Die Erfahrungen mit dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) zeigen: Wenn Deutschland konsequent in neue Technologien investiert, lohnt sich das für uns und hat weltweite Signalwirkung. Nun zündet grüner Wasserstoff die nächste Stufe der Energiewende in Deutschland. Andere Länder schauen gespannt hin und machen mit. Nutzen wir die Chance, unsere Energieimporte klimafreundlich und fair zu gestalten!

Wasserstoff verschafft der Energiewende neuen Schwung. Es wird groß gedacht, es werden Visionen und langfristige Strategien entwickelt – etwas, das uns im Klein-Klein der Energiewende-Debatten abhandengekommen zu sein schien. Jetzt geht es vor allem um Eines: Die Kosten für die Elektrolyse müssen runter. Viele sagen, dass die 2020er Jahre für die Marktreife grünen Wasserstoffs das werden müssen, was die 1990er Jahre für die Photovoltaik waren. Mit Blick auf die Klimakrise sollten wir noch eine Schippe drauflegen. Bis 2030 müssen wir zur Wettbewerbsfähigkeit kommen, der Zielwert für die Herstellung von grünem Wasserstoff ist ein Euro pro Kilogramm. Aktuell schwankt der Hydex Green-Index zwischen drei bis vier Euro pro Kilogramm Wasserstoff, die Irena geht für die Golfregion bereits von Produktionskosten unter zwei US-Dollar aus. Das ist bemerkenswert, wurde im Jahr 2017 auf Messen noch ein Produktionswert von zehn Euro pro Kilogramm Wasserstoff in kleineren Elektrolyseuren genannt. Wir sind also auf gutem Wege.

Nur zur Erinnerung: Bei Inkrafttreten des EEG im April 2000 lag die Einspeisevergütung für Photovoltaik-Strom bei 51 Eurocent pro Kilowattstunde. In der letzten Photovoltaik-Ausschreibungsrunde im März 2021 lag der durchschnittliche Zuschlagswert bei 5 Eurocent pro Kilowattstunde. Vor allem in den Nullerjahren hat die garantierte Einspeisevergütung in Deutschland aber auch in Japan, Spanien, Italien und anderen Vorreiterländern attraktive Absatzmärkte für Photovoltaik-Komponenten geschaffen. Diese ermöglichten die Skaleneffekte bei der Produktion von Solarmodulen. Und wenn die EEG-Umlage in den kommenden Jahren sinkt, profitieren wir gleich doppelt: von (hoffentlich) sinkenden Strompreisen und sauberer Energieversorgung.

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Und dennoch könnte dies milliardenschwere Investitionen in die Netzinfrastruktur nach sich ziehen. Muss es aber nicht, sagt die Beraterfirma McKinsey in einer neuen Studie zum Thema Laden von Elektroautos in Deutschland.

Die durch Elektroautos bedingte höhere Spitzenlast, könnte bis 2030 um lediglich vier bis acht Prozent steigen. Das geht aus einer Modellierung des Beratungsunternehmens McKinsey hervor. Liegen die Analysten mit ihrer Einschätzung richtig, so läge der zusätzliche Stromverbrauch weit unter vorausgegangenen Befürchtungen. Dennoch könnte sich daraus die Notwendigkeit nach milliardenschweren Netzinfrastrukturinvestitionen ergeben. Diese ließen sich durch politisches Handeln und ein Zusammenspiel von Regulatoren und Unternehmen verhindern.

Als Grundlage für die Berechnung gingen die Autoren der Studie von zwei Szenarien aus. Im weniger ambitionierten Szenario werden bis 2030 acht Millionen Elektroautos auf den Straßen rollen, was den bisherigen politischen Zielen entspricht. In einem ambitionierteren Ziel könnte sich diese Zahl allerdings auf 16 Millionen Elektrofahrzeuge verdoppeln. Zwar sei dies ein ambitioniertes Szenario, allerdings würde es auch den derzeitigen Beschlussempfehlungen seitens der Europäischen Union, zum Auslaufen der Verbrennungsmotoren und die aktuellen Regierungsbeschlüsse, wie das Klimaschutz-Sofortprogramm 2022, widerspiegeln.

