Photovoltaik als wesentlicher Treiber der Energiewende in Österreich

Die „Photovoltaik als wesentlicher Pfeiler der Energiewende in Österreich“ war das Thema der Viktor-Kaplan-Lecture die am 16. Juni von Oesterreichs Energie in Kooperation mit der FH Technikum Wien veranstaltet wurde. Die FH Technikum ist Mitverfasser der aktuellen Roadmap Photovoltaik und die Stromstrategie von Oesterreichs Energie sieht vor, die Stromerzeugung mittels Photovoltaikanlagen bis 2035 um etwa 6- 8 TWh pro Jahr zu steigern.

 

Hubert Fechner

Wie groß das Potenzial der Photovoltaik ist und wie es gehoben werden könnte, ermittelten Experten der FH Technikum Wien, des Austrian Institute of Technolgy (AIT) und des Joanneum Research im Rahmen der „Technologie- Roadmap für Photovoltaik“. Diese wurde kürzlich vom Technologieministerium (BMVIT) veröffentlicht. Hubert Fechner, zuständig für Erneuerbare Urbane Energiesysteme an der FH Technikum: „Derzeit verfügt Österreich über Photovoltaikanlagen mit einer Gesamtleistung von etwa 1000 Megawatt (MW) und deckt damit rund zwei Prozent seines Strombedarfs. Bis 2030 könne dieser Anteil auf etwa 15 Prozent gesteigert werden, bis 2050 auf 27 Prozent.“

Um diese Ziele zu erreichen, sei es notwendig, ab 2017 pro Jahr neue Photovoltaikanlagen mit einer Gesamtleistung von 600 MW zu installieren. Dies bedeutet, den derzeitigen Zubau - etwa 150 MW pro Jahr - zu vervierfachen. Ab 2030 müsse die Ausbauleistung auf 820 MW erhöht werden. Wirtschaftlich erleichtert wird das laut Fechner durch die deutliche Kostendegression in den vergangenen Jahren, die sich auch weiter fortsetzen werde. So sank der Preis für Anlagen mit 5 Kilowatt Höchstleistung (kWp) von 5.138 €/kWp im Jahr 2008 auf nur noch 1.658 €/kWp im Jahr 2015. Auch die Netzintegration ist Fechner zufolge „kein unüberwindliches Hindernis mehr.“ Nicht zuletzt die Entwicklung neuer Speichertechnologien eröffne diesbezüglich zusätzliche Möglichkeiten.

Fechner unterstrich, dass keine andere Technologie zur Stromerzeugung sich „so hoher gesellschaftlicher Akzeptanz“ erfreut. Dies gelte insbesondere für bauwerksintegrierte Photovoltaikanlagen (Building Integrated Photovoltaic, BIPV). Solche Systeme haben für heimische Hersteller einen wesentlichen Vorteil: Im Gegensatz zu herkömmlichen Photovoltaikmodulen „kann man so etwas nicht als Massenware in China produzieren.“ Der ökonomische Nutzen des laut Roadmap möglichen Zubaus wäre beträchtlich: „Bis 2030 ließe sich ein Umsatz von insgesamt rund 9 Milliarden € erwirtschaften.“ Kein Problem sind laut Fechner die für den Photovoltaikausbau benötigten Flächen. Um die Ziele für 2050 zu erreichen, genügen rund 170 km2. Auf den Dach- und Fassadenflächen im Bundesgebiet eignen sich etwa 230 km2 für die Stromgewinnung mittels Solarstrahlung, davon alleine 29 km2 in Wien. Nicht berücksichtigt sind dabei technologische Fortschritte, die diesen Bedarf weiter vermindern könnten.

Photovoltaik mitdenken

Um den Ausbau zu unterstützen, wären laut Fechner nicht zuletzt vereinfachte Planungsvorgaben sowie bundesweit einheitliche Baunormen sinnvoll. Auch sollte die Bewusstseinsbildung bei Planern und Bauherren gefördert werden: „Bei der Sanierung von Gebäuden ist es zweckmäßig, immer auch an die Photovoltaik zu denken.“ Was Neubauten betrifft, sind gemäß den rechtlichen Vorgaben der Europäische Union ab 2020 nur mehr „Nearly-Zero-Energy-Gebäude“ zulässig, die bilanziell übers Jahr gerechnet fast ebenso viel Energie erzeugen, wie sie verbrauchen. Damit wird nach Ansicht Fechners die Installation von Photovoltaikanlagen nahezu unumgänglich.

