Ergänzungen | |
Mitte 2021: |
Spanien Deutschland Daten update |
Zur Bedeutung der
Fotovoltaik |
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Im Prinzip besitzt die
Fotovoltaik ein ausreichendes Entwicklungspotenzial, um in
Zukunft die Versorgung der Welt mit Primärenergie zu
übernehmen. Der Grund dafür ist, und darauf wurde in Energie2 mehrfach
hingewiesen, dass die Erde über genügend ungenutzte
Flächen verfügt, auf denen die entsprechenden
Wandlungsanlagen aufgebaut werden könnten. Wegen der hohen
Sonneneinstrahlung mit einer Leistungsflächendichte von
mehr als = 2500 kWh a-1
m-2, die fast ausschließlich aus der direkten
Komponente des Sonnenlichts besteht, sind die
Wüstengebiete für diese Aufgabe besonders geeignet, falls
zunächst einmal die Auswirkungen auf unsere Umwelt nicht beachtet
werden1).
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Aber
nicht alle Wüstengebiete eignen sich gleichermaßen. Eine
weitere Bedingung dafür, dass großflächige
Fotovoltaikanlagen die Versorgung mit elektrischer Energie
auch praktisch übernehmen können, ist:
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Der nationale Fotovoltaikmarkt in den Vereinigten Staaten von Amerika |
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In den USA befinden sich
Wüstengebiete mit einer Gesamtfläche von ca. 1.39 · 1012
m2, die ausschließlich im Süden und Süd-Westen
der USA liegen. Wir wollen annehmen, dass sich 10% dieser
Gebiete prinzipiell für den Aufbau von Fotovoltaikanlagen
eignen. Dies entspricht einer Fläche von A = 1.4 · 1011
m2.
Wie viel elektrische Energie lässt sich auf dieser Fläche
wandeln? |
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Wir werden hier eine
Technik besprechen, die von der Firma Pyron-Solar3)
entwickelt wurde und die vor kurzem auch in der deutschen
Presse
und Öffentlichkeit großes Interesse erregt hat, obwohl sie
unter deutschen Verhältnissen nicht genutzt werden kann.
Denn sie verlangt, dass das Sonnenlicht im Wesentlichen
aus der direkten Komponente besteht, wie es auf der Erde
eigentlich nur in den Wüstengebieten der Fall ist. Ich
diskutiere die Pläne von Pyron-Solar trotzdem in diesem
Kapitel, einmal als Rechenbeispiel und dann aber als
Demonstration, wie weit Theorie und Praxis auseinander
liegen können.
W = A = 52 · 1012
kWh/a.
Dies sind bereits ca. 25% des gesamten
Primärenergiebedarfs der Welt im Jahr 2050, wobei noch
nicht einmal berücksichtigt ist, dass es sich bei
der elektrischen Energie nicht um eine Form der Primär-,
sondern der Endenergie handelt (siehe Kap.
3.1). Auf jeden Fall würde diese Menge vollkommen
ausreichen, um den gesamten Bedarf der USA nach
elektrischer Energie zu befriedigen, der z.Z. (2020) nur
etwa 28 · 1012 kWh/a beträgt. Aber sind diese
Rechnungen auch realistisch? Wir wollen diese Frage
untersuchen anhand von 2 Parametern, den
Energiebereitstellungskosten und der technischen
Lebensdauer der Wandlungsanlage. |
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Pyron-Solar gibt als Herstellungskosten ihrer Anlage einen Preis von ca. 3 USD/W an4). In den hier verwendeten Einheiten entspricht dies einem Wert von ca. 0.34 USD (kWh/a)-1. Soll mit der Anlage der gesamte Bedarf der USA an elektrischer Energie im Jahr 2020 gedeckt werden, dann sind also Investitionsmittel in Höhe von Ktot = 9.8 · 1012
USD (9.8 Billionen USD)
erforderlich, die über den Kapitalmarkt aufgebracht werden
müssen. Wir nehmen an, dass dies zu einem relativ geringen
Zinssatz von x =
5% möglich ist. Falls diese Investitionsmittel über die
Lebensdauer von L
= 40 a zurückgezahlt werden, dann beträgt die jährliche
TilgungsrateKa = Ktot x (1 + x)L ( (1 +
x)L -1 )-1
=
5.7 · 1011 USD a-1,
oder umgerechnet auf die gelieferte elektrische Energie
ergibt sich ein Preis von ca. 0.02 USD/kWh. Dies
beinhaltet noch nicht den Gewinn, den Pyron-Solar
sicherlich auch erzielen will und, wie bereits erwähnt,
die Kosten für die Energiespeicherung und den
Energietransport. Es ist nicht abwegig anzunehmen, dass
dies den Preis verdoppelt. Selbst dann sind die Kosten für
die elektrische Energie aus der Fotovoltaik-Anlage von
Pyron-Solar immer noch nur etwa 1/4 so hoch, wie sie im
Jahr 2020 in den USA
wirklich waren5). |
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Auch wenn wir davon
ausgehen, dass der Zinssatz als vielleicht zu günstig
angenommen wurde und dass u.U. die angenommenen Kosten für
die Energiespeicherung zu klein sind, kommt man bei
Gültigkeit der im Internet zur Verfügung gestellten Daten
zu dem Schluss: In den USA kann der gesamte Bedarf
nach elektrischer Energie mithilfe eines nationalen
Fotovoltaikmarkts gedeckt werden, während das in
Deutschland nicht möglich ist.
