Energiewende ist ein Begriff, der eine nachhaltige Nutzung von umweltfreundlichen Energieträgern bezeichnet. Dazu gehören Wind- und Wasserkraft sowie Solarenergie. Zwar steigt die Nachfrage nach diesen Formen der Energienutzung, doch es fehlen noch notwendige Speichermöglichkeiten für den erzeugten Strom. Auch die effiziente Nutzung von Eigenstrom muss sich einigen Herausforderungen stellen.
Was ist Eigenstrom, und welche Chancen und Probleme bringt er mit sich?
Update 20.12.2022: Änderungen zur Einspeisung im EEG 2023. Unten stehende Informationen können abweichen, da sich das EEG für 2023 (u.a. zur Volleinspeisung) ändern wird.
Als Eigenstrom wird jener Strom bezeichnet, der durch Photovoltaikanlagen (PV-Anlagen) auf dem eigenen Haus erzeugt wird. Allerdings kann ein Überschuss, der aus der Eigenstromerzeugung resultiert, auch in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden. Dafür erhalten die Betreiber der PV-Anlage eine sogenannte Einspeisevergütung. Da PV-Anlagen immer preisgünstiger werden, sinken aber auch die sogenannten Stromgestehungskosten für diesen Ökostrom.
Das sind jene Kosten, die mit der Stromerzeugung direkt verbunden sind. Im Vergleich dazu sind die Einspeisevergütungen jedoch geringer. Die Einspeisevergütung hat sich in den vergangenen Jahren aus diesem Grund deutlich verringert. Zwar hat die deutsche Bundesregierung die Richtsätze für diese Vergütung im Rahmen der Novellierung des Erneuerbare-Energie-Gesetzes (EEG) erhöht, doch die Erhöhung lohnt sich derzeit nur für kleinere Anlagen. Wirtschaftlicher ist dagegen die Nutzung des Eigenstroms im eigenen Haushalt.
Ca. 30% des eigenen Strombedarfs können Solaranlagen erzeugen
Die Menge des Eigenstroms, der selbst im Haushalt verbraucht wird, macht jedoch nur einen Bruchteil des gesamten Strombedarfs aus. Im Durchschnitt erzeugen Solaranlagen rund 30 Prozent des Strombedarfs. Sie werden damit nicht voll ausgenutzt. Aus diesem Grund müssen PV-Anlagen in Zukunft effizienter arbeiten und leistungsfähiger werden. Darüber hinaus muss auch der Eigenstromverbrauch optimiert werden. Das ist sowohl eine technische als auch eine wirtschaftliche Herausforderung, die es zu lösen gilt.
Wird mit einer PV-Anlage oder einer Anlage für die Erzeugung von Ökostrom mehr Strom erzeugt, als verbraucht wird, ist es auch sinnvoll, den überschüssigen Ökostrom zu speichern. Daraus ergibt sich ein weiteres Problem. Die Speichertechnologie für elektrischen Strom ist noch nicht effizient. Außerdem gibt es noch ein fiskalpolitisches Problem. Der Strom, der aus einem Stromspeicher stammt, wird teilweise mehrfach besteuert.
Verweis / Update intern: Zahlen hin oder her. Wo stehen wir heute? Erneuerbare Energien in Deutschland – eine Zwischenbilanz.
Wie schafft man eine effiziente Energienutzung?
Bei einer PV-Anlage oder einer Ökostromanlage gelangt der erzeugte Strom vorerst in das eigene Hausnetz. Dieser Strom wird von den angeschlossenen Geräten wie Haushaltsgeräten, Beleuchtungssystemen oder der Heizung für den Betrieb verwendet. Erzeugt die PV-Anlage mehr Strom, als im Hausnetz verbraucht wird, spricht man von einem Überschuss. Dieser wird in den meisten Fällen in das öffentliche Stromnetz eingespeist. Haushalte, die mehr Strom verbrauchen, als sie selbst erzeugen, müssen hingegen teuren Strom der Energienetzbetreiber zukaufen.
Allerdings liefern beim Ökostrom Solaranlagen und Photovoltaikanlagen keine konstanten Strommengen. Diese sind von der Tageszeit abhängig und auch von der Intensität der Sonneneinstrahlung. Auch wird nachts kein Strom erzeugt. Der während dieser Zeit verbrauchte Strom wird dann wiederum aus dem öffentlichen Stromnetz bezogen, sofern die Anlage nicht mit einem Stromspeicher verbunden ist.
Zusatz: Hier kannst du gut sehen, wie es sich mit der Sonneneinstrahlung verhält.
Durch die steigenden Preise für Energie und die proportional dazu sinkenden Einspeisevergütungen rechnet sich das System für viele Haushalte daher noch nicht. Deshalb ist es sinnvoll, möglichst viel Eigenstrom zu verbrauchen oder zu speichern. Aus diesem Grund sind für eine effiziente Energienutzung neue Strategien zu entwickeln.
Energiewende bedeutet auch Stromverbrauch möglichst wirtschaftlich gestalten
Diese Strategien können darin bestehen, den eigenen Stromverbrauch möglichst wirtschaftlich zu gestalten. Das kann gelingen, wenn elektrische Haushaltsgeräte dann verwendet werden, wenn gerade viel Eigenstrom erzeugt wird. Ergänzend dazu kann man auch eine Heizungsanlage mit dem Eigenstrom versorgen. Diese Strategien erhöhen den Verbrauch des Eigenstroms auf bis zu 50 Prozent.