Unter Hinweis auf die Empfehlungen in der Technologie-Roadmap plädierte Fechner unter anderem dafür, die Investitionsförderungen für die Photovoltaik aufrecht zu erhalten. Bis Anlagen mit insgesamt 10 Gigawatt (GW) bzw. 10.000 MW Leistung errichtet sind, sollte es keine Deckelung der Förderungen geben, auch die Mehrwertsteuer wäre auszusetzen. Bei einer allfälligen Novellierung des Elektrizitätswirtschafts- und -organisationsgesetzes (ElWOG) empfehle es sich auch, Anreize für neue Geschäftsmodelle zu bieten. Dies bedeute, etwa in Mehrparteienhäusern Strom aus Photovoltaikanlagen für alle Bewohner nutzbar machen zu dürfen, was derzeit unzulässig ist. 

In die Fassade

Verfehlt wäre Fechner zufolge, Ökostromanlagen künftig nicht mehr mittels Einspeisetarifen zu fördern, sondern mittels eines Ausschreibungsmodells: „In diesem Fall bekämen die billigsten Anlagen den Zuschlag. Das wären große Freiflächenanlagen, wie wir sie in Österreich eher nicht errichten sollten.“ Laut Lukas Maul, einem der Mitarbeiter Fechners an der FH Technikum bestehen hinsichtlich der Fassadenintegration von Photovoltaikanlagen im Wesentlichen drei Möglichkeiten. Bei der „Warmfassade“ ist das Photovoltaiksystem direkt in die thermische Hülle des Gebäudes direkt integriert. Ein Beispiel dafür ist eine Dreischeiben-Glasfassade, deren vorderste Schicht mit Solarzellen bestückt ist. Die „Kaltfassade“ hingegen übernimmt den Regenschutz des Gebäudes. Sie ist noch Teil der Außenhülle, aber durch eine Hinterlüftung nicht mehr in die thermische Hülle des Bauwerks einbezogen. Die „vorgesetzte Fassade“ schließlich ist, wie ihre Bezeichnung besagt, einer existierenden Fassade vorgesetzt. Sie bietet einen gewissen Regenschutz, hat aber keinen Einfluss mehr auf die Thermik des Gebäudes.

Optionen bezüglich der Dachintegration wiederum sind unter anderem die direkte Indachmontage sowie die Überdachung von Lichtschächten und Innenhöfen. Ferner können Photovoltaikmodule auch in Balustraden und Geländer integriert werden. Fensterintegrierte Zellen weist unter anderem der Power Tower der Energie AG in Linz auf.

Lukas Maul

Wie Maul hinzufügte, sind Photovoltaikanlagen heute mit unterschiedlichsten Farbgebungen realisierbar. Ein Schweizer Unternehmen etwa bietet weiße Zellen an, die mittels einer Spezialbeschichtung erzeugt werden. Der Nachteil ist die dadurch verminderte Leistung. Eine Art photovoltaischen „Dachziegel“ hat das Untenrehmen Ertext Solar entwickelt. Erzeugt wird dieser durch ein Digitaldruckverfahren mit keramischen Pigmenten. Der Ziegel ist in unterschiedlichsten Formen und  mit vielfältigen Farbgebungen verfügbar. 

Spannung im Netz

Mit der Netzintegration der Photovoltaik befasste sich Andreas Abart, der Leiter des Smart-Grid-Forschungsprojektes der Netz Oberösterreich, der Netzgesellschaft der Energie AG Oberösterreich. In ihrem Netzgebiet sind mittlerweile fast 15.000 Photovoltaikanlagen unterschiedlicher Größen mit einer Gesamtleistung von rund 125 MW installiert. Wird die Technologie-Roadmap umgesetzt, ist bis 2030 mit einer Verachtfachtung dieser Leistung auf 1 GW zu rechnen. Bis 2050 würden Anlagen mit etwa 3 GW angeschlossen, was dem Doppelten der derzeitigen maximalen Netzlast entspricht. Die Herausforderung der Zukunft besteht laut Abart darin, dass mit der zunehmenden Nutzung der Photovoltaik die Spannungsschwankungen im Netz ebenfalls zunehmen. Auslöser sind vor allem die immer noch dominierenden einphasigen Photovoltaiksysteme. Da die hohe Spannungsdynamik vor allem die Ortsnetze belastet, war es laut Abart notwendig, Gegenmaßnahmen zu entwickeln. Dies erfolgte im Rahmen eines Pilotprojekts in Eberstalzell, das mit einer installierten Leistung von mehr als 1 MWp die in Sachen Photovoltaik führende Gemeinde Oberösterreichs ist.

