Wann wo die Sonne scheint und Strom erzeugt: 100 prozent erneuerbar stiftung untersucht Solarstrahlung in Deutschland in raumzeitlicher Perspektive

Die Entwicklung der Photovoltaik verlief in den vergangenen Jahren rasant.  Etwa zwei Drittel der mittlerweile installierten Leistung wurde erst in den vergangenen drei Jahren zugebaut.  Es zeichnet sich immer deutlicher ab, dass neben der Windenergie die Photovoltaik sich zunehmend als tragende Säule der Energiewende etabliert. Und die Potenziale sind  bei weitem noch nicht erschöpft. Doch der Zubau verteilt sich räumlich nicht gleichmäßig. Höhere Solarstrahlungsintensitäten und der regulatorische Förderrahmen begünstigen die Installation im Süden. Auch wenn im vergangenen Jahr neben Bayern und Baden-Württemberg die Bundesländer Brandenburg, Niedersachsen und Nordrhein-Westfalen hohe Kapazitätszuwächse verzeichneten, befinden sich nach wie vor  43 Prozent der Photovoltaik-Kapazitäten in den beiden südlichen Bundesländern.
Mit der wachsenden energiewirtschaftlichen Bedeutung stellt sich die Frage nach der räumlichen Effizienz. Welche Regionen gleichen beispielsweise eine geringe Einstrahlung in den südlichen Regionen aus? Und welchen Beitrag können schwächere Standorte generell leisten?
Um diesen Fragen nachzugehen, hat die 100 prozent erneuerbar stiftung im Anschluss an die im vergangenen Jahr vorgenommenen Winddatenanalyse  die Solarstrahlungswerte von 27 Standorten vorgenommen. Die Datenbasis bildet die gemessene horizontale Globalstrahlung als stündliches Integral der Strahlungsleistung, die an insgesamt 34 Stationen des Deutschen Wetterdienstes zwischen 2007 und 2009 aufgezeichnet wurden.
Stichwort Beständigkeit: Hohes Dargebot geht mit höherer Fluktuation einher
Die Untersuchung bestätigt die bereits vorliegenden Auswertungen zur räumlichen Verteilung des mittleren jährlichen Globalstrahlungsaufkommens in Deutschland: Generell liegen die Standorte mit dem höchsten Dargebot in Süddeutschland. Allerdings gibt es auch im Norden und vor allem Nordosten einige Standorte, die vergleichsweise hohe jährliche Globalstrahlungswerte vorweisen. Ein hohes natürliches Dargebot bedeutet jedoch nicht gleichzeitig ein stabileres Dargebotsprofil. Die höhere Fluktuation dargebotsstarker Standorte zeichnet sich nicht nur in einer höheren Standardabweichung ab, sondern spiegelt sich auch in einer höheren Anzahl an hohen zwischenstündlichen Schwankungen (> 500 kJ/m²) wider. Die im Norden gelegenen Standorte mit der geringsten Fluktuation erreichen hier nur einen Anteil von 50 bis 60 Prozent der hohen zwischenstündlichen Schwankungen der volatilsten Standorte. Diese befinden sich wiederum ausnahmslos im Süden  (Fürstenzell, Garmisch-Partenkirchen und Weiden; etwa 2.800 bis 3.100 Sprünge).

 

 

 

Tabelle: Standorte mit der geringsten Fluktuation (2007 bis 2009)

 

Stichwort Ausgleich: räumliche Entfernung zählt
In Deutschland ergeben sich trotz der hohen Gleichzeitigkeit der Solarstrahlung (nahezu gleichzeitiger Sonnenaufgang, -höchststand und -untergang) acht Regionen, die ein ähnliches Solarstrahlungsprofil aufweisen. Eine nach Jahreszeiten differenzierte Betrachtung ergibt zudem Verschiebungen hinsichtlich der regionalen Verteilung der Strahlungsprofile zwischen Sommer- und Winterhalbjahr, die vor allem in der südlichen Landeshälfte auftreten (vgl. 1a und b). Mit den jahreszeitlichen Wechsel wandeln sich ebenfalls die Muster interregionaler Ausgleichspotenziale.  Eine Analyse, welche Regionen ein schwaches Solarstrahlungsdargebot in den südlichen Regionen ausgleichen, die bereits eine hohe installierte Photovoltaik-Leistung aufweisen, verdeutlicht dies:
• Für die energiewirtschaftlich bedeutsameren Sommerhalbjahre gilt, dass neben dem äußersten Südosten und Süden Bayerns die nördlichen und östlichen Regionen bei schwächeren Einstrahlungsbedingungen in den Regionen „Bayern“ und „Südwesten“ die höchsten Ausgleichspotenziale aufweisen.
• In den Winterhalbjahren gleicht die westliche am häufigsten die östliche Südhälfte aus und umgekehrt.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
Mit der räumlichen Entfernung zwischen den untersuchten Stationen wächst im Allgemeinen auch das Ausgleichspotenzial, was wiederum in höherem Maß für das Sommerhalbjahr zutrifft.  Dies belegen sowohl eine Korrelationsanalyse zwischen den einzelnen Stationen als auch ein interstationärer Vergleich des relativen Strahlungsdargebotes für die Winter- und Sommerhalbjahre (für das Beispiel „Lahr“ vgl. Abb. 3a und b). Für die relative Betrachtung wurden die Stundenintegrale der einzelnen Stationen ins Verhältnis zum Durchschnittswert aller Stationen gesetzt. Insgesamt  scheint es sinnvoll, Erzeugungsschwerpunkte im Südwesten, Süden  bzw. im Südosten um Standorte im Nordosten, Norden bzw.  Nordwesten zu ergänzen.

Schwächere Standorte von systemischer Bedeutung
Die Ergebnisse der Untersuchung untermauern die systemische Bedeutung derjenigen Standorte, die ein vergleichsweise niedriges Globalstrahlungsaufkommen verzeichnen. Diese besitzen in der Regel nicht nur ein stabileres Dargebot, sondern verfügen gerade im Sommerhalbjahr auch durch ihre nördliche Lage über ein hohes Ausgleichspotenzial zu den Erzeugungsschwerpunkten im Süden. Die Devise „alle Kapazitäten an die besten Standorte“ mag aus betriebswirtschaftlicher Sicht sinnvoll sein, sie ist aber aus systemischer Sicht äußerst fragwürdig. Eine Integration von Elementen der räumliche Steuerung in den regulatorischen Rahmen – zumindest für Photovoltaik-Großanlagen – könnte mittelfristig die Erschließung systemisch gewünschter Effekte begünstigen.

Die komplette Studie finden Sie hier.