by H Wirth · Cited by 254 — Auf der Kostenseite betragen die ku- mulierten Differenzkosten der Einspeisevergütung für PV-Strom bis einschließlich 2020 ca.
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Fakten zur PV.docx 16.12.21 1 (100) Aktuelle Fakten zur Photovoltaik in Deutschland Aktuelle Fassung abrufbar unter www.pv -fakten.de Zusammengestellt von Dr. Harry Wirth Bereichsleiter Photovoltai k Module und Kraftwerke Fraunhofer ISE Kontakt : Sophia Judith Bächle Presse und Public Relations Telefon: +49 (0) 7 61 / 45 88 – 5215 Fraunhofer -Institut für Solare Energiesysteme ISE Heidenhofstraße 2 79110 Freiburg info @ise.fraunhofer.de Zitierhinweis: Aktuelle Fakten zur Photovoltaik in Deutschland , Harry Wirth, Fraunhofer ISE, Download von www.pv -fakten.de , Fassung vom 16.12 .2021
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Fakten zur PV.docx 16.12.21 2 (100) Inhalt 1. Wozu dieser Leitfaden? . 5 2. Erreichen wir die Zubauziele? 5 3. Liefert PV relevante Beiträge zur Stromversorgung? .. 6 4. Ist PV -Strom zu teuer? 7 4.1 Stromgestehungskosten .. 8 4.2 Einspeisevergütung . 10 4.3 Preisbildung an der Strombörse und der Merit Order Effekt . 12 4.4 Ermittlung der Differenzkosten 14 4.5 Privilegi erte Ver braucher .. 15 4.6 EEG-Umlage .. 15 5. Subventionen und Strompreise . 17 5.1 Wird PV -Strom subventioniert? 17 5.2 Wird die fossile und nukleare Stromerzeugung subventioniert? 17 5.2.1 Fossile Energieträ ger . 18 5.2.2 Kernkraft 19 5.3 Subventionieren Mieter gut situierte Hauseigentümer? .. 19 5.4 Verteuert PV -Stromerzeugung den Strom für Privathaushalte? .. 20 5.5 Verteuert PV den Strom für die Industrie? . 21 6. Exportieren wir massiv PV -Strom ins europäische Ausland? .. 22 7. Können kleine PV -Anlagen attraktive Renditen bringen? . 22 8. Erzeugt die PV -Branche nur Arbeitsplätze in Asien? . 24 9. Welche Fördermittel fließen in die PV -Forschung? 26 10. Überlastet PV -Strom unser Energiesystem? .. 27 10.1 Übertragung und Verteilung .. 27 10.2 Volatilität 29 10.2.1 Solarstrom -Produktion ist planba r 29 10.2.2 Spitzenproduktion deutlich kleiner als installierte PV -Leistung 30 10.2.3 Sonn en- und Windstrom ergänzen sich . 30 10.3 Abregelbarkeit 32 10.4 Konflikte mit trägen fossilen und nuklearen Kraftwerken . 32
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Fakten zur PV.docx 16.12.21 3 (100) 10.5 Gefährdet volatiler Solarstrom die Versorgungssicherheit? .. 34 10.6 Muss der PV -Ausbau auf Speicher warten? .. 34 11. Gibt es in Deutschland genügend Flächen für PV? 35 12. Zerstören PV -Anlagen ökologisch wertvolle Flächen? 38 13. Finden PV -Kraftwerke Akzeptanz in der Bevölkerung? . 39 14. Arbeiten PV -Anlagen in Deutschland effizient? . 40 14.1 Degradieren PV -Module? . 42 14.2 Verschmutzen PV -Module? . 43 14.3 Arbeiten PV -Anlagen selten unter Volllast? . 43 15. Liefert PV relevante Beiträge zum Klimaschutz? 46 15.1 Gefährdet der anthropogene CO 2-Ausstoß das globale Klima? 46 15.2 Liefert PV relevante Beiträge zur Senkung des CO 2-Ausstoßes? .. 48 15.3 Verschlingt die Produktion von PV -Modulen mehr Energie als diese im Betrieb liefern können? .. 51 15.4 Entstehen bei der Produktion von PV weitere klimaschädliche Gase? . 52 16. Wie beeinflussen PV -Module den lokalen und globalen W ärmeha ushalt? 52 17. Ersetzen PV -Anlagen fossile und nukleare Kraftwerke? 53 18. Können wir einen wesentlichen Teil unseres Energieb edarfs durch PV -Strom decken? 