Im Szenario in dem acht Millionen Elektroautos zugelassen werden, würde die benötigte Ladestrommenge 23 Terawattstunden betragen und somit den Gesamtstromverbrauch, der 2019 bei 568 Terawattstunden lag, um lediglich vier Prozent anheben. In dem ambitionierteren Szenario würden die Ladestation 43 Terawattstunden, also acht Prozent, mehr Strom verbrauchen.

Für ihre Modellrechnung haben die Analysten die unterschiedlichen Fahrzeugsegmente – Pkw, Lkw und Busse – den Erwartungen entsprechend an den verschiedenen Mittelspannungsverteilern platziert und mit Annahmen zu Schnellladefähigkeit und Ort der Ladung überlagert.

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Bis 2050 will das Alpenland die Solarstromproduktion auf jährlich 34 Terawattstunden ausbauen, um sein Netto-Null-Emissionsziel zu erreichen. Der Schweizer Bundesrat verabschiedete nun einen Bericht, der aufzeigt, wie die Erzeugung der Photovoltaik-Anlagen gerade im Winter noch gesteigert werden kann.

Die Schweiz hat – wie Deutschland auch – den Atomausstieg bereits beschlossen. Zudem strebt das Land an, seine Emissionen bis 2050 auf Netto-Null zu reduzieren. In beiden Fällen spielt der Ausbau der Photovoltaik eine gewichtige Rolle. Denn mit dem Atomausstieg droht der Schweiz gerade im Winter eine Stromlücke, die auch mit mehr Photovoltaik-Anlagen gefüllt werden kann und soll. Der Bundesrat in Bern hat in dieser Woche den Bericht „Stromerzeugung im Winter dank Photovoltaik“ verabschiedet, der aufzeigt, wie die Solarstromproduktion gerade in der kalten Jahreszeit erhöht werden kann.

Nach dem Bericht liegt das Potenzial für Photovoltaik-Anlagen auf und an Gebäuden in der Schweiz bei rund 67 Terawattstunden, 50 Terawattstunden könnten auf den Dächern und 17 Terawattstunden an Fassaden erzeugt werden. Bis Ende 2019 war nur ein Bruchteil des Potenzials ausgeschöpft. So lieferten die in der Schweiz installierten Photovoltaik-Anlagen jährlich etwa 2,5 Terawattstunden Solarstrom, rund 27 Prozent davon entfielen auf das Winterhalbjahr. Bis 2050 strebt die Regierung an, dass jährlich 34 Terawattstunden Solarstrom liefert und auch der Anteil der Photovoltaik-Produktion steigt. Daher untersucht der verabschiedete Bericht, wie sich die Wahl spezifischer Flächen, die geografische Lage – also Mittelland oder alpine Regionen – sowie die Installationsart auf die Solarstromproduktion im Winter und auf die Wirtschaftlichkeit der Photovoltaik-Anlagen auswirkt.

Die im Winter erzeugte Photovoltaik-Menge lässt sich mit einer Optimierung der genutzten Gebäudeflächen ohne größere Zusatzkosten von derzeit 27 auf 30 Prozent steigern, wie es im Bericht heißt. Die Photovoltaik-anlagen müssten dazu auf der nach Süden ausgerichteten Fassade installiert werden. Derartige Anlagen würden jedoch bislang kaum gebaut, weshalb zusätzliche Anreize wie eine höhere Einmalvergütung für solche Photovoltaik-Anlagen vorgeschlagen werden. Eine Steigerung des Winteranteils auf 35 Prozent sei theoretisch auch möglich, würde jedoch „unverhältnismäßig hohe Kosten verursachen“.

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Mittlerweile sind Photovoltaik-Anlagen in vielen Ländern so günstig, dass sie auch bereits in Betrieb befindlichen Kohlekraftwerke Konkurrenz machen. Die steigenden Modulpreise und Rohstoffkosten haben sich bislang kaum auf die Stromgestehungskosten ausgewirkt.

