Die Solarstromproduktion mittels Photovoltaik (PV) wächst rasant und wird zu einem ernstzunehmenden Player der Energieproduktion (2022: 3.02 TWh, 5,5% der Nettostromerzeugung der Schweiz, Quelle: energy-charts.info). Mit zunehmender Bedeutung müssen wir uns überlegen, wie die PV-Produktion optimal netzdienlich eingesetzt und der Verbrauch entsprechend angepasst werden kann.
Der Tagesverlauf der Solarstromproduktion hat einen ganz typischen Tagesverlauf mit einer ausgeprägten Spitze um die Mittagszeit. Dies hängt direkt mit der Sonneneinstrahlung zusammen.
Abbildung: Tageszeitlicher Strahlungseintrag bei Südausrichtung – Parameter: März, UTC Zeit, 35 Grad Neigung, Clear-Sky, Luzern, Orientierung: 0 Grad – Süd, 14:00 UTC: 603 W/m2. Quelle: https://re.jrc.ec.europa.eu/pvg_tools/en/
Neben Produktionsfluktuationen wegen bedecktem Himmel und verminderte Einstrahlung im Winter, ist diese Tages-Charakteristik eine der Herausforderungen der PV-Produktion, da die Stromproduktion und der Verbrauch zeitlich nicht übereinstimmen und daher Speichertechnologien notwendig werden.
Bei Recherchen zum Bericht “Dreamteam Wasserkraft und Solarstrom“, in welchem Thomas Nordmann und ich aufzeigen, wie man Solarenergie elegant mit Speicherseen koppeln kann, vergleichen wir in einem 1/4-Stundenraster die Solarstromproduktion eines 3 GW PV-Zubaus mit der Stromproduktion unserer Speicherseen. Das hat mir wieder einmal bewusst gemacht, wie wichtig es ist, unsere PV-Produktion in Zukunft besser zu staffeln. Das Beitragsbild zeigt einen Ausschnitt dieses Vergleichs, Informationen dazu finden sich im oben erwähnten Bericht im Anhang unter “Berechnung Rückhaltepotential”.
Eine der Massnahmen zur besseren zeitlichen Staffelung besteht darin, PV-Module nicht nur nach Süden, sondern vermehrt auch nach Osten oder Westen auszurichten. Bedingt durch die Sonneneinstrahlung haben diese eine zeitlich versetzte Leistungsspitze, wie folgendes Bild zeigt.
Abbildung: Täglicher Strahlungseintrag bei Westausrichtung – Parameter: März, Lokale Zeit, 35 Grad Neigung, Orientierung: 90 Grad – West
14:00 UTC: 744 W/m2. Quelle: https://re.jrc.ec.europa.eu/pvg_tools/en/
In diesem konkreten Beispiel aus dem März hat die nach Westen ausgerichtete PV-Anlage um 14:00 Uhr (UTC) tatsächlich eine höhere Einstrahlung als die südliche Ausgerichtete Anlage. Man findet aber auch Beispiele, in denen südlich ausgerichtete PV zur gleichen Zeit trotzdem eine höhere Einstrahlung hat. Und natürlich ist der tägliche Gesamtertrag der südlich ausgerichteten PV schlussendlich höher. – Auf den ersten Blick mindert dies die Wirkung einer West-Ausrichtung.
Trotzdem macht eine solche Diversifikation der Ausrichtung Sinn. Einerseits, weil die hohen Mittagspitzen im Energiesystem oft gar nicht ausgenutzt werden können (und “abgeregelt” werden müssen), und weil mit einer Ost- oder Westausrichtung zusätzliche Flächen für PV-Anlagen erschlossen werden, die gar keine Südausrichtung zulassen! Dies trifft insbesondere auch auf vertikale PV an Hausfassaden zu.
Ebenfalls wichtige Varianten:
– bifaziale, vertikale PV-Module: Diese können sowohl die direkte Einstrahlung auf der Vorderseite als auch indirektes Licht auf der Rückseite zur Stromerzeugung nutzen. Damit kann mit vertikalen PV-Anlagen eine bessere Verteilung der Tagesproduktion und eine höhere Ausbeute erreicht werden.
– Alpine PV-Produktion: Diese hilft wegen der verbesserten Stromproduktion im Winter (weniger Nebeltage, Schneereflexionen, besserer Wirkungsgrad bei tiefen Temperaturen), die im Mittelland im Winter eher bescheidene Produktion auszugleichen.
Jahreszeitliche Unterschiede der PV-Stromproduktion im Mitteland und den Alpen, Quelle: Dreamteam Wasserkraft und Solarstrom.
Mit zunehmender PV-Produktion muss auch der Stromverbrauch mit steuerungstechnischen Massnahmen aus der Nacht in den Tag verschoben werden. Beispiele für mögliche Massnahmen:
– Elektrospeicherheizungen und Wärmepumpen werden heute bewusst in der Nacht betrieben, um die Band-Energie der Kernkraftwerke zu nutzen. Darauf kann in Zukunft verzichtet werden.
– Elektroboiler werden heute teilweise über Mittag abgeschaltet. Dies kann man an sonnenreichen Tagen aufheben.
Auf in eine diverse Solarstrom- und Wasserkraft-Welt!
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