Photovoltaik

Die wichtigsten Stützen für die Energiewende

Ca. 70 TWh pro Jahr beträgt der Inland-Stromverbrauch Österreichs (1 TWh = 1 Milliarde Kilowattstunden). Der Strombedarf wächst, da Strom auch zunehmend für Wärme und Mobilität verwendet wird: Mit dem Ausstieg aus den Ölheizungen werden Raumwärme und Warmwasser zunehmend elektrisch bereitet (Wärmepumpen, E-Direktheizungen), in der Mobilität liegt der Schwerpunkt derzeit in der Forcierung von Elektroautos. Wenn die voestalpine die Stahlerzeugung dekarbonisiert, erhöht das zudem den Strombedarf Österreichs um die Hälfte (+ 33 TWh/a, österreichs energie II/2016).

PV-Strom: von 2 % auf 27 %

2 % des Strombedarfs deckt PV derzeit in Österreich mit einer installierten Gesamtleistung von ca. 1440 MW. Unter der Annahme, dass es zu einer massiven Elektrifizierung des Energiesystems kommt, kann die Photovoltaik in Österreich bis 2030 etwa 15 % und bis 2050 etwa 27 % des Strombedarfes decken.

Die Flächen dafür sind laut Roadmap vorhanden: 230 km² auf vorhandenen Gebäuden, dazu 25.000 Parkplätze und 1370 km Schallschutzwände. Doppelten Nutzen (Beschattung und Energiegewinnung) bringen Anlagen in der Landwirtschaft (Agro-PV). Große PV-Flächen "auf der grünen Wiese" sind somit nicht vorrangig.

→ Roadmap Photovoltaik Teil 1 (pdf): www.pvaustria.at/, Teil 2 (pdf): https://nachhaltigwirtschaften.at/

→ Broschüre Mehr Sonnenstrom für Österreich: http://pv-gemeinschaft.at (pdf)

Bild: Ein Beispiel, wie große Flächen für PV-Stromerzeugung genutzt werden, ist der Bahnhof in Rotterdam (J. Fechner)

Photovoltaik weltweit und in Österreich.

Weltweit sind ca. 630 GW installiert (GWp, 2020), die mittlere jährliche Wachstumsrate der letzten Jahre betrug ca 8 %, ein weiterer starker Ausbau wird erwartet. Nach einem Jahr der Marktstabilisierung zeigen vorläufige Marktdaten einen globalen jährlichen PV-Markt auf einem etwas höheren Niveau als 2018 und 2017. Im vergangenen Jahr wurden weltweit mindestens 114,9 GW PV-Systeme installiert und in Betrieb genommen.

• Der chinesische PV-Markt schrumpfte das zweite Jahr in Folge. Von 53,0 GW im Jahr 2017 auf 43,4 GW im Jahr 2018 und 30,1 GW im Jahr 2019. China blieb jedoch mit einer installierten Gesamtkapazität von 204,7 GW führend, was fast einem Drittel der weltweit installierten PV entspricht Kapazität.
• Außerhalb Chinas wuchs der globale PV-Markt von 58,8 GW im Jahr 2018 auf mindestens 84,9 GW im Jahr 2019, was einer Steigerung von 44% gegenüber dem Vorjahr entspricht.
• Die Europäische Union hat fast 16 GW installiert, und der Rest Europas hat ungefähr 5 GW hinzugefügt. Der größte europäische Markt im Jahr 2019 war Spanien (4,4 GW), gefolgt von Deutschland (3,9 GW), der Ukraine (3,5 GW), den Niederlanden (2,4 GW) und Frankreich (0,9 GW).
  

