Mit der Sonne Energie gewinnen – Balkonkraftwerk

Der Ausstieg aus dem Atomstrom ist beschlossen und vollzogen. Dennoch wurde in der letzten Woche im Kollektiv über die Vergangenheit diskutiert. Der Anteil des Atomstroms im gesamten Netz betrug am Ende knapp unter 5 %. Für das Jahr 2022 sind die statistischen Werte der Stromerzeugung veröffentlicht. Um eine allgemeine Entwicklung darzustellen, werden die ersten Quartale 2021 und 2022 verglichen.

Während im ersten Quartal 2021 der Anteil von erneuerbaren Energien bei 40,4 % lag, stieg dieser im ersten Quartal 2022 auf 47,1 %. Der Rest wurde durch konventionelle Kraftwerke (Kohle, Gas, Atom) erzeugt. In Debatten um erneuerbaren Energien geht nahezu immer das Schlagwort Grundlastfähigkeit um. Aktuell wird vor allem von Gegnern des Ausbaus der erneuerbaren Energien von mangelnder Grundlast gesprochen.

Über die Grundlast, aktuelle Entwicklungen in der Energieerzeugung und dezentrale Optionen der Stromerzeugung – Stichwort Balkonkraftwerke, berichten wir in dieser Woche.

Schnelle Lotsenrunde 

Was ist Grundlastfähigkeit?

Mit dem Begriff der Grundlast wird die Menge an Strom im Stromnetz beschrieben, die im Laufe des Tages nicht unterschritten wird. Die Grundlastfähigkeit beschreibt die Fähigkeit der Kraftwerke (konventionell und erneuerbar) zu jedem Zeitpunkt das benötigte Minimum für das Stromnetz bereitzustellen. 

Wie hoch ist die Grundlast in Deutschland?

Die Grundlast in Deutschland richtet sich nach der Jahreszeit und im Kleinen am Wochentag. In Deutschland liegt die Grundlast zwischen 40 und 60 Gigawatt. Neben der Grundlast gibt es noch den Begriff der Spitzenlast. Diese liegt bei über 85 Gigawatt und beschreibt den aktuell höchstmöglichen Bedarf Deutschlands. 

Was ist die Grundlast in meinem Alltag?

Die Grundlast im Alltag beschreibt den Verbrauch z.B.  in deiner Wohnung in der Nacht, wenn kein Verbraucher aktiv eingeschaltet ist. Dies wird auch Standby-Modus genannt und beschreibt den Verbrauch des Kühlschranks und Geräten, die im Standby- oder Stromsparmodus am Netz angeschlossen sind. 

Was ist dezentrale Stromerzeugung?

Im Gegensatz zur zentrierten Stromerzeugung durch große Kraftwerke, wird bei der dezentralen Stromerzeugung die elektrische Energie direkt oder nah am Verbraucher des Stroms erzeugt. Hierunter fallen kleine Kraftwerke wie Balkonkraftwerke oder Miniwindkrafträder oder mittlere Anlagen, die ein Dorf mit Energie versorgen.

Balkonkraftwerke – Lösung für den wachsenden Hunger nach elektrischer Energie?

In der gesellschaftlichen Debatte über Energie, deren Erzeugung und Bedarf ranken sich neben Fakten auch Mythen und viele Meinungen. Durch die anvisierte Elektrifizierung des Verkehrs und nun auch der Wärmeerzeugung wird der Stromverbrauch steigen. Aber wie schaut das Gesamtbild aus?

Als Referenz für Klima- und Verbrauchsziele wird nahezu immer das Jahr 1990 genommen. Das Umweltbundesamt hat den Bruttostromverbrauch von 1990 bis 2022 grafisch dargestellt. Tatsächlich hat sich der Verbrauch an elektrischer Energie um 2 Terawattstunden (TWh) gesunken. Eine Terawattstunde sind 1.000.000.000 kWh.

Während 1990 ganze 551 TWh verbraucht wurden, waren es 2022 immer noch 549 TWh. Jedoch stagnierte der Verbrauch nicht über 32 Jahre, sondern stieg bis 2007 (624 TWh) konstant an, ehe diverse Umstellungen auf verbrauchseffiziente Geräte und Leuchtmittel und andere Maßnahmen zu einem Absinken des Verbrauchs führten. Im Kontext, dass seit dem 01.01.2023 mittlerweile 1,01 Millionen Elektrofahrzeuge versorgt werden müssen, ist diese Leistung beeindruckend.

