Warum Wind und Sonne die Energie der Zukunft sind

In meinem letzten Blogbeitrag bin ich der Frage nachgegangen, wie Unternehmen jetzt selbst zu Treibern des Ausbaus von erneuerbaren Energien werden können und habe das Ergebnis meiner Recherche in 6 Punkten zusammengefasst. 

Heute zeige ich, warum es sinnvoll ist, beim Ausbau der Erneuerbaren insbesondere auf Wind- und Solarkraft zu setzen.

Drei Gründe für Energieproduktion aus Wind- und Sonnenkraft

a) Rentabel: Die Anlagen liefern heute schon kostengünstig erneuerbare Energie und die Instandhaltungs– und Wartungskosten sind sehr gering. Laut dem Fraunhofer Institut ISE kostet ein Kilowatt Strom pro Stunde im Jahr 2021 3-19 Cent für Solarenergie und 4-12 Cent für Windenergie. Im Vergleich zu fossilen Energieträgern (Öl, Gas, Kohle) ist dies höchstens derselbe Preis, mehrheitlich sogar günstiger und das ohne klimaschädliche Abgase (siehe Bild vom Fraunhofer Institute ISE). Für Unternehmen mit eigener Windkraft- oder Solaranlage sind langfristige und enorme Kosteneinsparungen für Energie zu erwarten, da der selbst produzierte Strom direkt und kostengünstig genutzt werden kann – mit stabilem Preis.

Zudem amortisiert sich eine Photovoltaik-Anlage etwa nach zehn Jahren und produziert dann noch weitere 15-20 Jahre Strom. Bei einer Windkraftanlage muss man bis zur Amortisation der Investitionskosten, je nach Standort und Windpotenzial, mit 11-14 Jahren rechnen, wobei man heute von einer zwanzigjährigen Lebensdauer ausgeht (Quelle: Energierevolution Jetzt!, Hanser Verlag, 2022).

Die Verfügbarkeit ist hoch: Mit hoher Wahrscheinlichkeit weht entweder der Wind oder die Sonne scheint, wenn auch zu geringeren Anteilen im Winter. Als Gesellschaft würden wir durch den dezentralen Ausbau von Wind- und Sonnenkraft auf lange Sicht keine großen Übertragungsnetze mehr benötigen. 

b) Ausbaupotenzial vorhanden: Das Flächenpotenzial für Photovoltaik (auf Dächern oder Freiflächen) und Windkraft (an Land oder auf See) ist noch bei weitem nicht ausgeschöpft. Das Potenzial für Energie aus anderen erneuerbaren Energiequellen, wie Biomasse, Wasserkraft oder Erdwärme ist vergleichsweise aufwändig und unbedeutend (Quelle: Quaschning: Energierevolution Jetzt!, Hanser Verlag, 2022). 

c) Klimafreundlich: Strom aus Sonnen- oder Windenergie lässt sich emissionsfrei – und das an fast allen Orten Deutschlands (und der Welt) herstellen. Je schneller uns der Ausbau dieser beiden Energiequellen gelingt, desto schneller kann unsere gesellschaftliche Abhängigkeit von fossilen Energieträgern, wie Kohle, Öl und Gas beendet werden und somit die Pariser Klimaziele wieder in greifbare Nähe rücken. 

Wo stehen wir beim Ausbau von Sonnenkraft in Deutschland und welche Zukunfttrends haben Potenzial? 

Status Quo: Ausbau steigt, Boom erwartet.

Im Jahr 2020 lieferte Sonnenenergie in Deutschland ca. 11 % des Strombedarfs. Die Sonnenenergie kann potenziell von jedem Dach (Gewerbe und privat) genutzt werden, indem es mit Photovoltaik (PV) ausgestattet wird. Als Folge des Kriegs in der Ukraine wird im April 2022 ein Nachfrage-Boom an Solaranlagen vermeldet. 