In Österreich war mit Ende 2018 eine kumulierte Gesamtleistung aller Photovoltaikanlagen von rund 1,438 GWpeak installiert. Der Zuwachs im Jahr 2018 betrug 168,7 MWpeak. Die in Österreich in Betrieb befindlichen Photovoltaikanlagen führten 2018 zu einer Stromproduktion von mindestens 1.437,6 GWh und damit zu einer Reduktion der CO2-Emissionen im Umfang von mindestens 509.356 Tonnen.
Detailiertere Zahlenangaben - sh: Fact-Sheet zur PV-Branche in Österreich

Richtwerte

zur raschen Abschätzung möglicher Erträge (bei optimaler Ausrichtung):

• 1 kWp: 7 bis 10 m² PV-Fläche (kWpeak: Leistung am Prüfstand)
  
• Stromertrag pro installiertem kWp: etwa 900 bis 1.100 kWh/a (Durchschnittshaushalt AT: Verbrauch ca. 4200 kWh/a)
  
• Stromertrag pro installiertem kWp in den Monaten November, Dezember und Jänner etwa 30 - 40 kWh pro Monat.
• etwa 30 % des erzeugten Solarstroms werden selbst verbraucht (je größer die Anlage desto weniger)
• bis zu 60 % Eigennutzung werden mit einem 6-kWh-Speicher bei 5-kWp Anlagen in einem 4-Personen-Haushalt üblicherweise erreicht.

Eine 5 kWp Anlage kann den Haushaltsstrombedarf in der Jahresbilanz meist decken. Dabei werden aber, vor allem in der Heizsaison, aus dem Netz - auch wenn eine Batterie vorhanden ist - relevante Mengen an Strom bezogen. Heizen mit eigenem PV-Strom ist also nur sehr bedingt möglich.

→ Photovoltaik Fibel: Grundlagen und die 10 Schritte zur PV-Anlage kompakt beschrieben.

→ Wegweiser zur guten Installation Photovoltaik. Der klimaaktiv Wegweiser Photovoltaik unterstützt Kundinnen und Kunden, planende und installierende Fachpersonen auf dem Weg zur guten Photovoltaikanlageninstallation. Dieser Weg ist in fünf Schritte gegliedert, von der Klärung der Anforderungen bis zur Übergabe und Inbetriebnahme der Anlage. Der Anwendungsbereich dieses Wegweisers zur guten Installation von Photovoltaikanlagen umfasst das Ein- und Mehrfamilienhaus.

Dimensionieren Sie

eine PV-Anlage mit einem Online-Rechner, z.B.:

→ Mit SUSI den Autarkiegrad und Eigenverbrauchsanteil für Neu- und Bestandsanlagen optimieren. Die PV-Anlage kann mit einem Batteriespeicher, einer Wärmepumpe oder einer Elektroheizung mit elektrischer Warmwasserbereitung beliebig kombiniert werden: www.energieinstitut.at/tools/susi/

→ Photovoltaik-Rechner mit Berücksichtigung des Eigenverbrauchs (Wien MA20, PV-Austria): http://pvaustria.at/sonnenklar_rechner/

Photovoltaikanlagen gemeinschaftlich zu nutzen erhöht den Eigenverbrauchsanteil, ist damit besonders lukrativ und seit 2017 auch rechtlich möglich (Elektrizitätswirtschafts- und -organisationsgesetz, ElWOG). Alle Grundlagen sowie die Schritte zur Umsetzung finden Sie übersichtlich auf: www.pv-gemeinschaft.at

Ist Photovoltaik wirtschaftlich?

Photovoltaik wird seit Jahren immer günstiger. Musste man Anfang 2006 für 1 kWp noch ca. 5.000 Euro bezahlen so liegt der Durchschnittspreis heute bei rund 2.000 Euro pro kWp.

