Der Volksmund unterstellte ja diesen armen Geschöpfen, dass sie Rechnungen anstellten, die ganz wesentliche Aspekte der Wirklichkeit unterdrückten und daher schlicht und einfach falsch waren. Je nachdem welcher Version Sie Glauben schenken, geschah das entweder aus Dummheit, aus Arglist oder aus Selbstbetrug. Im Geiste aktueller Political Correctness wird man dagegen protestieren, dass einer vorwiegend weiblichen Berufsgruppe kollektiv Dummheit oder Arglist unterstellt werden. Das heißt aber nicht, dass im frühen 21. Jahrhundert keine Milchmädchenrechnungen mehr aufgestellt würden.
In diesem Artikel geht es um Photovoltaik (PV), der direkten Umwandlung von Sonnenlicht in elektrischen Strom. Die entsprechende Milchmädchenrechnung in ihrer einfachsten Form sieht folgendermaßen aus: Die Sonne liefert uns gratis und ohne ökologische Kollateralschäden pro Quadratmeter gut 1 kW (apropos: vor jeder Zahl in diesem Text stellen Sie sich bitte ein „ca.“ vor. Besser ungenau und richtig als genau und falsch) elektromagnetischer Strahlung. Um den durchschnittlichen deutschen Pro-Kopf-Bedarf von 0,8 kW elektrischer Leistung zu befriedigen, bräuchten wir also nur pro Person einen knappen Quadratmeter Erdoberfläche zu reservieren und den einfallenden Sonnenschein in Strom zu verwandeln, um den ganzen Zinnober mit Kohle und Kernkraft vergessen zu können.
Die Sorgen schwinden nicht
Hilfreiche Unternehmen importieren seit geraumer Zeit solche Vorrichtungen aus Asien, die genau das tun, was wir suchen: Man legt sie in die Sonne und sie liefern Strom. So ein typisches chinesisches Solarmodul hat eine Fläche von anderthalb Quadratmeter, das ist ein kleinerer Esstisch, und liefert in der Mittagssonne rund 200 W elektrische Leistung. Damit kann man zur Not schon fernsehen.
Sie haben es bemerkt! Das Modul wandelt die Sonnenenergie nicht zu 100 % in Strom um, nämlich nicht 1 kW pro Quadratmeter, sondern nur etwa 15 % davon. Um den durchschnittlichen Bedarf pro Kopf in Deutschland zu befriedigen, bräuchte man dann eben statt des erwähnten knappen Quadratmeters derer fünf. Wollten wir für jeden der 80 Millionen Bundesbürger fünf Quadratmeter Photovoltaik-Fläche reservieren, dann kämen wir auf insgesamt 400 Quadratkilometer. Deutschland hat immerhin 400.000 davon; ein Promille der bundesdeutschen Oberfläche würde ausreichen, um unseren Energiebedarf zu befriedigen! Warum pflastern wir dann nicht dieses lächerliche Tausendstel der Republik mit Photovoltaik zu und sind alle Sorgen los?
Wir sind ja dabei, das zu tun, nur die Sorgen schwinden nicht. Als ehemaliger Bürger Oberbayerns kann ich das gut beurteilen. Wenn ich im Jahresrhythmus meine alte Heimat besuche, kann ich deutlich sehen, wie die früher mit verwitterten Ziegeln gedeckten Scheunen und Bauernhäuser schwinden und dunkelblaue PV-Module sich auf den Dächern im Alpenland breitgemach haben. Bei manchem alten Schober bekommt man den Eindruck, er diene nur noch dazu, die Solarzellen hochzuhalten.
Aber nicht nur im Alpenvorland, auch in Mecklenburg-Vorpommern liegt man in Sachen PV voll im Trend. Mangels oberbayrischer Heuschober behilft man sich hier mit „Solarparks“, d. h. man stellt einfach Dächer mit Solarzellen auf, ohne die Häuser und Scheunen darunter. So werden Ende 2020 dann mindestens 50 Gigawatt installiert sein.
Der kleine Unterschied
Der typische Bedarf an Elektrizität in Deutschland beträgt ca. 65 Gigawatt, besagte 50 GW sind drei Viertel davon. Könnten wir also getrost die atomaren Monster abschalten – und die meisten Kohlekraftwerke dazu? Schaffen wir es - allein mit Wind und Sonne? Ist die Energiewende also vollzogen?