Da Strom als Energieform in einer dekarbonisierten Industrie und Gesellschaft eine immer größere Rolle spielt, hat das Bundeswirtschaftsministerium im Jahr 2021 eine Prognose in Auftrag gegeben. In diesem Papier sollte der prognostizierte Stromverbrauch bis 2030 ermittelt werden. Nachdem im letzten Jahrzehnt durch Energiesparmaßnahmen der Verbrauch an elektrischer Energie nachhaltig und effektiv um mehrere Milliarden Kilowattstunden gesenkt wurde, wird der Verbrauch um einhundert Milliarden Kilowattstunden steigen – von 549 TWh 2022 auf 655 TWh 2030.

Dabei wurde der erhöhte Verbrauch an Strom durch den vermehrten Einbau von Wärmepumpen, den Verbrauch an Strom durch Elektrolyseverfahren zur Wasserstoffproduktion und die Produktion von Batteriekapazitäten berücksichtigt. Auch der verbrauchsstarke Verkehrssektor ist in diese Prognose einberechnet. 

Der Hunger ist also groß und liegt auch über dem Maximalverbrauch Deutschlands im Jahre 2007.

Können Balkonkraftwerke also die Lösung für den steigenden Hunger sein?

Um diese Frage zu beantworten, müssen zunächst die Erwartungen geklärt werden. Wenn du erwartet hast, dass Photovoltaikanlagen auf den Balkonen des Landes ein potenzielles Energieproblem in Gänze lösen, muss ich dich enttäuschen. Wenn deine Erwartung darin liegt, dezentral Strom für den eigenen Haushalt zu produzieren und damit einen großen Teil der verbrauchten Energie selbst herstellen zu können, sieht es schon besser aus. Mit einem Balkonkraftwerk von 800 Watt und einem Wechselrichter von 600 Watt kann ein System 750 kWh pro Jahr erzeugen. Damit würden nahezu alle Singlehaushalte aus unserem Bekanntenkreis mindestens 90 % der gesamten Energie selbst produzieren. Aber auch ein Pärchen kann durchschnittlich die Hälfte der benötigten Energie erzeugen. 

Betrachtet man also das Problem der steigenden Stromverbräuche durch zunehmende Elektrifizierung gesamtheitlich, könnte zumindest eine beachtliche Teilmenge produziert werden. Beispielhaft hierfür: wenn alle Berliner Haushalte eine solche Anlage installieren würden, würde die Hälfte des Stroms produziert werden, dass das Atomkraftwerk Emsland im Jahre 2020 produziert hat. Getreu dem Motto: „Steter Tropfen höhlt den Stein“, können solche dezentralen Maßnahmen also eine effektive Methode sein, um nicht unerhebliche Mengen Strom zu produzieren.

Die dezentrale Stromerzeugung – technische Möglichkeit vs. politischer Wille

Technisch können also schon heute erhebliche Mengen Strom auch durch Mieter von kleinen Wohnungen erzeugt werden. Hinzu kommen die Möglichkeiten von sogenannten Mini-Windkraftanlagen auf den Dächern der bestehenden Häuser. Mit einem kleinen Windkraftrad von einer Leistung von 5kW (einmalige Kosten von 25.000 €) können 10.000 kWh jährlich produziert werden. Dies würde für 3-4 Haushalte von Familienstärke ausreichen. Bei einem Strompreis von 40 Cent pro kWh würde diese Investition sich nach 6,25 Jahren amortisieren. Die technischen Möglichkeiten bestehen und auch wenn die Anschaffungen nicht unerhebliche Kosten produzieren, tragen sich die Systeme sowohl technisch als auch finanziell.  Bei einem Abschreibungszeitraum von 16 Jahren liegt die Ersparnis – oder Rendite bei 40.000 €.

Wie steht es jedoch um den politischen Willen?

Die Antwort ist nicht eindeutig zu beantworten. Zum einen wurden mehrere Förderprogramme von der Politik über die Landesförderbanken aufgelegt. Auf der anderen Seite hat der Gesetzgeber jedoch Hürden aufgebaut, jedoch mindestens bestehende Hürden nicht abgebaut. So müssen Mieter z.B. bei Balkonkraftwerken den Vermieter fragen, auch wenn die Installation keine Beschädigung der Bausubstanz nach sich zieht. Im nächsten Schritt muss Netzbetreiber informiert und überprüft werden, ob der Stromzähler eine Rückwärtssperre besitzt. Nachteil der dezentralen Stromproduktion ohne Stromspeicher ist nämlich, dass Produktionsspitzen, die nicht verbraucht werden, ins Netz eingespeist werden. Dieser Strom wird nach heutigem Stand „verschenkt“ eine Vergütung zu deinen Gunsten erfolgt nicht. 

