Von Reinhard Storz
Um in Zukunft weniger Kohlendioxid in die Atmosphäre gelangen zu lassen, sollen in Deutschland Kohlekraftwerke durch Sonnendächer und Windräder zur Stromerzeugung ersetzt werden. Welchen Einfluss eine Verdopplung der Fotovoltaik- Flächen auf die Stromnutzung haben wird wollen wir uns nachfolgend ansehen. Da die Sonne nicht gleichmäßig über das Jahr scheint bringen wir etwas Ordnung in die Solarstromerzeugung. Dazu dient eine Graphik, in der wir das Jahr anders als üblich aufteilen.
Üblicherweise beginnt ein Kalender links mit dem 1. Januar und endet rechts mit dem 31. Dezember. Wir teilen das Jahr nun so auf, dass wir in einer Graphik den Tag mit der höchsten Solarstromerzeugung links anordnen, daneben den Tag mit der zweithöchsten Solarstromerzeugung, dann den Tag mit der dritthöchsten Solarstromerzeugung. (Siehe Abbildung 1)
Wenn wir so fortfahren kommen wir bei der Mitte der Jahresstunden auf den Wert Null, da die Sonne bekanntermaßen in den Nachtstunden nicht scheint. In der rechten Hälfte der Jahresstunden, können wir also mit unseren Fotovoltaik-Flächen bedauerlicherweise keinen Solarstrom ernten. Der Verlauf der Solarstromproduktion über die Stunden ist sicherlich etwas anders, als hier vereinfacht in Dreiecksform dargestellt. Das ändert jedoch nichts an diesen grundsätzlichen Betrachtungen. (Siehe Abbildung 2)
Unterstellen wir nun, dass die grüne horizontale Linie den Strombedarf darstellt. Der schwankt zwar auch im Tagesverlauf und ist an Werktagen und im Winter höher als an Feiertagen oder im Sommer. Das soll uns jedoch nicht bekümmern, da es hier um grundsätzliche Erkenntnisse geht. (Siehe Abbildung 3)
In diesem Fall ist die höchste Stromerzeugung aus Solarenergie, am linken Rand der Grafik, gerade in der Lage den Strombedarf zu decken. Eine Stunde später ist das schon nicht mehr der Fall und je weiter wir in der Grafik nach rechts gehen, umso geringer wird der Anteil am Verbrauch, der mit dem erzeugten Solarstrom abgedeckt werden kann. Als Lösung für dieses Dilemma wird nun vorgeschlagen, die Zahl der Solarflächen beispielsweise zu verdoppeln. Das Ergebnis dieser Maßnahme ist in der folgenden Graphik zu sehen. (Siehe Abbildung 4)
Die jetzt verdoppelte Fläche erzeugt in der Stunde am linken Rand der Graphik doppelt so viel Strom wie zuvor. Aber auch hier fällt die Stromerzeugung in gleicher Weise nach rechts kontinuierlich um bei der Mitte der Jahresstunden, wie zuvor bei der halben Leistung, den Wert Null für die Nachtstunden zu erreichen. Unsere zusätzliche Stromausbeute ist die Differenz zwischen der vorherigen dunkelgelben Fläche und der aktuellen hellgelben Fläche. Etwa die Hälfte des so zusätzlich gewonnenen Stroms liegt unterhalb der Linie, die den aktuellen Strombedarf darstellt. Dieser Anteil ist nutzbar. (Siehe Abbildung 5)
Wir erkennen aber auch, dass etwa die Hälfte des zusätzlich gewonnenen Stroms oberhalb der Linie des Strombedarfs liegt. Dieser Anteil kann nicht eingespeist werden, da es dafür aktuell keinen Bedarf gibt. Andererseits sehen wir weiter rechts große Lücken in der Stromversorgung. Die können jedoch durch den überschüssigen Solarstrom nicht ausgefüllt werden, da sie zu anderen Zeiten liegen. Um diesen Zeitunterschied auszugleichen sind Stromspeicher erforderlich, in die zu Zeiten hoher Solarstromproduktion der Überschuss gespeichert werden kann, um dann in Zeiten des Strommangels aus dem Speicher in das Netz zurückgegeben zu werden, um dort die Lücke zu füllen. (Siehe Abbildung 6)
Wenn man die Leistung der Fotovoltaik- Anlagen noch weiter erhöht als in diesem Beispiel dargestellt, wird der nutzbare Anteil immer kleiner und der ohne Speicher nicht nutzbare Anteil immer größer. An einem Aufbau großer Speicherkapazitäten für Strom, parallel zum Ausbau der Solardächer, führt also kein Weg vorbei.