Nr. 04/2017 vom 26.01.2017

Solarstrom auf den Spuren der Atomenergie

Je mehr Solarstrom wir produzieren, desto mehr müssen wir verschwenden. Damit droht eine ähnliche Entwicklung wie beim Atomstrom.

Von Hanspeter Guggenbühl

Nichterneuerbare soll durch erneuerbare Energie ersetzt werden. Das stimmt. Noch viel wichtiger ist allerdings etwas anderes: Wir müssen weniger Energie verbrauchen. In der wachstumsorientierten Wirtschaft besteht jedoch das Risiko, auf dem Weg zum Nebenziel das Hauptziel zu verfehlen. Das gilt speziell im Bereich Elektrizität: Geblendet vom Wunsch, mit unbegrenzt verfügbarer Sonnenenergie den dreckigen Kohle- und Atomstrom aus der Welt zu schaffen, schwenkt die Solarlobby langfristig auf den unseligen Weg ein, den die Atomlobby vorgespurt hat.

Mehr Angebot, mehr Verbrauch

Um diese grobe These zu erläutern, müssen wir auf den Spuren der Atomenergie 49 Jahre zurückschreiten: 1968 verbrauchten Haushalte und Wirtschaft in der Schweiz 25 Milliarden Kilowattstunden (kWh) Strom, weniger als die Hälfte von heute. Die damalige Nachfrage konnten die inländischen Wasserkraftwerke mit ihrer Produktion von 30 Milliarden kWh locker decken. Zwischen 1969 und 1984 setzten dann die Schweizer Elektrizitätsunternehmen schrittweise fünf Atomkraftwerke in Betrieb. Damit wuchs der Produktions- respektive Exportüberschuss. Noch stärker aber stieg der Stromverbrauch im Inland, nämlich schon bis 1990 auf 50 Milliarden kWh. Heute liegt er bei 62 Milliarden.

Der Grund für die Verdoppelung in nur 22 Jahren: Um ihren überschüssigen Atomstrom absetzen zu können, belohnten die Stromverkäufer die Kundschaft mit Mengenrabatt auf allen Tarifen. Gleichzeitig förderten sie mit speziell tiefen Nachttarifen die Installation von Elektrospeicherheizungen und Elektroboilern, später von Wärmepumpen. Stromverschwendung wurde damit finanziell belohnt. Inzwischen aber hat die weiterwachsende Nachfrage das höhere Angebot ein- und zum Teil schon überholt. So verbuchte die inländische Strombilanz im Kalenderjahr 2016 und in allen Winterhalbjahren seit 2003 einen Importüberschuss.

Zu viel Strom am Mittag

Eine Spirale von Überangebot, Absatzförderung und Verschwendung droht auch, wenn wir die Verstromung der Sonnenenergie maximieren. Im Unterschied zu Deutschland sind wir davon allerdings noch weit entfernt. Gemessen am Schweizer Stromkonsum betrug der Anteil der inländischen Produktion von Solarstrom 2016 erst 2,3 Prozent, jener der Atomenergie immer noch 30 Prozent.

Doch das soll sich ändern. Der Branchenverband Swissolar setzte sich schon 2011 das Ziel, den Anteil der Sonnenenergie an der Schweizer Stromerzeugung bis 2025 auf 20 Prozent oder rund 12 Milliarden kWh zu erhöhen. Die Umweltallianz, bestehend aus den grossen Umweltverbänden, will bis 2035 den Schweizer Stromverbrauch – sie geht davon aus, dass er gleich hoch bleibt – zu 100 Prozent mit erneuerbarer einheimischer Energie decken. Dazu soll Solarstrom einen Anteil von 25 Prozent oder 15 Milliarden kWh beitragen. Mengenmässig könnte Solarstrom dann drei Viertel der heutigen inländischen Atomstromproduktion ersetzen, im Winterhalbjahr allein jedoch weniger als ein Viertel. Was zeigt: Selbst mit einer solaren Anbauschlacht lässt sich mit Sonnenenergie allein die Atomkraft nur teilweise substituieren, wenn wir nicht sparen.

