Die Zukunft der Solarenergie – Fotovoltaik kontra Solarkraftwerk

Bis 2011 lagen die Investitionskosten pro installiertes Kilowatt für ein Solarkraftwerk niedriger als für eine Fotovoltaikanlage. Ab 2011 übernahmen chinesische Unternehmen nach und nach die Herrschaft auf dem Weltmarkt und der Preis für Solarmodule ging in den Keller. Dadurch wurden Fotovoltaikanlagen wieder interessant für Investoren, besonders in Regionen mit nur mittlerer Sonneneinstrahlung wie Deutschland. Solarkraftwerke haben aber den entscheidenden Vorteil, dass sich leicht günstige Wärmespeicher und Brenner für chemische Brennstoffe installieren lassen, die diese Kraftwerke grundlastfähig machen. Deshalb schätzen Experten auf langer Sicht die Systemkosten bei Solarkraftwerken geringer ein. Deutschland wird allerdings auch in Zukunft auf Fotovoltaikanlagen setzen, denn Solarkraftwerke erfordern eine bestimmte Mindestgröße und sind nur in sonnenreichen Regionen der Erde mit hoher direkter Sonneneinstrahlung wirtschaftlich einsetzbar.

Unterschied zwischen Fotovoltaikanlage und Solarkraftwerk

Beide Anlagentypen können unter dem Begriff Solaranlage zusammengefasst werden. Fotovoltaik nutzt die auf die Erdatmosphäre auftreffende Sonnenenergie und wandelt sie mithilfe von Solarzellen in elektrische Energie um. 2013 wurde bei 90 Prozent aller Solarzellen Silizium als Halbleitermaterial verwendet. Dabei kommen vorrangig zwei Typen von Solarzellen zum Einsatz:

• Dünnschicht-Solarzellen: amorphes Silizium wird auf Glasplatten oder Folien aufgedampft
• Dickschicht-Solarzellen: hier unterscheidet man monokristalline und polykristalline Siliziumzellen

Auch bei Solarkraftwerken gibt es verschiedene Konzepte für die Nutzung der Sonnenwärme zur Energiegewinnung. Der Vorteil gegenüber Fotovoltaikanlagen ist der höhere Wirkungsgrad. Der Nachteil liegt in den höheren Betriebs- und Wartungskosten.

• Solarthermische Kraftwerke mit Bündelung der Direktstrahlung: Hierzu zählen vor allem die Parabolrinnenkraftwerke und die Solarturmkraftwerke
• Solarthermische Kraftwerke ohne Bündelung: Kraftwerkstypen, die unter diese Kategorie fallen, sind Thermikkraftwerke, Solarteichkraftwerke und Fallwindkraftwerke

Fotovoltaik in Deutschland

Die Entwicklung Chinas zum Weltmarktführer bei der Herstellung von Solarmodulen hat ab 2011 zahlreiche deutsche Unternehmen in finanzielle Bedrängnis gebracht. Für den Endverbraucher wurden Solaranlagen jedoch günstiger. Bei Anlagen bis 100 kWp lag der durchschnittliche Preis Ende 2014 in Deutschland bei 1.240 Euro je kWp. Dieser Preis beinhaltet nicht nur die Solarmodule selbst, sondern auch die Kosten für Wechseltrichter, Montage und Netzanschluss. Mit einer solchen Solaranlage können je nach Lage und Ausrichtung Strommengen von bis zu 1.100 Kilowattstunden im Jahr erzeugt werden. Für die Solarmodule sind dafür Flächen von 6,5 bis 7,5 m² pro kWp Leistung erforderlich.

Ein Vorteil von Fotovoltaikanlagen ist, dass der Himmel nicht wie bei solarthermischen Kraftwerken durchgängig wolkenlos sein muss. Fotovoltaik nutzt auch das an Wolken gestreute Sonnenlicht, um es direkt in Strom umzuwandeln. Die fünf größten Fotovoltaikkraftwerke in Deutschland befinden sich alle im Bundesland Brandenburg:

Bezüglich der installierten Gesamtleistung lag Ende 2014 allerdings das Bundesland Bayern weit vorn. Während in Brandenburg knapp 30.000 Solaranlagen mit einer installierten Leistung von 2.900 Megawatt existieren, weist Bayern mehr als 277.000 Anlagen mit einer installierten Leistung von 11.100 Megawatt auf.