Die Kostenentwicklung der Photovoltaik stehen gerade im Fokus. Nach dem Fraunhofer ISE und Irena haben am Mittwoch nun auch die Analysten von BloombergNEF ein Update zu den geschätzten globalen Stromgestehungskosten (LCOE) für Photovoltaik- und Windkraftanlagen im ersten Halbjahr 2021 veröffentlicht. Die Photovoltaik habe einen neuen wichtigen Meilenstein erreicht. Es war bereits günstiger, neue Photovoltaik-Kraftwerke zu bauen und zu betreiben als neue Kohlekraftwerke, doch seit dem ersten Halbjahr seien auch die Kosten für den in Betrieb befindlichen Kohlekraftwerken in China, Indien und weiten Teilen Europas unterboten worden, so die Analysten.

In Europa liegen die Kosten für neu errichtete Photovoltaik-Kraftwerke zwischen 3,3 in Spanien und 4,1 in Frankreich und 5,0 US-Dollarcent pro Kilowattstunde in Deutschland, wie es im LCOE-Update von BNEF heißt. Seit 2014 seien die Stromgestehungskosten für große Photovoltaik-Anlagen auf dem gesamten Kontinent um durchschnittlich 78 Prozent gesunken. Sie seien deutlich niedriger als die typischen Betriebskosten für Kohle- und Gaskraftwerke in der Region, die BNEF auf mehr als 7,0 US-Dollarcent pro Kilowattstunde im Jahr 2021 schätzt. Die Kosten für den Betrieb von Kohle- und Gaskraftwerken in der EU sind zudem wegen der erhöhten CO2-Preise seit 2018. In China schätzt BNEF die Kosten für den Bau und den Betrieb eines Solarparks auf 3,4 US-Dollarcent pro Kilowattstunde und damit günstiger als die Kosten für den Betrieb eines typischen Kohlekraftwerks mit 3,5 US-Dollarcent pro Kilowattstunde. Die günstigsten Stromgestehungskosten für Photovoltaik-Kraftwerke verzeichneten die BNEF-Analysten weltweit in Indien und Chile mit 2,2 US-Dollarcent pro Kilowattstunde.

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In seiner Stellungnahme empfiehlt der Sachverständigenrat, auch nicht übergangsweise auf Wasserstoff zu setzen, der fossil erzeugt wird. Beim Markthochlauf sollte sich ganz auf die Erzeugung von grünem Wasserstoff aus Photovoltaik und Windkraft konzentriert werden, wobei auch das heimische Potenzial ausgeschöpft werden sollten. Neben der Erzeugung sieht das Gremium auch bei der Nutzung von Wasserstoff eine mögliche Fehlentwicklung.

De Sachverständigenrat für Umweltfragen (SRU) hat die Bundesregierung vor falschen Weichenstellungen beim Markthochlauf des Wasserstoffs gewarnt. So werde derzeit vielfach diskutiert, massiv in der Erzeugung von Wasserstoff aus fossilen Brennstoffen zu investieren. „Die Herstellung verursacht jedoch signifikante Treibhausgasemissionen – auch wenn Wasserstoff aus Erdgas in Kombination mit einer CO2-Abscheidung und Speicherung (CCS) hergestellt wird“, so die Mahnung des Umweltrats. Zudem bestünden bei der CO2-Speicherung Umwelt- und Gesundheitsrisiken.