54 18.1 Ausgangspunkt: Energiebedarf und Energieangebot . 54 18.2 Energieszenarien 56 18.3 Transformationsschritte 61 18.3.1 Verstetigung der PV -Stromerzeugung 61 18.3.2 Komp lementärbetrieb von Kraftwerken 62 18.3.3 Erhöhung der Energieeffizienz .. 63 18.3.4 Lastmanageme nt . 65 18.3.5 Ausgewogener Zubau von PV – und Windkraftkapazitäten .. 66 18.3.6 Kraft -Wärme -Kopplung 67 18.3.7 Energiespeicherung . 67 18.3.8 Netzausbau . 73 18.3.9 Energieträgerimport 75 18.3.10 Übersicht . 75 18.4 Muss die Energiewende auf die Bundespolitik warten? .. 77 19. Brauchen wir eine PV -Produktion in Deutschland ? .. 78 20. Braucht es ein Erneuerbare -Energien -Gesetz (EEG)? 78 21. Enthalten PV -Module giftige Substanzen? 79
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Fakten zur PV.docx 16.12.21 4 (100) 21.1 Waferbasierte Module 79 21.2 Dünnschicht -Module 79 21.3 Solarglas . 80 21.4 Rücknahme und Recycling 80 22. Sind Rohstoffe zur PV -Produktion ausreichend verfügbar? 81 22.1 Waferbasierte Module 81 22.2 Dünnschicht -Module 81 23. Erhöhen PV -Anlagen das Brandrisiko? . 81 23.1 Können defekte PV -Anlagen einen Brand auslösen? .. 81 23.2 Gefährden PV -Anlagen die Feuerwehrleute? .. 82 23.3 Behindern PV -Module den direkten Löschangriff über das Dach? . 83 23.4 Entstehen beim Brand von PV -Modulen giftige Immissionen? . 83 24. Anhang: Fachbegriffe . 84 24.1 EEG-Umlage .. 84 24.2 Modulwirkungsgrad 85 24.3 Nennleistung eines PV -Kraftwerks . 85 24.4 Spezifischer Ertrag 85 24.5 Systemwirkungsgrad .. 86 24.6 Performance Ratio . 86 24.7 Grundlast, Mittellast, Spitzenlast, Netzlast und Residuallast . 86 24.8 Stromerzeugung und -verbrauch . 87 25. Anhang: Umrechnungstabellen [EEBW] .. 88 26. Anhang: Abkür zungen 89 27. Anhang: Quellen 89 28. Anhang: Abbildungen . 97
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Fakten zur PV.docx 16.12.21 5 (100) 1. Wozu dieser Leitfaden? Deutschland lä sst das fossil -nukleare Energi ezeitalter hi nter sich . Photovoltaik (PV) wird in unserer nachhaltigen Energiez ukunft eine zentrale Rolle spielen. Die vorliegende Zusam- menstellung aktueller Fakten, Zahlen und Erkenntnisse soll eine gesamtheitliche Bewer- tung des Photovoltaik -Ausbaus in De utschland u nterstützen. 2. Erreichen wir die Zubau ziel e? Das gesetzlich festgelegte Ziel f ür den PV-Zubau von ca. 4,6 GW [EEG2021 ] wurde im Jahr 2021 leicht übertroffen , die Ziel e der Energiewende bleiben in weiter Ferne . Mit dem im Juni 2021 verabschiedet en Klimaschutzgesetz steuert Deutschland Klimaneut- ralität bis zum Jahr 2045 an. Für den Sektor Energiewirtschaft wird ein früheres Zieljahr erwartet, weil hier die Transformationskosten geringer ausfallen , allerdings fehlen noch politische Vorgaben. Um unse ren gesamten Energiebedarf aus Erneuerbaren Energien ( EE) zu de cken , ist ein massiver Ausbau der installierten PV -Leistung notwendig, neben einer Reihe weiterer Maßnahmen. Abbildung 1 zeigt die benötigte PV -Leistung gemäß eine r Aus wahl vo n Studien und Szenarien aus dem Jahr 2021 ([ISE12], [ISI], [DIW], [ARIA], [BDI], [ESYS], [Prog] , [IEE] , [HTW2] ). Abbildung 1: PV -Ausbau zum Erreichen der Klimaneutralität im Sektor Energiewirtschaft , Studien benannt na ch ausführender Institution und Szenario Die Szenarien treffen unterschiedliche Annahmen zu Randbedingungen, bspw. für Ener- gieimporte, Effizienzsteigerungen und Akzeptanz. Auf Basis der mit dem