Solarthermische Kraftwerke dominieren in sonnenreichen Regionen

In Deutschland gibt es bisher lediglich ein solarthermisches Kraftwerk, das Solarturmkraftwerk Jülich mit einer Leistung von 1,5 Megawatt. Es ist ein solarthermisches Versuchskraftwerk, das nur als Testanlage für kommerzielle Projekte in Regionen mit mehr Sonneneinstrahlung fungiert. Da selbst die sonnenreichsten Gebiete Deutschlands eine Sonneneinstrahlung von maximal 1.225 Kilowattstunden pro Quadratmeter aufweisen, ist ein rentables Arbeiten nur schwer möglich und zum großen Teil wetterabhängig. Für eine wirtschaftliche Effizienz sind 2.000 kWh/m² und mehr nötig. Solche Werte herrschen vor allem in Süditalien, Griechenland und Spanien und natürlich in den Wüstenregionen der Welt. Die Technologie ist inzwischen so weit fortgeschritten, dass Strom auch über weite Strecken mit Hochspannungs-Gleichstromleitungen (HVDC) mit geringen Verlusten transportiert werden kann. Das ist nötig, weil ein Großteil der Bevölkerung weit abseits solcher Wüsten lebt. Die folgende Grafik gibt einen Überblick über die Verteilung solarthermischer Kraftwerke in Megawatt Leistung auf die einzelnen Erdteile im Jahr 2014:

Solarthermische Kraftwerke: Installierte Leistung

In Europa ist Spanien bei Sonnenwärmekraftwerken Vorreiter. Von der gesamten installierten Leistung in Europa von 2.258 Megawatt sind allein 2.250 in Spanien installiert. Es existieren etwa zwanzig Sonnenwärmekraftwerke mit Leistungen zwischen 11 und 200 Megawatt.

Die aktuell größten Solarthermischen Kraftwerke stehen jedoch in den USA. Die Mojave-Wüste umfasst etwa 35.000 Quadratkilometer auf dem Gebiet der US-Bundesstaaten Kalifornien, Utah, Nevada und Arizona. Die Sonnenwärmekraftwerke Ivanpah, SEGS (beide Kalifornien) und Solana (Arizona) bringen es auf eine Gesamtleistung von mehr als 1.000 Megawatt und sind aktuell die drei größten der Welt.

Weitere in Bau befindliche Sonnenwärmekraftwerke

Die gute Rentabilität der bisher erbauten solarthermischen Kraftwerke hat Investoren in aller Welt dazu animiert, weitere gigantische Sonnenwärmekraftwerke zu errichten. Viele dieser Projekte beanspruchen für sich den Titel, nach Fertigstellung das größte Solarkraftwerk der Welt zu sein. Das Internationales Wirtschaftsforum Regenerative Energien veröffentlichte am 27. Mai 2015 den Artikel „Größtes Solar-Kraftwerk der Welt nimmt Gestalt an“. Die Rede ist von den Sonnenwärmekraftwerken Noor 1 bis 4 im Zentrum Marokkos. In dieser Region herrscht eine Sonneneinstrahlung von 2.635 kWh pro m² und Jahr. Im Februar 2016 wurde das Parabolrinnenkraftwerk Noor 1 mit einer Leistung von 160 Megawatt in Betrieb genommen. Ein weiteres mit einer Leistung von 200 Megawatt ist bereits in Bau. Noor 3 wird ein Solarturmkraftwerk mit einer Leistung von 150 Megawatt. Noor 4 soll mit Solarmodulen (Fotovoltaik) arbeiten und nach Fertigstellung eine Leistung von bis zu 70 Megawatt erbringen. Noor 2 bis Noor 4 sollen bis 2017 ans Netz gehen.

China plant laut Angaben von photovoltaik.eu ebenfalls das größte Solarkraftwerk der Welt. Im Quaidam-Becken, eine Wüstenregion im Norden des tibetischen Hochplateaus in der chinesischen Provinz Qinghai, soll ein Solarkraftwerk entstehen, dass nach Fertigstellung eine Leistung von 1.000 Megawatt erbringen soll.

Das Wochenmagazin „Stern“ berichtete am 15. Februar 2016 vom Bau der weltweit größten Solaranlage in Israel. Das Solarturmkraftwerk in der Trockenwüste Negev soll eine Leistung von 121 Megawatt erbringen und etwa 120.000 Haushalte mit Strom versorgen.

Das erste Solarturmkraftwerk, das rund um die Uhr Strom liefert, steht bald in der Atacama-Wüste im Norden Chiles. Es wird mit 110 Megawatt Leistung das größte seiner Art in Lateinamerika sein und 2017 ans Netz gehen.

Infografik: Fakten zur Solarenergie

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Manfred Strecker

Manfred Strecker ist Politikwissenschaftler und Mitglied bei Greenpeace. Manfred untersucht seit seinem Jugendalter Möglichkeiten, die Umwelt nachhaltig durch Technologie zu verbessern und schreibt darüber auf Energieinitiative.org .

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