Sie erinnern sich: Eine Milchmädchenrechnung unterdrückt ganz wesentliche Aspekte der Wirklichkeit und ist daher schlicht und einfach falsch. Die Aufrechnung von installierter KKW (Kernkraftwerk) -Leistung mit installierter Photovoltaik-Leistung ist solch eine Milchmädchenrechnung. Ob sie aus Dummheit, Arglist oder Selbstbetrug angestellt wird, das wollen wir jetzt untersuchen.
Der Unterschied ist, dass ein Kraftwerk seine installierte Leistung abgibt, wenn diese benötigt wird. Eine PV-Anlage gibt sie ab, wenn die Sonne scheint – genauer gesagt, wenn die Sonne mit ihrer theoretischen vollen Leistung, ohne Behinderung durch Dunst oder Wolken, senkrecht über den Modulen steht.
Wie oft ist das der Fall? Nie! Erst einmal können wir ganz offensichtlich die Nachtstunden vergessen. Aber auch die Stunden kurz nach Sonnenaufgang und kurz vor Sonnenuntergang bringen so gut wie nichts. Da strahlt die Sonne dermaßen schräg durch die Atmosphäre, dass das meiste Licht auf diesem langen Weg durch Streuung in der Luft verloren geht. Für die Wintermonate gilt das übrigens den ganzen Tag über.
Nur ein Viertel der Dauer des gesamten Tages
Ein weiterer Faktor ist, dass unsere Solarmodule fast nie genau in die Sonne schauen. Man richtet sie natürlich nach Süden aus, damit sie die kräftige Mittagssonne voll einfangen; das bedeutet aber, dass sie für den Rest des Tages mehr oder weniger schief zu den Strahlen positioniert sind.
Wir müssen also akzeptieren, dass die Module die meiste Zeit schräg und nutzlos in die Sonne schauen. Wie viele brauchbare Stunden pro Tag bleiben dann noch übrig? Für die Sommermonate sind es vielleicht je die vier Stunden vor und nach Mittag, macht insgesamt 8 Stunden. Lassen Sie uns das für einen Wintertag auf 2 + 2 reduzieren und nehmen wir als Jahresdurchschnitt 6 Stunden pro Tag. Also: An sechs Stunden des durchschnittlichen Tages kann die PV-Anlage annähernd ihre installierte Leistung liefern. Die jeweils verbleibenden Stunden mit dem schrägen Einfall des Sonnenlichtes vergessen wir, auch wenn da vielleicht noch ein paar kümmerliche Watt aus den Paneelen tröpfeln. 6 Stunden sind nur ein Viertel der Dauer des gesamten Tages.
Ein Solarpanel, welches als 200-W-Modul verkauft wird, leistet im Durchschnitt also bestenfalls ein Viertel davon, nämlich 50 Watt. Die geballte deutsche Photovoltaik, die dem Bundesbürger mit einem Label von 50 Gigawatt verkauft wird, kann also maximal ein Viertel davon leisten, nämlich 12 Gigawatt. Aber warten Sie, es kommt noch schlimmer.
Die Entdeckung der Wolken
Wir müssen ja damit rechnen, dass es sowohl in Mecklenburg-Vorpommern als auch im bayrischen Oberland regnen kann oder zumindest die Sonne hinter dunklen Wolken verschwindet oder die Solarmodule gar von winterlichem Schnee bedeckt werden. Das ist von Bedeutung.
Denn auch wenn es bei schlechtem Wetter noch nicht stockdunkel ist, so bleibt dennoch fast alle Sonnenstrahlung in den Wolken hängen bzw. sie wird an deren Oberseite ins All reflektiert. Es kommt so gut wie nichts mehr durch. Dass wir bei Regenwetter trotzdem noch sehen können, das haben wir der enormen Adaptationsfähigkeit unserer Augen zu verdanken. Diese stellen sich in kürzester Zeit auf ein Tausendstel der Helligkeit ein oder, wenn’s sein muss, auch auf ein Millionstel – wobei dann allerdings das Farbensehen verloren geht; deswegen sind nachts alle Katzen grau.