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Fakten zur PV.docx 16.12.21 6 (100) Energiesystemmodell REMod gerechneten Szenarien [ISE12] ersch eint eine Größenord- nung von 300 bis 450 GW p installierte PV -Leistung plausibel. Nehmen wir uns für diesen PV-Ausbau Zeit bis 2040, so müssen jährlich im Mittel 13 Œ 21 GWp PV neu gebaut werden (Abbildung 2). Zu nehmend müssen auch A ltanlagen ersetzt werden. Diese Ersatzinstalla- tionen fallen derzeit noch wenig ins Gewicht, sie steigen jedoch im voll ausgebauten Zu- stand bei einer angenommenen Nutzungsdauer von gut 30 Jahren auf ca. 10 Œ 15 GWp pro Jahr . Abbildung 2: Netto -PV-Zubau : Istwerte bis 2021, Zielwerte für gleichmäßigen Ausbau auf 300 bzw. 450 GW P bis 2040 und auf 200 GW bis 2030 laut Koalitionsvertrag 2021 In den Jahren 2013 Œ 2018 wurden im Mittel nur 1,9 GW p/a installiert [BMWi1], 202 1 waren ca. 5,3 GWp [SPE ]. Das EEG 2021 vom Dezember 2020 hatte das Ausbauziel für 2030 auf 100 GW p PV gesetzt , entsprechend einem mittleren Zubau von knapp 5 GW p pro Jahr. Der Koalitionsvertrag vom November 2021 nimmt Kurs auf 200 GW bis 2030, entsprechend knapp 16 GW mittlerem jährliche m Zubau ab 2022. 3. Liefert PV relevante Beiträge zur Stromversorgung ? Ja. Im Jahr 2021 deckte die PV mit einer Stromerzeugung von 51 TWh [BDEW 3] 9,1 % des Bru ttostromverbrauchs in Deutschland , alle Erneuerbaren Energien (EE) kamen zusammen auf 42 % (vorläufige Zahlen, Abbildung 3). Der Bru ttostromverbrauch schließt Netz -, Spei- cher – und Eigenverbrauchs verluste ein (Abschnitt 24.8 ). An sonnigen Tagen kann PV-Strom zeitweise über zwei Drittel unseres momentanen Stromverbrauchs decken . Ende 2021 waren in Deutschland PV -Module mit einer Nennleistung von 59 GW installiert [ISE4 ], verteilt auf über 2 Mio. Anlagen [BSW 1].
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Fakten zur PV.docx 16.12.21 8 (100) Diskussion. In den letzten Jahren wurde PV z unehmend systemrelevant, womit neue Kos- tenarten in das Blickfeld rücken. Neben den reinen Erzeugungskosten für Strom aus EE geht es um den Aufbau netzdienlicher Speicher – und Wandlerkapazitäten (E -Mobilität und stationäre Batterien, Wärmepumpen und Wärmesp eicher, Power -To-X, flexible Gas- kraftwerke, Pumpspeicher) . Diese Kosten w erden nicht durch den PV -Ausbau verursacht, sie gehen Œ ebenso wie der PV -Ausbau selbst – auf das Konto der Energiewende. Verur- sacher der Kosten für die Energiewende ist die Gesamthei t der Energieverbraucher, für die eine nachhaltige Energieversorgung gesc haffen werden muss. Ohne die Kosten einer unterlassenen Energiewende zu kennen, fällt es schwer, die Kosten der Wende zu bewer- ten. 4.1 Stromgestehungskosten Die Stromgestehungskosten eines PV -Kraftwerks bezeichnen das Verhältnis aus Gesamt- kosten (•) und elektrischer Energieproduktion (kWh), beides bezogen auf seine wirtschaft- liche Nutzungsdauer. Die Höhe der Gesamt kosten für PV -Kraftwerke wird v.a. bestimmt durch: 1. Anschaffungsinvestitio nen für Bau und In stallation der Anlagen 2. Finanzierungsbedingungen (Eigenkapitalrendite , Zinsen, Laufzeiten ) 3. Betriebskosten während der Nutzungszeit (Versicherung , Wartung, Reparatur) 4. Rückbaukosten Die Investitionskosten sind der dominierende Kostenanteil von PV -Kraftwerke n. Der Preis der PV -Module ist nur noch für ca. ein Drittel der Investitionskosten