Das solare Mittagshorn: So könnte der Solarstromüberschuss an einem sonnigen Sommertag im Jahr 2035 aussehen: blau der Wasserkraft-Bandstrom, gelb der Solarstrom. In den Mittagsstunden übersteigt die Produktion den Verbrauch (rote Linie) bei weitem. Quelle: BFE/Guggenbühl; Grafik: WOZ

Um pro Jahr 15 Milliarden kWh Solarstrom zu erzeugen, benötigte die Schweiz eine installierte Fotovoltaikleistung von 15 000 Megawatt (das sind 15 Millionen Kilowatt). Wird dieses hochgesteckte Ziel ohne flankierende Massnahmen erreicht, entsteht 2035 folgendes Überflussproblem: An einem Sommertag erzeugen die Schweizer Flusskraftwerke weiterhin eine konstante Leistung von rund 3000 Megawatt. Zusätzlich türmen die vorwiegend nach Süden ausgerichteten Fotovoltaikanlagen um die Mittagszeit, wenn schweizweit die Sonne scheint, eine Leistung bis zu 12 000 Megawatt auf. Bis Sonnenuntergang sinkt dann die solare Leistung auf null, bevor sie ab dem nächsten Sonnenaufgang wieder steil ansteigt.

Dieses solare Mittagshorn, unterlegt von der Leistung der Flusskraftwerke, erreicht also eine Spitze von 15 000 Megawatt, selbst wenn alle alpinen Speicherkraftwerke temporär abgestellt und alle Atomkraftwerke bis 2035 stillgelegt werden (wofür leider keine Gewähr besteht). Die beanspruchte Spitzenleistung aller VerbraucherInnen im Inland beträgt an einem sommerlichen Werktag aber nur rund 8000 Megawatt, an einem Sonntag noch deutlich weniger.

Speicherung als Ausweg und Problem

Fachleute kennen dieses Problem. Um die solare Mittagsspitze einzuebnen und die stark schwankende Solarstromproduktion dem ebenfalls schwankenden Konsum anzupassen, entwickelten sie vielfältige Speichertechniken. Das Spektrum reicht von zentralen Pumpspeicherkraftwerken bis zu dezentralen Batterien, die in Heizungskellern oder Elektroautos platziert werden (vgl. «Wirkungsgrad von Speichern» im Anschluss an diesen Text). Auch Steuerungen werden entwickelt, die die Spitzenproduktion der Solaranlagen kappen oder den Stromkonsum mittels «Smart Grids» (intelligenten Netzen) temporär verlagern.

Doch mit jeder Speicherung geht ein – mehr oder weniger grosser – Teil des produzierten Stroms verloren. So schwankt der Speicherverlust zwischen 15 Prozent bei Lithium-Ionen-Batterien und 65 Prozent bei der Umwandlung von Strom in Methangas. Zudem verschlingen die Herstellung der Batterien und ihre spätere Entsorgung ebenfalls Energie und Rohstoffe. Die Folgerung daraus: Je mehr Strom wir speichern, desto mehr müssen wir produzieren und desto stärker wächst die Energieverschwendung.

Wollen wir die verlustreiche Speicherung minimieren, sollten wir die Produktion von Solarstrom also optimieren statt maximieren. Das physikalische Optimum der Solarstromproduktion liegt, wenn im Inland einmal alle Atomkraftwerke stillgelegt sind, bei einer Menge von sieben bis zehn Prozent des nationalen Stromverbrauchs. Das entspricht einer installierten Fotovoltaikleistung von 5000 bis 6000 Megawatt. Denn damit läge die Produktionsspitze am Mittag, also die Produktion von Solar- plus Flusskraftwerken, selbst an sonnigen Sommertagen meist unter der im Inland beanspruchten Verbrauchsleistung. Zudem könnten die Verteilnetze diese Mengen ohne wesentliche Aus- und Umbauten oder Speicher bewältigen und umverteilen. Die Probleme dieser Beschränkung: Die Schweiz müsste einen höheren Anteil des wegfallenden Atomstroms im Winterhalbjahr einsparen oder durch Biomassekraftwerke ersetzen. Und die Speicherbranche – von Smart-Grid-Verkäuferinnen bis zu den Batterieproduzenten – könnte ihre Expansionspläne nicht verwirklichen.

Ökonomisch falsche Anreize

Die Verschwendung mittels Stromspeicherung hat allerdings schon begonnen und wird sich fortsetzen – lange bevor die Schweiz das Optimum der Solarstromproduktion erreicht. Dafür sorgen ökonomische Fehlanreize, insbesondere die tiefen Tarife für die Einspeisung ins lokale Stromnetz.