Zukunftstrends: Das Potenzial ist enorm, neue Techniken und verfügbare Flächen zu nutzen. Bis 2030 müssen wir etwa die vierfache Menge (mit einer jährlichen Kapazität von 200-300 Gigawatt, steigender Strombedarf einberechnet) an Solaranlagen installiert haben, um die Klimaziele zu erreichen. Die technischen Möglichkeiten entwickeln sich stetig weiter. Während der Ausbau von PV auf Dächern (privat & Gewerbe) und Freiflächen bereits etabliert ist, gibt es neue Trends für die Nutzung von PV: 

• PV an Fassaden oder in Fenstern integrierte PV-Paneele:

Beispiel: Als „Unsichtbares Kraftwerk“ gilt das 2018 am Ufer des Zürichsees entstandene Wohnhaus Solaris. Beim Bau des Wohnhauses wurde versucht, was  einfacher klingt, als es war: PV unsichtbar nutzen. Mehr in diesem Artikel, des Online-Magazins Sonnenallee.sma.de

• Sanierung von Fassadenabschnitten mit PV-Modulen:

Beispiel: An einem Versuchsgebäude in Holzkirchen wird es bereits erforscht (2022). Hier wurde ein Fassadenabschnitt gegen ein neuartiges Erneuerbare-Energien-Fassadenmodul getauscht. Es geht bei der Sanierung um ein Wandelement, das ein Photovoltaik-Modul, Vakuumdämmelemente für den Wärmeschutz, eine flache Wärmepumpe und eine Lüftung mit Wärmetauscher enthält. Mehr dazu in diesem Artikel.  

• PV als Dachpfannen:

Beispiel: Was Tesla in den USA mit dem Solar Roof begann, kündigen aktuell immer mehr Unternehmen an. In Deutschland ist das Produkt noch nicht verfügbar und bis zur Marktreife braucht es noch Optimierung. Mehr in diesem Artikel, des Online-Magazins Energiezukunft.eu.

• Schwimmende PV-Anlagen durch Nutzung von Brachen: 

Beispiel: Wir können die vom fossilen Zeitalter hinterlassenen, brachliegenden Flächen wie einen ehemaligen Braunkohletagebau, für die Produktion von Sonnenenergie nutzbar machen. In Deutschland hätten laut Fraunhofer ISE (2020) solche Braunkohle-Tagebauseen ein Potenzial von 2,74 Gigawatt pro Jahr. Spannend wäre in diesem Zusammenhang eine Nutzung des Sees als Stromspeicher bei Überproduktion durch die PV-Anlage. Man könnte demnach bei überschüssiger Energie das Wasser abfließen lassen und bei Bedarf wieder einlassen und damit Turbinen antreiben, die Energie erzeugen, im Sinne eines Wasserkraftwerks.

• Agrophotovoltaik: PV in der deutschen Landwirtschaft:

Beispiel: Landwirtschaftliche Flächen werden in Zukunft nicht nur einen Zweck haben. Denn es gibt Synergieeffekte, die man für Solarkraft und Landwirtschaft nutzen kann. Solarpaneele, die über einer landwirtschaftlich genutzten Fläche aufgestellt werden, können den Anbau vor starker Witterung, wie Hagel, sowie vor starker Sonneneinstrahlung schützen. Mehr Infos hier und als Kurzreportage hier. 

• PV-Haus als Kühlung für längere Haltbarkeit verderblicher Pflanzen: 

Beispiel: Das Start-up Ako Fresh macht es vor: mit einer mobilen netzunabhängigen Konservierungstechnik, bestehend aus Kühlraumpaneelen, Sensoren, einer Verflüssigereinheit und einem Verdampfer. Diese Technologie verlängert die Haltbarkeit verderblicher Pflanzen von den üblichen 5 Tagen auf 21 Tage. Die Technologie steht Kleinbauern und Händlern als Dienstleistung zur Verfügung. Lagerräume werden an Landwirt:innen gegen eine Tagesgebühr oder ein Wochenabonnement verliehen.

Wo stehen wir beim Ausbau von Windkraft in Deutschland und welche Zukunfttrends haben Potenzial? 

Status Quo: Es wird viel zu langsam ausgebaut.

Die rund 30.000 Windkraftanlagen in Deutschland lieferten mit ca. 27 % Anteil an der Stromerzeugung den größten Anteil an erneuerbaren Energien im Jahr 2020 (Quelle: „Energierevolution Jetzt!“, Quaschning, Hanser Verlag, 2022). Der große Vorteil: Wind gibt es bei Tag und bei Nacht. Zudem nehmen Windkraftanlagen in den letzten Jahren kontinuierlich an Effizienz in der Energiegewinnung zu, u. a. wegen der Größenentwicklung (pro 10 Meter Höhensteigerung gibt es eine Ertragssteigerung von 7 %, da der Wind umso stärker weht, je höher die Windanlage gebaut ist). 