Mit anderen Worten: Für unsere PV-Installationen ist bei Bewölkung Feierabend. Ein typisches deutsches Jahr hat, mit viel Optimismus, die Hälfte der Tage Bewölkung und die andere Zeit blauen Himmel. Von den berechneten 6 nützlichen Stunden pro Tag bleiben also wetterbedingt im Durchschnitt nur die Hälfte, also 3 Stunden übrig! Mit anderen Worten: 21 der 24 Stunden des Tages stehen oder liegen die teuren PV-Module nutzlos in der Gegend herum; nur während drei Stunden ihres Daseins liefern sie Strom - schön zu sehen in dieser Grafik (auf „Zeitraum darstellen“ klicken).
Die kapriziösen gelben Hütchen – das ist der Beitrag von PV. „Wenig hilfreich“ kann man da nur sagen.
Das erwähnte PV-Panel von gut einem Quadratmeter Fläche, das als „200-Watt-Modul“ verkauft wird, bringt also tatsächlich im Jahresdurchschnitt nur 25 Watt. Dieser Etikettenschwindel rechnet sich entsprechend hoch. Statt von insgesamt 50 Gigawatt installierter PV-Leistung kann man tatsächlich nur von 6 Gigawatt reden.
Nur 3 voll produktive Stunden pro Tag übrig
Weil es so wichtig ist, lassen Sie mich das noch mal zusammenfassen.Im Jahresdurchschnitt gilt:
Von den 24 Stunden des Tages sind 12 Stunden Nacht. Die 3 Stunden nach Sonnenaufgang und die 3 Stunden vor Sonnenuntergang leisten praktisch keinen Beitrag zur Stromerzeugung, weil einerseits das Licht so schwach ist, andererseits die Solarpanels zu schräg zum Lichteinfall stehen. Somit bleiben pro Tag nur 6 nützliche Stunden.
Von diesen 6 Stunden gehen aber wiederum die Hälfte durch schlechtes Wetter verloren, sodass nur 3 voll produktive Stunden übrig bleiben, ein Achtel des Tages. Ein Solarmodul, das bei vollem Sonnenschein 200 W abgibt, liefert im Jahresdurchschnitt also nur 25 Watt!
Die in der Öffentlichkeit als 50 Gigawatt angegebene installierte PV-Leistung ist also in Wirklichkeit nur 6 Gigawatt. 50 Gigawatt wären es nur, wenn die Solarparks auf einem Planeten Erde installiert wären, der sich nicht drehen würde, keine Wolken hätte und wo die Sonne 24 Stunden am Tag senkrecht auf Deutschland herabschiene. Aber vielleicht ist diese kleine Modifikation unseres Planeten ja im Rahmen der Energiewende vorgesehen.
Um die arglistige Täuschung in Sachen PV zu entlarven brauchten wir keine komplexen Computermodelle. Dazu genügt etwas Erfahrungen in Sachen Tag und Nacht, Sommer und Winter, Wolken und Sonne. Die sollten die meisten Leser und Leserinnen wohl mitbringen. Damit haben wir eine vernünftige Abschätzung des tatsächlichen Nutzens von PV bekommen: es sind nur 6 Gigawatt statt 50, also nur 12% der lautstakt gepriesenen Leistung.
Die offizielle Statistik gibt unserer Abschätzung übrigens recht. Danach wurden 2018 in Deutschland 46.000 Gigawattstunden elektrische Energie durch PV gewonnen. Welcher Leistung entspricht das? Wir müssen die 46.000 nur durch die Stunden dividieren, die ein Jahr hat, das sind 8766, und wir kommen auf 5.2 Gigawatt; das sind 12 Prozent der 2018 installierten Leistung von 45GW. Unsere Abschätzung war also recht gut.
Die Launen von Mutter Natur
Es gibt da aber noch ein anderes Problem. Wir möchten, dass die Segnungen der Technik dann verfügbar sind, wenn wir sie brauchen. Ein Kühlschrank, der alle paar Tage warm wird, eine Herz-Lungen-Maschine, die bei Sonnenuntergang ausfällt, ein Fließband, dass stillsteht, wenn die Wolken kommen, würden wir kaum akzeptieren.
