im Sonnengürtel der Erde eignen. Durch die einfache Integration thermischer Speicher können diese im Gegensatz zur Photovoltaik Leistung garantieren, was die Qualität und damit den Wert der Elektrizitätserzeugung erheblich steigert.

Kostenreduktionspotenziale

Das heutige Kostenniveau der Photovoltaik liegt im Vergleich zu konventionellen Kraftwerken und auch anderen regenerativen Anlagen noch extrem hoch. Die Kosten von Solarstrom sind in den letzten Jahren bereits extrem gefallen. Während Mitte der 1980er Jahre in Deutschland für eine Photovoltaikanlage noch Investitionskosten von über 15 000 €/kW veranschlagt werden mussten [1], konnten Großanlagen im Jahr 2002 bereits für weniger als 4 500 €/kW errichtet werden. Dabei besteht eine enge Korrelation von Kostenreduktion und steigenden Installationszahlen. Der so genannte Lernfaktor der Photovoltaik lag in den letzten Jahrzehnten kontinuierlich zwischen 0,8 und 0,82 [2, 3]. Das bedeutet, eine Verdopplung der weltweit installierten Photovoltaikleistung führte zu Kostensenkungen zwischen 18 und 20 %. Diese Entwicklung wird sich auch künftig über einen längeren Zeitraum fortschreiben lassen. Erst bei sehr großen Installationszahlen wird dieser Lernfaktor in eine Sättigung übergehen und sich konventionellen Kraftwerkstechnologien annähern. Dabei ist entscheidend, ob eine kontinuierliche technologische Weiterentwicklung der Photovoltaik hin zu Solarzellen der dritten Generation erfolgt oder ob weitgehend an bestehenden Technologien festgehalten wird. Bei einer installierten Leistung von 1 000 GW sind damit je nach technologischer Entwicklung Installationskosten von 600 bis 1 400 €/kW zu erwarten. Das entspricht einer Kostensenkung um weitere 69 bis 88 % (Bild 2).

Mögliche Entwicklung der Investitionskosten für Photovoltaiksysteme
Bild 2: Mögliche Entwicklung der Investitionskosten für Photovoltaiksysteme in Abhängigkeit der kumulierten PV-Leistung

Für solarthermische Kraftwerke wird mit 0,88 von einem etwas geringerem Lernfaktor ausgegangen [4], der sich jedoch auch über einen langen Zeitraum fortschreiben lassen wird. Damit sind extreme Kostensenkungen erzielbar.

Basierend auf Variationen des jährlichen Marktwachstums und Annahmen für den Verlauf von Lernfaktoren wurden erreichbare Stromgestehungskosten der Photovoltaik für Deutschland, Südeuropa und Nordafrika berechnet. Diese sollen zur Beurteilung der Wirtschaftlichkeit mit Kosten von solarthermischen und konventionellen Kraftwerken verglichen werden. Im Gegensatz zum Erdöl sind die Reserven an Erdgas und Kohle signifikant größer, sodass bis zum Jahr 2025 nur geringfügige Steigerungen der Erzeugungskosten fossiler Kraftwerke zu erwarten sind. Für das Erreichen der vollständigen Konkurrenzfähigkeit im Kraftwerksmarkt sind heute Stromgestehungskosten im Bereich von 3 bis 5 ct/kWh nötig. Bei leicht steigenden Brennstoffkosten und zunehmendem Aufwand für Klimaschutzmaßnahmen wird die Wirtschaftlichkeitsgrenze vermutlich auf Werte zwischen 4 und 7 ct/kWh ansteigen. Für den Endkundensektor, wo durch Einsatz der Photovoltaik der Strombezug reduziert werden kann, sind bereits Stromgestehungskosten von 15 ct/kWh auch ohne sonstige Förderung wirtschaftlich attraktiv.

Entwicklungsprognosen

Geht man heute von Stromgestehungskosten von 46 bis 57 ct/kWh für PV-Anlagen in Deutschland aus, betragen diese in Nordafrika bereits weniger als die Hälfte (Bild 3). Zum Erreichen der Wirtschaftlichkeitsgrenze für den Kraftwerksbereich in Deutschland müssen die Stromgestehungskosten der Photovoltaik künftig um etwa 85 bis 95 % sinken. Für den Endkundenbereich sind bereits 68 % ausreichend. Damit ist eine Wirtschaftlichkeit der Solarenergie im Kraftwerksbereich auch bei hohen Wachstumsraten für Deutschland in den nächsten 20 Jahren wenig wahrscheinlich.

Stromgestehungskosten der Photovoltaik, solarthermischer und fossiler Kraftwerke bei heutigem Stand der Technik
Bild 3: Stromgestehungskosten der Photovoltaik, solarthermischer und fossiler Kraftwerke bei heutigem Stand der Technik

Völlig anders ist die Situation in Südeuropa und Nordspanien. Hier kann die Photovoltaik bis zum Jahr 2025 auch bei mittleren Wachstumsraten die volle Konkurrenzfähigkeit im Kraftwerksbereich erreichen (Bild 4). Werden die hohen Wachstumsraten der letzten drei Jahre fortgeschrieben, ist ein wirtschaftlicher Betrieb im Kraftwerksbereich deutlich früher zu erwarten. Die Wirtschaftlichkeitsgrenze bei netzgekoppelten Systemen für den Endkundenbereich könnte in optimalen Gebieten bereits in weniger als 10 Jahren erreicht werden. Bei Inselnetzsystemen ist die Wirtschaftlichkeit für kleine Systeme bereits heute gegeben.

