Photovoltaik und Energiewende Leipziger Studie: Senkrechte Solarpanele machen Stromspeicher teilweise überflüssig

Rund 58 Gigawatt Strom können Solarzellen derzeit in das deutsche Stromnetz maximal einspeisen. Das Problem: Die meisten Photovoltaikmodule sind nach Süden ausgerichtet. Das bedeutet: Ihre Stromproduktion steigt am Morgen langsam an, erreicht am Mittag ihren Höhepunkt und sinkt zum Abend hin wieder ab. Gerade Privatverbraucher nutzen Strom aber meistens in den Morgen- und Abendstunden.

Um diese Abweichung zwischen Verbrauch und Erzeugung auszugleichen setzten viele Energiewendekonzepte bislang vor allem auf Zwischenspeicherung des Stroms in Akkus. Doch es gibt noch eine andere Möglichkeit, wie jetzt eine Studie von Forschenden der Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur (HTWK) in Leipzig zeigt. Senkrecht aufgestellte, zweiseitige PV-Zellen, die sowohl nach Osten als auch nach Westen zeigen, könnten vor allem morgens und abends Strom liefern und den Bedarf nach Speichermöglichkeiten erheblich reduzieren.

Im Fachjournal "Smart Energy" berichten Sophia Reker und Kollegen von den Ergebnissen ihrer Berechnung, wie die deutsche Stromerzeugung verändert werden müsste, um bis zum Jahr 2030 den Ausstoß von CO2 im Vergleich mit dem Jahr 1990 um 80 Prozent zu reduzieren. Das entspricht den Klimaschutzzielen der EU und der Bundesregierung. Demnach müsste einerseits die Stromproduktion mit Windenergie von derzeit 64 Gigawatt auf dann 195 Gigawatt mehr als verdreifacht werden.

Andererseits soll die Leistung von Photovoltaik von derzeit 58 Gigawatt auf dann 400 Gigawatt sogar mehr als verfünffacht werden. Um diesen hohen Zubau zu ermöglichen, setzen viele Konzepte auf sogenannte Agri-Photovoltaik, also die Integration von Solarmodulen auf Feldern, die gleichzeitige Landwirtschaft und Stromernte möglich machen.

Laut der Modellrechnung von Sophia Reker könnten bis 2030 bis zu 10,2 Megatonnen CO2 eingespart werden, wenn 80 Prozent der dann benötigten Solarstromproduktion von senkrecht aufgestellten, zweiseitig nach Osten und Westen ausgerichteten Agri-PV-Modulen kommt. Hierfür wären laut den Forschern keinerlei zusätzliche Stromspeicherkapazitäten notwendig.

Weitere 2,1 Megatonnen ließen sich einsparen, wenn Stromspeicher mit Kapazitäten von etwa einem Terrawatt Leistung vorhanden wären. In diesem Fall wäre ein Anteil von 70 Prozent von senkrechten PV-Modulen optimal, die übrigen 30 könnten weiterhin in der klassischen Südrichtung ausgerichtet bleiben. Eine weitere Stabilisierung des PV-Stroms lässt sich durch einen kleinen Anteil von vertikalen PV-Modulen erreichen, die in Nord-Süd-Richtung aufgestellt sind. Diese könnten in den Wintermonaten bessere Erträge liefern.

"Vertikale Agri-Photovoltaik ist besonders attraktiv, weil sie den Solarertrag in die Stunden mit höherer Stromnachfrage verlagert", schreiben die Autoren im Fazit der Studie. Der Bedarf nach Strom aus anderen Quellen außer Wind und Strom kann laut dem Modell um bis zu 3000 Stunden pro Jahr reduziert werden.