An Land sind 2% der gesamten Fläche Deutschlands für die Nutzung von Windkraft ausgewiesen, um die Klimaziele zu erreichen. Das wären dann 200 Gigawatt pro Jahr – doppelt so viel, wie wir heute produzieren. Ende 2020 lag die deutschlandweite Leistung an Land bei nur 55 Gigawatt pro Jahr. Auf See kann aufgrund des gleichmäßigeren und stärkeren Winds der Ertrag um bis zu 50 % über dem von Binnenlandstandorten liegen. Doch trotz der Vorteile verläuft die Installation an Land und auf See aufgrund hoher bürokratischer Hürden, Abstandsregeln und Genehmigungswartezeiten (insbesondere im Bundesland Bayern) schleppend (aus dem 2021 erschienen Buch „Deutschland unter Strom“). 

Trotz des großen Potenzials liegt der Ausbau der Windkraft in Deutschland brach. Seit 2018 ungünstigere Rahmenbedingungen für den Windenergieausbau eingeführt wurden, kam es zum erwartbaren Einbruch: „Wurden 2017 noch fast 1.800 Anlagen errichtet, kam der Zubau danach fast zum Erliegen: 2018 waren es 743 neue Windräder, 2019 nur noch 325.“ (Deutschlandfunkkultur) Laut Volker Quaschning liegt das an der fehlenden Akzeptanz seitens der Bürger:innen (Quelle: Buch „Erneuerbare Energien & Klimaschutz“, 6. Auflage, Quaschning, 2021)

Zukunftstrends: Schnelle Genehmigungen dringend benötigt und leise Innovationen nutzbar machen.

Bis 2030 müssten wir den jährlichen Energiebedarf (der bis dahin weiter gestiegen sein wird) mit mindestens 50 % durch Windkraft (an Land und auf See) decken, um uns der Klimaneutralität deutlich anzunähern. Auch bei Wind gibt es technische Innovationen:

• Windenergie ohne Rotor - leise und in absehbarer Zeit marktreif aus Spanien:

Beispiel: Anstatt Rotorblätter werden Windstangen genutzt, wobei diese durch Schwingungen in Bewegung gesetzt werden. Möglich wären solche Anlagen auf Freiflächen, aber auch auf Häuserdächern denkbar. Mehr in diesem FR-Artikel.

• Kleinwindkraftanlagen - bisher noch ein Nischenprodukt und wirtschaftlicher Betrieb nicht immer gesichert:

Beispiel: Kleinwindkraftanlagen sind insbesondere auf Dächern von hohen Gebäuden effizient, weil dort Wind weht und kein Windschatten durch andere Gebäude oder Bäume entsteht. Da die Aufdachanlagen häufig horizontale Achsen nutzen, sind die Erträge aufgrund hoher Kosten pro Kilowatt installierter Leistung deutlich niedriger als bei großen Windkraftanlagen. Eine innovative Kleinwindkraftanlage hat das Start-Up Mowea entwickelt, um die Leistung zu erhöhen. Mehr dazu hier. In landwirtschaftlichen Betrieben werden Kleinwindkraftanlagen künftig sicher häufiger eingesetzt, denn diese könnten auf dem Feld von ihnen profitieren. Mehr dazu in diesem Artikel. 

Fazit & Ausblick

Der Ausbau von Solarenergie erlebt gerade einen Boom, bei Wind gibt es nahezu Stillstand, aufgrund diverser Hürden. Das Potenzial für Solarenergie ist groß und neue Innovationen werden das Angebot in Zukunft vom altbekannten Solardach ausweiten. Bei Windenergie gibt es auch technische Neuigkeiten, doch bisher gibt es verhältnismäßig wenige Beispiele fernab von den klassischen Windkraftanlagen auf dem Land.

Sie wollen Ihre Organisation energieautarker machen? Oder arbeiten Sie selbst im Erneuerbare-Energien-Sektor und wollen Ihre Organisation, Ihre Produkte und Dienstleistungen noch mehr an echtem Kundennutzen und den Trends der Zukunft ausrichten? Dann unterhalten wir uns! Schreiben Sie mir gerne oder hinterlassen Sie mir einen Kommentar.

Titelbild: Karsten Würth, Unsplash