Daher müssen 100 Prozent unseres Energiebedarfs durch Kraftwerke abgesichert sein, die von Wind und Wetter unabhängig sind. Wenn dann die Sonne scheint oder der Wind weht oder beides, dann werden die herkömmlichen Kraftwerke – Kohle, Gas, Atom und Wasser – entsprechend gedrosselt und die alternativen Energiequellen springen ein.
Es ist sogar schon zu Situationen gekommen, dass in gewissen Regionen an sonnigen Sommerwochenenden die PV-Module für ein paar Stunden tatsächlich ihre installierte Leistung abgaben, dass aber, weil Sonntag, in den Industriebetrieben der Region die Fließbänder stillstanden, die Familien im Auto unterwegs waren und zu Hause nur der Kühlschrank und der Radiowecker Strom zogen. An solchen Tagen wurden dann durch PV Und Wind alleine mehr Strom produziert als abgenommen werden konnte. Solche von den Grünen Lobbyisten abermals lautstark gefeierten Ereignisse deuten einmal mehr auf die Sinnlosigkeit der launenhaften Sonnenergie in ihrer heutigen Form.
Diese Launenhaftigkeit der PV kann man auch nicht dadurch beseitigen, dass man nochmals doppelt so viele Module auf die Dächer schraubt. Auch die werden bei Wolken keinen Strom liefern, dafür aber bei Sonnenschein das Problem mit der Überschussenergie verschärfen. Stellen Sie sich in besagter Graphik vor, die gelben Hütchen wären doppelt so hoch, das würde das Netz noch mehr durcheinander bringen.
PV würde nur Unabhängigkeit von konventioneller Energie bieten, wenn man Strom in praktikabler Form speichern könnte. Aber da ist keine Lösung in Sicht.
Dumm gelaufen
Noch einen, nicht unwichtigen Aspekt muss ich ansprechen, auch wenn Sie das vielleicht nicht mehr hören wollen. Das oben erwähnte „Drosseln“ der konventionellen Kraftwerke bei Sonnenschein ist nicht ganz einfach. Nicht alle Anlagen lassen sich auf Knopfdruck beliebig schnell regeln. Ein typisches Kohlekraftwerk verbrennt pro Minute immerhin 5 Tonnen. In jedem Moment fliegt da jede Menge weißglühender Kohle im Ofen herum – was soll damit passieren, wenn sich die Sonne gerade dazu entschließt, für ein viertel Stündchen zu scheinen? Auch der Dampfkessel von der Größe eines kapitalen Blauwals, auf mehrere hundert Grad aufgeheizt, kann nicht gerade mal Mittagsschlaf machen. Wir müssen das Kraftwerk einfach so weiterlaufen lassen. Und auch ein KKW lässt sich nicht so leicht zurückdrehen wie ein Autoradio.
Wir brauchen also andere Kraftwerke, die rasch geregelt werden können, wenn wir den Segen von PV nutzen wollen. Das sind die Anlagen, die mit Wasserkraft oder Erdgas betrieben werden. Es ist nun eine bittere Ironie des Schicksals, dass dies ausgerechnet diejenigen Energieformen sind, die am wenigsten bzw. gar kein CO2 produzieren.
Das Gesamtszenario sieht dann also folgendermaßen aus: Atom-, Kohle-, Erdgas- und Wasserkraftwerke teilen sich brüderlich die Last der Stromversorgung. Nun kommt die liebe Sonne hinter den Wolken hervor und die von ihr gesegneten PV-Module beginnen Strom ins Netz einzuspeisen. Wasserkraft und Erdgas werden entsprechend zurückgefahren, Kohle und Kernkraft laufen unverändert weiter.
Wie viel CO2 sparen wir nun ein? So gut wie nichts, denn Braun- und Steinkohle werden weiterhin in gleichem Umfang verfeuert. Wir reduzieren lediglich den Verbrauch des zu Recht als „umweltfreundlich“ gepriesenen Erdgases, welches pro Kilowattstunde nur ein Drittel der CO2-Emission von Braunkohle hat.
Wenig hilfreich, aber dafür sehr teuer
Fazit: Der Beitrag von PV zur Stromversorgung ist in Anbetracht des Aufwandes schon lächerlich gering. Aber es kommt noch schlimmer: Die Einsparung an CO2 entspricht nur ein paar Promille; anders ausgedrückt: so gut wie null.