verantwortlich, bei großen PV -Freiflächenanlagen (PV -FFA) liegt der Anteil höher als bei kleinen Dachanlagen . Die Historie zeigt, dass d ie Preisentwicklung für PV-Module ein er sogenann ten —Preis -Erfahrungskurvefi folgt, d.h. bei Verdopplung der kumulierten Produktion sinken die Preise um einen konstanten Prozentsatz. Abbildung 4 stellt di e inflationsbereinigten Welt- markt -Preise. Seit dem Jahr 2010 sind die Preise für PV -Module um 90 % gesunken. Auf lange Sicht wird erwartet, dass die Modulp reise [•/W P] entsprechend dieser Gesetz- mäßigkeit weiter sinken, sofern weiterhin große Anstrengungen bei der Weiterentwick- lung der Produkte und Herstellprozesse geleistet werden. Preise für PV -Kraftwerke fielen seit 2006 dank technologischen Fortschritt s, Ska-len – und Lern effekte n um über 75 %. Abbildung 5 zeigt die Preisentwi cklung für Auf- dachanlagen von 10 bis 100 kWp Nennleistung in Deutschland . Die jährlichen Betriebs- kosten eines PV -Kraftwerks liegen mit ca. 1 -2 % der Investitionskost en vergleichsweise niedrig, auch die Finanzierungskosten sind aufgrund des aktuell niedrigen Zinsniveaus günstig.
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Fakten zur PV.docx 16.12.21 9 (100) Abbildung 4: Historische Entwic klung der Preise für PV -Module (PSE AG/Fraunhofer ISE, Daten- quelle: Strategies U nlimited/Navigant Consulting /EuPD ). Die Gerade zeigt den Trend der Preis- entwicklung. Abbildung 5: Entwicklung des d urchschnittliche n Endkundenpreis es (Systempreis, netto) für fer- tig installierte Aufdachanlagen von 10 Œ 100 kWp [ISE10] , Daten BSW -Solar Neue MW -Kraftwerke produzieren PV-Strom zu Kosten von 3 Œ 5,5 ct/kWh, bei kleinen Dachanlagen liegt die Spanne im Bere ich von 6 Œ 11,5 ct/kWh [ISE1], [EUPD1]. Diese Kos- tenschätzungen gehen immer davon aus, dass der volatile Str om auch vollständig abge- nommen wird. Langfristig ist mit weiter sinkenden Stromgestehungskosten zu rechnen. Ältere PV -Kraftwerke produzieren aufgru nd der früher sehr hohen Investitionskosten
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Fakten zur PV.docx 16.12.21 10 (100) deutlich teurer. Einen Orientierungswert für die Entwicklung der Stromgestehungskosten aus neuen PV -Freiflächenanlagen liefern die Ausschreibungen der Bundesnetzagentur (folgender Abschnitt). 4.2 Einspeisevergütung Die Energiewende erfordert massive Investitionen in regenerative Erzeugungskapazitäten für Sonnen – und Winds trom. Damit ein Investor heute ein PV -Kraftwerk baut, benötigt er eine Abnahmegarantie über die wirtschaftliche Nutzungsdauer de s Kraftwerks zu einer festen Vergütung . Ansonsten wird er seine Investition aufschieben, weil die bisherige Ent- wicklung weitere Kostenreduktionen bei PV -Kraftwerken erwarten lässt (Deflationsef- fekt) . Da alle PV -Kraftwerke weitgehend zeitgleich Strom produz ieren, wäre der teurere Strom aus dem älteren Kraftwerk in Zukunft nicht mehr konkurrenzfähig. Den Ausbau in Erwartung niedriger er Preise zu verschieben, wäre in Anbetracht des fort- schreitenden Klimawandels nicht nur zynisch , sondern würde darüber hinaus die Dynamik der Kostensenkung verlangsamen. Grundlage für den Ausbau der PV bildeten die ver- schiedenen Fassungen des EEG seit dem Jahr 2000. Das [EEG2021] versucht, den PV -Ausbau gleichzeitig zu fördern und zu behin dern: PV-Anlagen dürfen auf Ackerland nur in 200-m-Korridoren entlang