Eine weitere Strategie stellen effiziente Stromspeicher dar. Mit ihrer Hilfe kann der Eigenstromverbrauch sogar auf bis zu 100 Prozent erhöht werden. Diese Speicheranlagen speichern den Strom, der in Spitzenzeiten produziert wird. In Zeiten, in denen kein Strom erzeugt wird, kann man dann auf den gespeicherten Strom zugreifen.
Heute stehen für die Stromspeicherung unterschiedliche Speichermedien zur Verfügung. Dazu gehören elektrochemische Speicher wie Blei-Akkus oder Lithium-Ionen-Batterien. Das Problem dieser Speicher liegt aber in ihrer Beschaffenheit. Lithium-Ionenzellen führen im Brandfall zu Problemen bei der Brandbekämpfung. Feuerwehren sind für diese Einsätze noch nicht vollständig ausgerüstet. Aus diesem Grund versucht man bereits, Lithium-Ionen-Akkus durch neue Varianten zu ersetzen. Ein Beispiel dafür sind Akkus, die aus Silizium und Eisenphosphat bestehen.
Auch Batterien aus Schwefel werden derzeit diskutiert und entwickelt. Der Vorteil dieser Natrium-Schwefel-Akkus ist, dass sie ohne Kobalt und Silizium auskommen. Beide Rohstoffe werden durch die derzeit steigende Nachfrage immer teurer.
Elektrische Speicher hingegen fungieren in den meisten Fällen als Kurzzeitspeicher. Sie geben also die gespeicherte Energie relativ rasch ab und können beliebig oft nachgeladen werden. Allerdings ist auch bei diesen Speichern die Technik noch nicht ausgereift. Forscher arbeiten derzeit an elektrischen Speichern in Form von supraleitenden magnetischen Energiespeichern. Sie sollen langfristig mit den derzeit vorhandenen Blei-Akkus konkurrieren können und auch kostengünstiger sein.
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Probleme hinsichtlich Rohstoffkosten für PV-Anlagen
PV-Anlagen und Solaranlagen benötigen als Rohstoff in erster Linie Silizium. Dieser Rohstoff dient dabei in veredelter Form als Halbleiterelement und ist für die Umwandlung des einfallenden Sonnenlichts in Strom verantwortlich. Bei Silizium handelt es sich zwar um keinen Rohstoff, dem Knappheit droht, doch steigen die Rohstoffkosten aufgrund der starken Nachfrage. Der Grund dafür liegt nicht in der vorhandenen Menge, sondern in der notwendigen Qualität. Silizium wird aus Quarzsand hergestellt, den es reichlich gibt. Allerdings muss Silizium, das als Halbleiterelement in Solarpaneelen dienen soll, einen hohen Reinheitsgrad aufweisen.
Dieser liegt bei 99,9999 Prozent. Das heißt, dass dieses Silizium bei einer Million Atomen nur maximal ein fremdes Atom enthalten darf. Möglichst reines Silizium als wertvoller Rohstoff ist nur in wenigen Ländern der Welt vorhanden. Vor allem China ist bei der Gewinnung dieser Rohstoffe Spitzenreiter. Das Land verfügt über 60 Prozent der qualitativ hochwertigen Siliziumvorkommen, gefolgt von den USA und Brasilien. Damit dominieren diese Länder bei diesem Rohstoff den Weltmarkt. Heute werden nach wie vor über 90 Prozent aller Solarzellen aus Silizium erzeugt.
Aus der Energiewende verlagern sich Rostoffe-Knappheit in die Zukunft
Außerdem benötigen PV-Anlagen auch Silber für ihre Herstellung. Silber ist im Gegensatz zu Silizium nicht so reichlich vorhanden, was langfristig zu einem Problem werden könnte. Ferner steigen mittlerweile auch die Preise für Lithium, das für die Herstellung von Lithium-Ionen-Akkus wichtig ist.
Forscher arbeiten nun nicht nur an neuen Batterien und Akkus, die ohne diese Rohstoffe auskommen. Auch für die Herstellung von Solarmodulen benötigt man eine Reihe von kritischen Rohstoffen wie Silizium. Als Lösung präsentierten Wissenschaftler des Imperial College in London die sogenannten Perowskit-Solarzellen. Sie bestehen aus neuen metallhaltigen Materialien. Das sind Eisenverbindungen, die von Kohlenstoffringen umgeben sind. Diese Materialien werden als Ferrocene bezeichnet. Sie verleihen den Solarzellen ihre Stabilität. Solarzellen, die aus Ferrocenen hergestellt werden, sind sehr leicht und dünn und gleichzeitig flexibel einsetzbar.
Bemerkung: Solltest du über Ökogas nachdenken, auch hier gibt es einige Herausforderungen bei der Erzeugung.
Fazit Energiewende ist ein Prozess, keine Antwort
Die Energiewende ist noch immer mit einigen Problemen verbunden. Diese liegen vorwiegend im technischen Bereich. Das betrifft sowohl die Energiespeicher als auch die Produktion von Solarzellen. Zugleich müssen aber auch politische Lösungen gefunden werden, um den Umstieg auf Ökostrom und Eigenstrom attraktiver zu machen. Wenn Technik, Wirtschaft und Politik an einem Strang ziehen, können diese Probleme gelöst werden.