Unter diesen Umständen fragt man sich natürlich, warum der Fotovoltaik nicht die herausragende Stellung in den offiziellen Planungen der USA für die zukünftige Energieversorgung des Lands eingeräumt wird. Und man vermutet, dass die Angaben im Internet nicht die ganze Wahrheit über die Vorteile und Nachteile dieser Wandlungstechnik widerspiegeln. |
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Aus den Angaben bzw.
Nicht-Angaben der Firma Pyron-Solar im Internet lässt sich
bereits ein gravierendes Problem erkennen:
= 0.16
und entspricht weniger
als der Hälfte des angegebenen (wohl theoretischen)
Wirkungsgrads .
Es kann spekuliert werden, ob diese Reduktion auf die
Erwärmung
der Fotodioden zurückzuführen ist, welche die
Ausgangsspannung der Fotodioden vermindert. Noch
schlimmer wäre die Vermutung, dass die Fotodioden ohne
Kühlung nur eine relativ kurze Lebensdauer in dem
konzentrierten Sonnenlicht besitzen. Ebenfalls muss
angenommen werden, dass das Problem, die Fotodioden
gegen Umwelteinflüsse zu schützen, wie z.B.
gegen die Verschmutzung durch Sandstürme, bisher
nicht gelöst ist. Die Sicherheit gegen Umweltgefahren
muss aber gewährleistet sein, wenn eine
Fotovoltaikanlage von den erforderlichen Ausmaßen die
genügend lange Lebensdauer von ca. 40 Jahren besitzen
soll, die einen konkurrenzfähigen Energiepreis
garantiert.
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Es sei noch einmal darauf
hingewiesen, dass es sich bei diesen Bemerkungen um reine
Vermutungen handelt, die ausgelöst werden durch den
Umstand, dass Fotovoltaikanlagen auch in den USA keine Rolle in der
Energieversorgung spielen. Falls sich die
Fotovoltaikanlagen von Pyron-Solar aber großtechnisch
einsetzen ließen, wäre dies der erhoffte Durchbruch für
die erneuerbaren Energien: Die Fotovoltaik wäre die
dominante Energiequelle der Zukunft.
Bis wir aber soweit sind, ist noch eine weitere wichtige
Frage zu beantworten (siehe Energie2 und Kap. 6.2):Wie verändert sich das
Klima auf der Erde, wenn große Flächen in den
Wüstengebieten mit Fotodioden belegt werden, welche die
einfallende Exergie der Sonne hauptsächlich in Anergie -
d.h. thermische und nicht
elektrische Energie - wandeln?
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1) Ein Hinweis darauf, dass diese Auswirkungen jetzt wirklich ernst genommen werden, ist die Tatsache, dass die USAmerikanische Regierung Mitte 2008 alle Anträge für die Zuteilung von Staatsland zum Zwecke der Errichtung von Solaranlagen gestoppt hat. 2) Die Daten sind der BP Statistik 2020 entnommen. Im Falle Deutschlands weichen sie unübersehbar von den Angaben des BMWi mit 6.4% ab - ein weiteres Beispiel dafür, dass sich nationale und internationale Statistiken durchaus unterscheiden (siehe auch Kap. 3.1). 3) Anfang 2008 war die Original-Homepage von Pyron-Solar aus dem Internet verschwunden und eine neue Homepage wurde angekündigt. Hoffen wir, dass sich die Ankündigung auch bewahrheitet und die gemachten Versprechungen nicht zurückgenommen werden. 2010 war die Homepage wieder da, die Versprechungen sind nicht zurückgenommen, aber sie sind einfach nicht mehr vorhanden! Und Mitte 2017 hatte sich Pyron-Solar von der Fotovoltaik offensichtlich total verabschiedet - ein weiteres Beispiel für ein start-up auf dem Gebiet erneuerbarer Energie, das es nicht geschafft hat. 4) Als Investitionskosten werden die gesamten Herstellungskosten pro installierter Leistung bezeichnet. Diese Kosten werden jährlich getilgt, die Tilgungskosten sind daher die Kosten pro gelieferter Energie. 5) In Deutschland werden für elektrische Energie, die mithilfe der Fotovoltaik gewandelt wird, etwa 10mal höhere Investitionskosten veranschlagt. Dass die dadurch verursachten hohen Preise überhaupt durchsetzbar sind, liegt allein an den staatlichen Subventionen und der Tatsache, dass die Fotovoltaik praktisch keinen Beitrag zu unserer Energieversorgung leistet (siehe Kap. 3.1). |