von Bundesautob- ahnen und Schienenwegen errichtet werden die Größe von PV -Freiflächenanlagen ist auf 20 MW begrenzt die Leistu ng von PV -Anlagen muss entweder auf 7 0 % ihrer Nennleistung gedrosselt werden oder durch den Netzbetreiber abregelbar sein Eigenverbrauch aus PV -Anlagen wird oberhalb einer Bagatellgrenze (ca. 30 kW Anla- gen -Nennleistung) mit einer Abgabe von 4 0 % der aktue llen EEG-Umlage belegt (Ab- schnitt 4.6 ) Anlagen erhalten nur bis zu einer Nennleistung von 100 kW eine feste Einspeisever- gütung ; für Anlagen mit einer Nennleistung von 100 Œ 750 kW besteht die Pflicht zu r Direktvermarktung mit weiteren Einschränkungen neue Anlagen mit einer Nennleistung von 750 kW bis 20 MW sind zu r Teilnahme an Ausschreibungen verpflichtet und dürfen nicht zur Eigenversorgung beitragen ; das jährliche Ausschreibungsvolumen ist eng begrenz t Die Einspeisevergütung für kleine Dachanlagen, die im Januar 2022 in Betrieb gehen, beträgt abhängig von der Anlagengröße bis zu 6,83 ct/kWh für 20 Jahre . Die Ausschrei- bungsrunde der Bundesnetz agentur zum Gebotstermin 1. Februar 2018 hat den bisher nied rigsten mittleren Zuschlagswert von 4,33 ct/kWh ermittelt , der niedrigste Einzelzu- schlag mit 3,55 ct/kWh stammt aus dem Februar 2020 . Seit Einführung des EEG im Jahr 2000 ist die Vergütung für PV -Strom aus neuen Kraftwerken um ca. 85 Œ 90 % gesunken (Abbildung 6). Die durchschnittlic he Festv ergütung für PV -Strom ist bis zum Jahr 20 21 auf voraussichtlich 22,8 ct/kWh gesunken (Quelle: statista) .
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Fakten zur PV.docx 16.12.21 11 (100) Abbildung 6: EEG-Vergütung für PV-Strom na ch dem Datum der Inbetriebnahme des Kraftwerks , mittlere Vergütung in den Ausschreibungen der Bundesnetzagentur , Strompreise , Marktwert So- larstrom, Daten aus [BMWi1], [BDEW6] , [NETZ] International wurde PV -Strom an Standorten mit hoher Solarstrahlung bere its zu Tiefst- preisen bis zu 1,12 •ct/kWh (Auktio n in Portugal ) angeboten. Für das geplante Atom- kraftwerk —Hinkley Cfi, das im Jahr 202 5 in Großbritannien in Betrieb gehen soll, wurde eine Einspeisevergütung von umgerechnet 12 ct/kWh zuzüglich Inflationsausgleich über die Dauer von 35 Ja hren zugesagt . Der Eigenstrom -Nutzer kann nicht die volle Differenz zwischen seinem Brutto strompreis (für Bezug aus dem Netz ) und der EEG -Vergütung (als Schätzgröße für seine Stromgeste- hungskosten) als —Gewinnfi betrachten. Zum eine n steigert der Eigenverbr auch die Fix- kosten pro extern bezogener Kilowatt stunde. Wenn die gleichen Anschlusskosten auf eine geringere Strombezugsmenge verteilt werden , verteuert sich der Strombezug (ct/kWh). Auch ist zu beachten, dass bei Stromentnahme aus einer PV -Anlage für den Eigenverbrauch Steuern und Abgaben anfallen können , abhängig von der steu erlichen Einordnung der Anlage . Eigenverbrauch aus Anlagen größer 30 kWp, die ab 2021 in Be- trieb gehen, wird mit einem Teil der EEG -Umlage belastet. Ab dem Ja hr 2021 werden die jeweil s ältesten Anlagen nach und nach aus der EEG -Ver- gütung ausscheiden, weil die 20 -jährige Bindungsfrist ausläuft. Sie werden aber noch wei- ter Strom liefern, dessen Gestehungskosten wegen niedriger Betriebskosten und fehlen- der Brennst offkosten (—Grenzkostenfi) alle anderen fossilen oder erneuerbaren Quellen unterbietet .
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