Daher sollte die Bundesregierung beim Markthochlauf alle Anstrengungen auf grünen Wasserstoff legen, der aus Photovoltaik und Windkraft hergestellt werde, so die Empfehlung des Beratergremiums für Umweltfragen. Auch übergangsweise sollte die Politik nicht auf fossil erzeugten Wasserstoff setzen. „Damit würde in Technologien und Infrastrukturen investiert, die in einer treibhausgasfreien und umweltfreundlichen Wirtschaft keinen Platz mehr haben“, erklärte SRU-Mitglied Claudia Kemfert. „Statt teurer Brückentechnologien brauchen wir Investitionen in die Zukunft.“

Eine zweite mögliche Fehlentwicklung drohe bei der Nutzung von grünem Wasserstoff. Auch in diesem Fall gelte „Klasse statt Masse“, so die Empfehlung an die Politik, denn nicht überall wo grüner Wasserstoff oder synthetische Energieträger eingesetzt werden könnten, sei dies auch ökonomisch und ökologisch sinnvoll. So sei die direkte Nutzung des Ökostroms im Verkehr durch Elektroautos oder in der Wärmeversorgung durch Wärmepumpen preiswerter und umweltfreundlicher. In Teilen der Industrie sowie dem Schiffs- und Flugverkehr komme grünem Wasserstoff oder synthetischen Kraftstoffen dagegen wohl eine wichtige Rolle zu, um die Klimaziele zu erreichen.

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Ein Megawatt Elektrolyse mitten im Wohnquartier soll in Esslingen den CO2-Fußabdruck der Bewohner und Bewohnerinnen deutlich senken. Als Energiequelle dient unter anderem die Photovoltaik auf den Dächern, die zusätzlich für Mieter- und Ladestrom sorgt.

Meilenstein, Leuchtturm- und Vorzeigeprojekt – bei der Eröffnung des Klimaquartiers Neue Weststadt Esslingen am Dienstagabend sparten die Redner nicht an lobenden Worten und Superlativen. Die 90.000 Einwohner zählende Stadt am Rande von Stuttgart hat auf etwa 100.000 Quadratmetern eines alten Güterbahnhofs am Neckar 2011 mit einem städtebaulichen Wettbewerb das Stadtentwicklungsprojekt begonnen und nun einen ersten großen Zwischenschritt beendet. Der erste Bauabschnitt des Quartiers mit über 450 Wohnungen und zusätzlichen Gewerbeflächen ist weitgehend abgeschlossen. Das Herzstück, die Energiezentrale des Quartiers ist fertiggestellt und wurde nun coronabedingt mit wenigen ausgewählten Teilnehmern vor Ort offiziell eingeweiht. 2022 folgt dann noch ein Neubau für eine Hochschule am Standort.

Ziel ist, dass die Bewohner künftig nur noch eine Tonne CO2 pro Person und Jahr an gebäudebedingten CO2-Emissionen verursachen, also für Heizen, Kühlen, Beleuchtung, Trinkwarmwasser, Nutzerstrom und sogar die individuelle Elektromobilität. Um das zu erreichen, sind die fünf Wohnblöcke mit Photovoltaik-Anlagen auf dem Dach ausgestattet, die Mieterstrom liefern und auch die Ladeinfrastruktur versorgen. Überschüssiger Solarstrom wird darüber hinaus gemeinsam mit Grünstrom aus dem Netz einen Elektrolyseur antreiben, der ein Megawatt elektrische Leistung hat und bis zu 400 Kilogramm Wasserstoff pro Tag produzieren kann. Die Wärme, die der Elektrolyseur erzeugt, kommt der Heizung des Quartiers zugute, so dass der Wärmebedarf des Quartiers etwa zu 50 Prozent aus Abwärme gedeckt wird.

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Je nach Anlagentyp bewegen sich die Stromgestehungskosten für Photovoltaik-Anlagen aktuell in Deutschland zwischen 3,12 und 11,01 Cent pro Kilowattstunde. Für Photovoltaik-Speichersysteme geben sie die Freiburger Forscher in ihrer jüngsten Studie mit 5,24 bis 19,72 Cent pro Kilowattstunde an.