Können Sie sich noch erinnern? War die ganze PV-Kampagne ursprünglich nicht angestoßen worden, um CO2-Emission zu reduzieren, um der Erwärmung der Erdatmosphäre Einhalt zu gebieten, um den Planeten zu retten?
Fakt ist: Seit Start der Energiewende wurden viele Milliarden für Wind- und Solaranlagen ausgegeben. Der Ausstoß an CO2 in Deutschland ist dennoch fast konstant geblieben, nämlich bei rund 800 Millionen Tonnen pro Jahr.
Dumm gelaufen – zumindest für die, die bei dem Spiel das Geld auf den Tisch legen mussten.
Dieser Beitrag erschien zuerst bei www.think-again.org und in diesem Buch.
Beitragsbild: Pixabay
@Robert Kubica: Ob Ihre Investition ökonomisch sinnvoll ist, hängt von der Qualität und Lebensdauer der installierten Komponenten ab. Eine Anlage Ihrer Größe kostet bis zu 30.000.-€. Ihr elektrischer Energieverbrauch kostet am Strommarkt derzeit ca. 1500.-€ p.a. Ohne Preissteigerungen gerechnet, ergibt das eine Amortisationszeit von ca. 20 Jahren. Ich bezweifle, dass PV-Zellen, Wechselrichter und Energiespeicher diese Zeitspanne überdauern werden.
@Robert Kubica: Das ist schon peinlich , was Sie hier von sich geben. Für Ihre 10kW installierter Nennleistung kommt Herr Hans Hofmann-Reinecke mit seiner Überschlagsrechnung auf einen Jahresertrag von knapp 11.000 kWh. Der Ertrag Ihrer Anlage ist mit 8700 kWh also noch schlechter als hier angenommen. Schön für Sie, wenn Sie über einen privaten 'Energiespeicher' (Akkumulator, Blei oder Lithium?) verfügen, das macht Sie einigermaßen autark, jedoch auch zur 'Umweltsau'.
@Jörg Pitschke, leider ist die Lebenszeit der gängigen Solarmodule deutlich kürzer als Ihre kalkulierten 20 Jahre zur Amortisation !! Ein Freund investierte, um seine überflüssigen Euronen vor Entwertung zu schützen, vor ca. 5 Jahren in solche subventionierten Solarmodule. Er ließ diese sich auf´s Dach montieren. Blöd nur, das von den sieben Stück, drei schon vorletztes Jahr einfach so kaputt gegangen sind. Sang und klanglos sind sie "weggestorben". Der Händler, der sie ihm verkaufte, war zu der Zeit schon Pleite. Sein Nachfolger gewährte zwar noch kostenlosen Ersatz, erklärte aber auch gleich, daß auch er bald die finanzielle Grätsche machen werde, wenn nun noch mehr Garantiefälle kämen. Ergo, chinesische Solarpanels halten nur wenige einstellige Jahre durch. Und außerdem altern sie schon nach zwei drei Jahren, d.h. sie erzeugen dann selbst bei optimalen Bedingungen im zweistelligen Prozent Bereich weniger an elektr. Strom, als ihre best case angegebene versprochene Nennleistung. Was für eine tolle Investition, sagt da der Leihe, und der Fachmann wundert sich...