Das illustriert folgendes Rechenbeispiel: Ein Hausbesitzer lässt sich eine Fotovoltaikanlage mit einer Spitzenleistung von 6 Kilowatt und mit 6000 kWh Jahresproduktion zum Preis von 15 000 Franken auf dem Dach seines Niedrigenergiehauses installieren. Die Produktion seines Solarstroms kostet damit etwa 15 Rappen pro kWh. Als umweltbewusster Konsument, der keine überflüssigen Elektrogeräte besitzt und seinen bescheidenen Wärmeverbrauch mit Holz und Solarkollektoren deckt, verbraucht dieser sogenannte Prosument pro Jahr nur 1500 kWh Strom. Davon bezieht er in den dunklen Stunden 800 kWh vom örtlichen Elektrizitätswerk und zahlt dafür 25 Rappen pro kWh (Produkt- plus Netztarif plus Abgaben). Die übrigen 700 kWh Solarstrom zu Kosten von 15 Rappen pro kWh konsumiert er vom eigenen Dach.

Nach Abzug seines Eigenverbrauchs speist der Prosument also 5300 kWh Solarstrom ins Stromnetz ein. Dafür bezahlen viele Elektrizitätswerke einen Einspeisetarif von nur noch 5 Rappen pro kWh. Dieser tiefe Tarif ist gesetzlich zulässig, denn er muss nicht höher sein als der reine Marktpreis für Strom (exklusive Netzkosten und Abgaben). Für seinen eingespeisten Solarstrom legt der Produzent also 10 Rappen pro kWh drauf. Der aus dem Netz bezogene Strom zum Volltarif von 25 Rappen hingegen kostet ihn 10 Rappen mehr als der selbst erzeugte Solarstrom.

In dieser Situation treten die ProduzentInnen von Solar- und Speicheranlagen auf den Plan. Sie empfehlen EigentümerInnen von Fotovoltaikanlagen, den Eigenverbrauchsanteil zu maximieren. Dazu bieten sie ihnen Batterien an, in denen HausbesitzerInnen ihren tagsüber erzeugten Solarstrom speichern, statt ihn zum tiefen Tarif ins Netz einzuspeisen. In den dunklen Stunden können sie dann den Solarstrom aus der Batterie beziehen statt für 25 Rappen pro kWh aus dem Stromnetz.

Daneben gibt es weitere Möglichkeiten zur Maximierung des Eigenverbrauchs: BetreiberInnen von Fotovoltaikanlagen steigen zum Beispiel vom Velo auf ein Elektroauto um und laden mittags mit ihrem überschüssigen Solarstrom die Autobatterie; das tut etwa der prominente Solarunternehmer Thomas Nordmann, der kürzlich einen Tesla kaufte. Oder sie können ihren von Holz und Solarwärme gespeisten Boiler durch einen Elektroboiler ersetzen. Die viel propagierten Elektrowärmepumpen, die Häuser heizen, taugen hingegen nicht zur Glättung der Solarstromspitze, weil das solare Mittagshorn an Wintertagen zum Hörnli schrumpft.

Ökonomisch mag sich die Maximierung des Eigenstromverbrauchs für einige SolarstromproduzentInnen auszahlen, falls die Preise für Fotovoltaikanlagen und die Einspeisetarife weiter fallen. In der Stromversorgung als Ganzes wächst damit aber nicht nur die Verschwendung in Form von Speicherverlusten und zusätzlichem Einsatz von grauer Energie. Die dezentrale Speicherung führt auch zu einer Umverteilung. Denn die Tarife des bestehenden Stromnetzes, die FotovoltaikproduzentInnen mit hohem Eigenverbrauch sparen können, werden auf die übrigen StromkonsumentInnen überwälzt, insbesondere auf MieterInnen ohne eigene Hausdächer.

Vor allem aber torpediert die Maximierung der Solarstromproduktion das primäre Ziel der neuen Schweizer Energiestrategie, nämlich die Reduktion des gesamten Energie- und des Stromverbrauchs. Das ist die Kehrseite der an sich wünschbaren, aber schlecht geplanten Substitution von nichterneuerbarer durch erneuerbare Energie.

Hanspeter Guggenbühl hat selbst eine Fotovoltaikanlage auf dem Dach, die er im Winter gewissenhaft von Schnee befreit.

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