Stromgestehungskosten der Photovoltaik, solarthermischer und fossiler Kraftwerke im Jahr 2025
Bild 4: Stromgestehungskosten der Photovoltaik, solarthermischer und fossiler Kraftwerke im Jahr 2025 bei einem Marktwachstum von 30 % pro Jahr und kontinuierlicher technischer Weiterentwicklung

Während heute die Entwicklung der Photovoltaik im Wesentlichen durch die Förderprogramme in Japan und Deutschland getragen wird, ist zu erwarten, dass bereits in wenigen Jahren eine sich selbst tragende Entwicklung im Sonnengürtel der Erde einsetzen wird. Dieser Effekt wird dann durch die etwas später eintretende Wirtschaftlichkeit im Endkundenbereich auch in sonnenärmeren Gebieten verstärkt. Da eine volle Wirtschaftlichkeit der Photovoltaik- und solarthermischen Kraftwerken im Kraftwerksbereich in sonnenreichen Regionen bereits in weniger als 20 Jahren denkbar ist, könnte ein deutlich schnellerer Ausbau der Solartechnik eintreten als heute in vielen Untersuchungen prognostiziert wird.

Beste Chancen im Sonnengürtel der Erde

Für langfristige Kostensenkungen der Solarstromerzeugung kommt speziell der Forschung im Bereich der Solarenergie eine große Bedeutung zu. Durch kontinuierliche technologische Weiterentwicklung muss sie neue Technologien zur Marktreife bringen, die einen kontinuierlichen deutlichen Rückgang der Kosten und damit eine Fortschreibung der Lernkurve der letzten Jahrzehnte garantieren. Nur bei jährlichen Wachstumsraten von über 30 % kann die Photovoltaik bis zum Jahr 2025 Anteile im zweistelligen Prozentbereich bei der weltweiten Stromerzeugung erreichen und damit einen signifikanten Beitrag zum Klimaschutz leisten. In den nächsten zehn Jahren ist die netzgekoppelte Photovoltaik in vielen Gebieten weiterhin auf erhöhte Vergütungen angewiesen. Dann kann eine sich selbst tragende Marktdynamik einsetzen, die weiterhin hohe Wachstumsraten garantiert. Durch das hohe Marktwachstum und die zu erwartende völlige Konkurrenzfähigkeit im Sonnengürtel der Erde wird sich die Solartechnik mit Sicherheit zu einem wichtigen und umsatzstarken Industriezweig mit hunderttausenden von neuen Arbeitsplätzen entwickeln.

Diskussionen über die mangelnde Marktfähigkeit der PV werden mit steigender installierter Leistung in Deutschland mit Sicherheit aufkommen und eine erhöhte Vergütung in den nächsten Jahren gefährden. Die jetzige Förderung der Photovoltaik durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) in Deutschland sollte jedoch weniger als Maßnahme zur schnellen Erreichung der Wirtschaftlichkeit der Photovoltaik in Deutschland bewertet werden. Vielmehr werden durch die Förderung der Photovoltaik Produktionskapazitäten geschaffen und Know-How entwickelt, um an einem der größten Wachstumsmärkte dieses Jahrhundert an vorderster Stelle partizipieren zu können und somit einen entscheidenden Beitrag zur Sicherung des Standorts Deutschland liefern zu können.

Photovoltaikanlagen im Endkundenbereich und importierter Solarstrom, der einschließlich Import nur rund die Hälfte der Stromgestehungskosten wie deutscher Solarstrom benötigt [5], kann auch in Deutschland zu einer konkurrenzfähigen klimaverträglichen Elektrizitätsversorgung beitragen. Wenn dann die entsprechenden PV-Anlagen noch hier zu Lande produziert werden, sollte aus hiesiger Sicht an solch einer Entwicklung nichts auszusetzen sein.

Volker Quaschning
Literatur
[1] Quaschning, V.: Regenerative Energiesysteme. Hanser Verlag, München 2003.
[2] International Energy Agency IEA: Experience Curves for Energy Technology Policy. OECD/IEA, Paris 2000.
[3] Woditsch, P.: Kostenreduktionspotenziale bei der Herstellung von PV-Modulen. Tagungsband FVS Themen 2000, ForschungsVerbund Sonnenenergie, Berlin 2000, S. 72-86.
[4] Enermodal Engineering Ltd.: Final Report Prepared for the World Bank: Cost Reduction Study for Solar Thermal Power Plants. World Bank, Washington DC 1999.
[5] Quaschning, V.: Think Big! Sonne Wind & Wärme 05/2004, S. 22-25.
[6] IEA-PVPS: Trends in Photovoltaic Applications - Survey report of selected IEA countries between 1992 and 2003. IEA, Paris 2004.


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