Im Jahr 2016 sank die Investitionssumme für PV gegenüber 2015 weltweit um 34 Prozent. Dennoch wurden 19 Gigawatt mehr als im Vorjahr installiert. Grund ist die deutlich verbesserte Wirtschaftlichkeit der Anlagen. Mit drei Cent pro Kilowattstunde ist für neue Anlagen z.B. in den Emiraten PV-Strom konkurrenzlos günstig. (UNEP Studie, pdf)

Von Wirtschaftlichkeitsberechnungen sind keine absoluten Aussagen zu erwarten. Das Ergebnis hängt stark von der Methode sowie Annahmen wie Nutzungsdauern, Zinssätze, Energiepreise ab, mehr dazu auf dieser Lernplattform. Einen guten Überblick zur Wirtschaftlichkeit erneuerbarer Energien bietet das Fraunhofer Institut (pdf): www.ise.fraunhofer.de/

→ Photovoltaik-Rechner von klimaaktiv: rasche Abschätzung der Wirtschaftlichkeit von Photovoltaikanlagen mit Berücksichtigung von Speicherförderungen, www.klimaaktiv.at/service/tools/erneuerbare/pv_rechner.html

... aber die Herstellung braucht doch Energie und weitere Ressourcen!

Die Energierücklaufzeit (siehe energetische Amortisationszeit, Erntefaktor, Return of energy Investment) beschreibt die Zeit, die vergeht, bis ein Kraftwerk oder eine Anlage genauso viel Energie erzeugt hat, wie zu dessen Produktion, Transport, Errichtung, Betrieb usw. benötigt wurde. Energierücklaufzeiten:

• Windkraftanlagen meist unter einem Jahr
• Photovoltaikanlagen zwischen 0,75 und 3,5 Jahren, je nach Standort und verwendeter Photovoltaiktechnologie (Stand 2013, Studie von Peng et al. global betrachtet)
• Solarthermiesysteme ein bis zwei Jahre

Für die Herstellung der Anlagen braucht es Rohstoffe, die nicht unbegrenzt verfügbar sind. Dabei verbrauchen die Erneuerbaren zum Teil mehr Ressourcen. So wird laut einer Studie der NTNU (http://www.pnas.org/content/112/20/6277.full.pdf) für die Produktion von Windparks sechs- bis 14-mal so viel Eisen benötigt wie für ein Kohlekraftwerk der entsprechenden Leistungsklasse, in PV-Anlagen elf- bis 40-mal so viel Kupfer benötigt. Da die Anlagen in der Folge keine Brennstoffe verfeuern, relativiert sich der Aufwand, Kupfer und Stahl sind zudem gut recyclebar. "Conclusion: Copper is the only material covered in our analysis for which supply may be a concern."

PV-Module sind Recycling-fähig!
Welche Stoff- und Energiebilanzen Produkte - über ihren gesamten Lebenszyklus betrachtet - aufweisen, wird mit sog. Life Cycle  Assessment Datenbanken ermittelt (LCA-dB z.B: ecoinvent - sh. dazu auch die o. a. Studie der NTNU)
Die Lebenszyklusinventare nach dem End-of-Life-Ansatz ermöglichen eine Bewertung der Nettoumweltvorteile des Recyclings. Die Rückgewinnung von Glas, Metallen und Halbleitermaterial aus c-Si- und CdTe-PV-Modulen verursacht geringere Umweltauswirkungen als die Extraktion, Verfeinerung und Lieferung der jeweiligen Materialien aus Primärressourcen. Die höchsten potenziellen Vorteile werden beim Indikator Erschöpfung von Mineralien, fossilen und erneuerbaren Ressourcen beobachtet.
(Quelle: treeze Ltd.  -  Life Cycle Assessment of Current Photovoltaic Module Recycling)

→ Mehr zu Photovoltaik: Unterlagen, Programme, Links auf dieser Lernplattform

→ Lernquiz Photovoltaik, 18 Übungsfragen von klimaaktiv für Profis und Interessierte mit Sofortauswertung und Erläuterungen: www.klimaaktiv-elearning.at/Test

→ e-genius, weitere Online-Lernplattform, insbesondere für Schulen zum Thema:  www.e-genius.at

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