Andreas Abart

Als hilfreich erwiesen für die Bewältigung der Spannungsschwankungen erwiesen sich laut Abart die digitalen Stromzähler (Smart Meter), die er als „unsere eyes to the grid“ bezeichnet: „Mit ihnen haben wir gute Möglichkeiten bekommen, die Spannungen im Netz zu beobachten.“ Die Netz Oberösterreich kann wöchentlich die Häufigkeitsverteilung der Spannungswerte auswerten: „Damit haben wir künftig ein Bild, wo wir in diesem Netz wirklich stehen und müssen uns nicht mehr auf Lastschätzungen verlassen.“ Künftig deshalb, weil die Integration der Informationssystem gerade im Gange ist.

Besondere Bedeutung haben laut Abart die sogenannten „Power Snapshots“, gleichsam Momentaufnahmen des Zustands im Netz, wenn die Spannung am höchsten oder am niedrigsten wird: „Damit sehen wir genau, in welche Lastkonfigurationen problematisch sind und können entsprechende Lösungsansätze entwickeln.“ Vielversprechend ist insbesondere der Einsatz regelbarer Ortsnetztransformatoren (Regeltrafos). Über die Smart Meters werden diesen Geräten die Spannungsmesswerte in Echtzeit geliefert. Zeigt sich, dass die Spannung im gesamten Netz zu hoch wird, steuern die Regeltrafos gegen und stabilisieren damit das Netz.

Wie das Projekt in Eberstalzell zeigte, haben die Netze Reserven, die mit den neuen Technologien genauer ausgelotet werden können. Unter bestimmten Bedingungen ist die Spannungsregelung laut Abart daher günstiger als der Netzausbau. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Spannung nur zu wenigen Zeitpunkten des Jahres kritische Werte erreicht. Klar ist ihm zufolge allerdings auch: Die Regelungstechnik ist komplex und mit entsprechenden - vor allem operativen - Kosten verbunden. Auch in Zukunft werden daher die Verstärkung und der Ausbau der Netze unverzichtbar sein. 

Susanne Schidler

Photovoltaik und Nachhaltigkeit

„Nachhaltigkeitskriterien“ für Photovoltaikanlagen erörterte Susanne Schidler von der FH Technikum Wien. Ihr zufolge sind dabei mehrere Themenkomplexe zu beachten. Der Komplex „Umwelt und Gesundheit“ etwa umfasst Charakteristika wie den Flächenbedarf der Anlagen, die Toxizität der verwendeten Substanzen, den Ressourcenverbrauch sowie die Recyclierbarkeit. Im Komplex „Beschäftigung“ werden die Art und die Qualität der Arbeitsplätze bei den Anlagenherstellern untersucht, im Komplex „Regionalentwicklung“ die Zahl der Arbeitsplätze in der Region und die dortige Wertschöpfung. Weitere Themen sind „Kooperationsformen“, bei denen es unter anderem um die Zusammenarbeit entlang der Wertschöpfungskette geht, sowie wirtschaftliche Aspekte.

Ob Photovoltaikanlagen dem Anspruch auf Nachhaltigkeit entsprechen, ist laut Schidler differenziert zu beurteilen. Gut schneiden diese im Allgemeinen hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf das Weltklima ab, „beim Flächenbedarf wäre ich vorsichtig.“ Soziale Aspekte werden ihr zufolge häufig unterbewertet: „Das Thema Nachhaltigkeit kommt ja von der Ökologie her.“

Alle Fotos zur Viktor-Kaplan-Lecture am 16. Juni