Photovoltaik und Windkraft erzeugen immer günstiger Strom und laufen den fossilen Kraftwerken den Rang ab. Mit den steigenden Kosten für CO2-Zertifikate sind Erneuerbaren-Anlagen den konventionellen Kraftwerken mittlerweile deutlich überlegen, wie das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in der 5. Auflage seiner Studie zu Stromgestehungskosten bilanziert. „Durch die steigenden Kosten für CO2-Zertifikate ist selbst der Betrieb von bestehenden konventionellen Anlagen, betrieben mit Kohle und Gas, in den kommenden Jahren immer weniger wettbewerbsfähig“, erklärt Projektleiter Christoph Kost. Insbesondere die Stromgestehungskosten von Photovoltaik-Kraftwerken seien in den vergangenen Jahren – die letzte Auflage der Studie stammt aus dem Jahr 2018 – weiter gefallen.

Aktuell lägen die Stromgestehungskosten für Photovoltaik-Anlagen je nach Typ und Sonneneinstrahlung zwischen 3,12 und 11,01 Cent pro Kilowattstunde. Daraus ergeben sich den Freiburger Forschern zufolge spezifische Anlagenkosten zwischen 530 und 1600 Euro pro Kilowatt. Bei Photovoltaik-Freiflächenanlagen ist die angegebene Spannbreite 3,12 und 5,70 Cent pro Kilowattstunde, wobei die niedrigeren Werte im einstrahlungsstärkeren Süddeutschland erreicht werden, die höheren in Norddeutschland. Auch bei Dachanlagen ist dieser regionale Unterschied zu verzeichnen. Die Stromgestehungskosten für große Dachanlagen mit mehr als 30 Kilowatt Leistung gibt das Fraunhofer ISE in seiner Studie mit 4,63 bis 9,78 Cent pro Klowattsunde an. Für kleinere Photovoltaik-Dachanlagen bis 30 Kilowatt Leistung lägen die Kosten je nach Region und Sonneneinstrahlungswerten zwischen 5,81 und 11,01 Cent je Kilowattstunde. Die großen Dachanlagen sind damit bei den Stromgestehungskosten bereits konkurrenzfähig mit Windparks an Land und kleine Dachanlagen sind günstiger als Strom aus Offshore-Windparks in Deutschland.

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pv magazine spotlight: Next2Sun bietet eine Kombination aus Photovoltaik-Anlage und Gründstückseinfriedung an. Der bifaziale Solarzaun eignet sich für viele Anwendungsbereiche wie Eigenheime, Gewerbe und Landwirtschaft. Ein Produkt, das man sich mal ansehen sollte, wie unsere Jury findet.

„Ich habe den Solarzaun irgendwann in der Zeitung entdeckt und schon bevor ich mein neues Haus in Tirol geplant habe, stand fest, so etwas will ich haben“, erzählt Georg Hirzinger. Im November war es dann soweit. Ein Team von Elektrotechnik Leitinger Photovoltaik zäunte anderthalb Seiten seines noch im Bau befindlichen Hauses mit dem neuen bifazialen Solarzaun ein. Er erstreckt sich über insgesamt rund 44 laufende Meter. Hirzinger hat damit nicht nur Sichtschutz, der Solarzaun mit einer Gesamtleistung von rund acht Kilowatt erzeugt gleichzeitig Strom für den Eigenverbrauch.

Die Idee eines Solarzauns ist nicht ganz neu, die Entwicklung des Produkts nicht bahnbrechend – und dennoch sollte sein Potenzial für die Energiewende nicht unterschätzt werden. Next2Sun hat im Mai sein neuestes Produkt dafür auf den Markt gebracht, das unsere Jury als pv magazine spotlight auswählte (siehe Laudatio). Die Kombination aus Photovoltaikanlage und Grundstückseinfriedung biete die Chance, die Energiewende weiterhin sichtbar zu machen, denn Zäune finden sich überall, bislang in aller Regel aber ohne Solarmodule.

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Die Photovoltaik-Pflicht soll für alle neuen Parkplätze mit mehr als 35 Stellflächen gelten. Zudem dürfen Windrad-Betreiber künftig genehmigungsfrei Photovoltaik-Anlagen auf ihren Kranabstellflächen installieren.

