Solarenergie: 150 Zeilen Nachhilfe für Sonnenanbeter

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.