Was aber den uneindeutigen politischen Willen am besten ausdrückt, sind die bestehende verwaltungsrechtlichen Hürden. Der Netzbetreiber muss die Anlage genehmigen. Deutschlandweit wird sowohl bei kleinen Kraftwerken als auch bei mittleren dezentralen Anlagen (z.B. auf Bauernhöfen) berichtet, dass die Genehmigungen sich teilweise über Jahre hinziehen.

Erneuerbare Energien – Grundlastfähigkeit ade?

Dann steht noch das häufig zitierte Argument der mangelnden Grundlastfähigkeit im Raum. Dieses Argument wird meist zugleich mit dem Begriff der sogenannten Dunkelflaute kombiniert. Also dem Zustand, in dem weder ausreichend Sonne scheint noch Wind weht. Gerade im energieintensiven Winter wäre diese Dunkelflaute fatal, sollte diese sich für einen längeren Zeitraum halten. 

Um auch erneuerbare Energien grundlastfähig zu bauen, gibt es mehrere Optionen: Pumpenspeicherwerke, Großbatterien und Wasserstoffspeicher/Elektrolyseure und eine intelligentere Vernetzung bestehender Systeme.

Nach heutigem Stand der Technik sind Großbatterien für die Menge an Strom, die in Deutschland verbraucht werden eher eine lokale Nische, jedoch zeigt die Schweiz eindrucksvoll, wie man bei erneuerbaren Energien nicht nur an Windkraft denkt, sondern auch an Speicherkapazitäten. Das verhältnismäßig kleine Land speichert in seinen Pumpenspeicherwerken mehrere Terawattstunden. Dabei wird Wasser bei einer hohen Produktion von Energie und wenig Abnahme nach oben gepumpt. Bei Bedarf an Mehrenergie wird das Wasser durch Turbinen mittels Gravitation fallen gelassen, sodass wieder elektrische Energie entsteht. So wird, wie wir im Physikunterricht immer gelernt haben, die potenzielle Energie (Lageenergie) in kinetische Energie (Bewegungsenergie) umgewandelt. 

Ein weiterer sinnvoller Faktor sind Elektrolyseure, die schon heute an Land als Speicher und zu Wasser als System zugebaut werden.  Windparks zu Lande produzieren direkt Strom für das Netz. Wenn die Produktion den Bedarf übersteigt, wird die überschüssige Energie im Elektrolyseur genutzt, um aus Wasser Wasserstoff herzustellen. Dieser Wasserstoff kann bei Bedarf, insbesondere bei Dunkelflauten mittels Brennstoffzelle wieder zu Strom „umgewandelt“ werden. Auf hoher See sollen künftig die deutlich größeren Windparks nicht mehr umständlich an das Stromnetz angeschlossen werden, sondern den Strom direkt für die Elektrolyse genutzt werden. Der so hergestellte grüne Wasserstoff kann in bestehenden Pipelinesystemen zum Verbraucher/der Industrie transportiert werden. 

Demnach sind auch die Probleme der Grundlastfähigkeit durch eine Vielzahl von technischen Maßnahmen zu beheben. 

Die Lotsenfassung

Der Ausstieg aus dem Atomstrom ist in Deutschland seit dem 16.04.2023 abgeschlossen. 

Zwar ist der Stromverbrauch seit 1990 nicht angestiegen, jedoch zeigen offizielle Prognosen, dass durch die fortschreitende Elektrifizierung der Bedarf ansteigen wird. Der Mehrbedarf muss künftig auch ohne Atomstrom und mit Grundlastfähigkeit erzeugt werden können. Tatsächlich zeigt sich, dass eine Vielzahl der Argumente im politischen Diskurs schnell zu widerlegen sind. Sowohl die Kapazitäten sind produzierbar als auch die Grundlastfähigkeit kann durch ein entschlossenes, systematisches Handeln der Politik, Gesellschaft und Wirtschaft gelöst werden. Dabei sind die Optionen gerade im Kleinen von enormer Bedeutung und bergen die Möglichkeit unabhängiger zu werden und eine Menge Geld zu sparen. 

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