Frau Runge. Von mir -Physiker - die Bestätigung: Dumm gerechnet trifft zu, betrifftt aber Ihre Schlussfolgerung aus den BMWI-Ausssagen, wonach eine CO2-Einsparung erreicht worden sein müsse. Was Sie übersehen, ist die Energie aus (meist chinesischen) Kohlekraftwerken, die für die Herstellung der paneele benötigt wird. Es gibt Abschätzungen, daß der Überschuss an CO2-freier Energie ca. 0 sei. Kommt offenbar darauf an, was man an produktionsnotwendigen Prozessen einbezieht. (Bsp: Das Frühstücks-Metbrötchen oder die Busanfahrt des Fabrikpersonals). Die Verwendung von Solarenergie in der Produktion verbessert das Weltrettungspotential offensichtlich nicht entscheidend, wenn der Energiebedarf je Panel dessen Erzeugung nicht übersteigt. Kommt dann noch ein Erwärmungseffekt durch Solarflächen dazu, wird die Klimabilanz schnell negativ und die Nutzung zur Minderung der Kohlendioxidbilanz offensichtlich unvernünftig. Mögliche Auswege wären Solarfelder in äquatornahen Gebieten und der Energietransport mittels solarstrombasiertem Wasserstoff. Ob allerdings in diesem Fall angesichts der Wirkungsgrade der beteiligten Wandlungsprozesse (besonders des im Artikel gezeigten Verhältnisses der solaren flächenbezogenen Strahlungsleistung von 1kW/m2 gegenüber der realen durchschnittlichen Ernteleistung von 25 W/m2 -in Saharanähe vielleicht 50 bis 100 W/n2 - was einen Realwirkungsgrad von 2,5%- 10% ergibt) ein Vorteil generiert werden könnte, darf bezweifelt werden und muss sicher ergebnisoffen validiert werden. Hierfür mit Sicherheit nötig wäre ein fähigerer Außenminister, der in den betreffenden Regionen Frieden und zuverlässig stabie Beziehungen zu unserem Land sichern könnte. Herr Strube: Wenn sie auf "existierende Argumente der Gegenseite" verweisen, sollten sie solche nennen. Ich jedenfalls kann in den Betrachtungen von Hans Hofmann-Reinecke keinen Grundsatzfehler in physikalischer Hinsicht erkennen.
Sehr geehrter Herr Hofmann-Reinicke, kann ihre Rechnung nur bestätigen. habe seit Anfang 2013 16 Paneele (a 250 Wp, also max 4kW) , Ost-West-Ausrichtung. Bisherige Leistung: rund 20.000 kWh. Komme damit auch auf rund 2 Std./Tag im Jahresdurchschnitt. Wenn nicht alles so traurig wäre: aber ich denke, nur ein richtiger flächendeckender längerer Blackout könnte eventuell ein leichtes Umdenken in etwas realistischer Bahnen bewirken, allein, mir fehlt der Glaube.
Nachtrag: Ich sass hier, nördlich Berlins, vor einigen Wochen ungefähr sechs Stunden im Dunkeln. Regionaler Blackout. War ausgesprochen prickelnd. Auch kein Handyempfang übrigens, da sämtliche Sendemasten der Umgebung ebenfalls keinen Saft hatten. Die Fehlersuche des Versorgers zog sich mächtig hin, denn man fand zuerst keinen. Die einzelnen Unterregionen konnten anschliessend nur schrittweise wieder zugeschaltet werden. Offizielle Begründung des Versorgers: Kabelschaden. Inoffizielle Mitteilung eines involvierten Mitarbeiters: Automatische Notabschaltung in einem regionalen Verteiler. Eine ca. 30km entfernte Gross-PV-Anlage war der Auslöser. Nähere technische Einzelheiten sind mir leider nicht bekannt. Aber die brauchte ich auch ganicht, ich war eh satt bis oben.
Herr Strube, Donnerwetter! Ad hominem scheint ihr Stil der Wahl zu sein. Wenn Sie meinen, dass Sie gleich bei Ihrem Leserbrief-Debüt (jedenfalls erinnere ich mich nicht daran, den Namen Frank Strube hier jemals zuvor über einem Leserbrief gelesen zu haben!) mit der Tür ins Haus fallen müssen, um mir/uns Lesern den Autor als diffamierend, überheblich, unausgewogen, parteiisch UND respektlos darstellen, das kommt nicht gut, Herr Strube! Ich hatte die errechneten Ertragsergebnisse der unserer Firma von Vattenfall zur Verfügung gestellten Auslegungssoftware einmal mit tatsächlichen Erzeugerprofilen aus dem Sunny Portal verglichen und kann Ihnen sagen, dass die Abschätzung von Herrn Dr. Hofmann-Reinecke empirisch belegt ist! Dass Sie nun die Person des Autors so unverhohlen schlechtreden, Zitat: "Eigentlich ein informativer Artikel, aber wie so oft bei Artikeln von Schreibern, die ...", während doch die Fakten stimmig sind und in der Branche auch nicht anders gesehen werden, lässt dagegen Schlüsse auf Ihre fragwürdigen Absichten zu. Vielleicht sollte die Lobby einen anderen Herrn bezahlen?