Wer an Rhein und Ruhr, im Münsterland oder in Ostwestfalen künftig einen Parkplatz mit mehr als 35 Stellflächen baut, bekommt ihn künftig nur noch dann genehmigt, wenn er mit Photovoltaik überdacht ist. Das sieht der Entwurf der neuen Landesordnung von Nordrhein-Westfalen vor, die von der CDU-FDP-Regierungsfraktion in den Landtag eingebraucht wurde. Das Parlament wird darüber nächste Woche beraten.

„Flächen, die in Städten ohnehin knapp sind, können so doppelt genutzt werden“, freut sich Christian Mildenberger, Geschäftsführer des Landesverbandes Erneuerbare Energien NRW (LEE NRW). Bei der zunehmenden Zahl von Elektroautos eröffne sich den Fahrern so die Chance, ihre Fahrzeuge während des Parkens mit Ökostrom beladen zu können.

Die künftige Landesbauordnung unterstützt den Photovoltaik-Ausbau noch mit einer weiteren Neuerung: Betreiber können künftig genehmigungsfrei Photovoltaik-Anlagen auf so genannten Kranstellflächen von Windrädern errichten, um so Betriebsstrom für ihre Anlagen zu erzeugen. Die geschotterten, ökologisch wertlosen Kranflächen, die für den Aufbau einer Windenergieanlage unverzichtbar sind, können ohnehin nicht anderweitig genutzt werden. Nach Schätzungen des LEE NRW wäre es möglich, auf jeder achten Kranstellfläche der landesweit rund 4.000 Windturbinen eine Photovoltaik-Anlage zu installieren. Bei 500 möglichen Standorten und einer angenommenen Leistung von 100 Kilowatt käme eine solare Gesamtleistung von 50 Megawatt zusammen.

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Immerhin 13 der 20 untersuchten Photovoltaik-Speicher bescheinigten die Berliner Forscher eine sehr gute Systemeffizienz. Der Hybridwechselrichter von Fronius erreichte in Kombination mit der BYD Battery-Box in der kleineren Leistungsklasse bis fünf Kilowatt die höchsten Werte.

Die HTW Berlin hat die neuesten Ergebnisse ihrer „Stromspeicher-Inspektion 2021“ veröffentlicht. Insgesamt 20 Stromspeicher seien für die vierte Auflage untersucht worden. Dabei zeigte sich eine deutlich höhere Effizienz. Der bisherige Rekord sei gleich von zwei Systemen überboten worden. Dabei treten die untersuchten Speichersysteme zur Ermittlung des System Performance Index (SPI) in zwei Leistungsklassen gegeneinander an: 5 und 10 Kilowatt. Die höchste Effizienz in der kleineren Leistungsklasse erreichte der Hybridwechselrichter Fronius Primo GEN24 6.0 Plus gemeinsam mit der BYD Battery-Box Premium HVS 7.7. In der größeren Leistungsklasse stellte der Speicher Power Storage DC 10.0 von RCT Power mit einem Wert von 95,1 Prozent einen neuen Effizienzrekord auf. Knapp dahinter folgte die Kombination Fronius Symo GEN24 10.0 Plus und BYD Battery-Box Premium HVS 10.2 mit einem SPI von 94,6 Prozent, was ebenfalls noch über dem bisherigen Effizienzrekord von 94 Prozent aus den vergangenen Speicherinspektionen lag.

„Insgesamt konnten wir 13 Stromspeichersystemen eine sehr gute Systemeffizienz bescheinigen“, erklärte Volker Quaschning, Professor für Regenerative Energiesysteme an der HTW Berlin und Mitautor der Studie. Nach zwei Systemen im Vorjahr erreichten 2021 immerhin fünf Systeme die Effizienzklasse A. Acht weitere Systeme kamen in die Effizienzklasse B. Ebenfalls hervor hoben die HTW-Wissenschaftler die geringe Einschwingzeit des KACO blueplanet hybrid 10 mit lediglich 0,3 Sekunden. Zudem benötige das AC-gekoppelte System VARTA pulse 6 bei entladenem Batteriespeicher nur 2 Watt und habe somit den geringsten Stand-by-Verbrauch.

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