Beitrag unseres Partnerportals „Economist“ - Noch hemmen zwei Probleme die Solar-Revolution - doch es gibt Lösungen

Es ist die Revolution, die fast niemand sieht: Fast überall stehen Solarzellen. Sie machen keinen Lärm, stoßen keine Abgase aus und kosten fast nichts. Sie brechen nahezu alle Prognosen und könnten schon bald die größte Primärenergiequelle der Erde werden. Teil 3 der Serie: „Die Solar-Revolution“.

Solarmodule sind nicht nur schneller billiger geworden als Windenergie, sie sind auch vergleichsweise unauffällig geblieben. Bei der Windenergie bedeutet höhere Effizienz, dass größere Turbinen auf massiveren Masten höher in den Himmel ragen. Solarmodule sind aufgrund ihrer zweidimensionalen Form aus der Ferne viel weniger sichtbar (und außerdem sehr leicht zu transportieren: 300 Stück passen in einen Standard-TEU-Frachtcontainer).

Obwohl die Bedeckung von Ackerflächen mit Solarmodulen mancherorts auf Unmut stößt, sind sie im Großen und Ganzen beliebt: Untersuchungen haben ergeben, dass sie eine höhere „soziale Akzeptanz” genießen als jede andere Form der Energiegewinnung, sei es aus erneuerbaren Energien, fossilen Brennstoffen oder Kernenergie.

Unauffälliger und billiger als Windenergie – doch die Solarkraft hat zwei Haken

Billige Energie, reichlich vorhanden, akzeptabel und am Ort der Erzeugung emissionsfrei – so könnte man meinen, die Klimakrise sei gelöst. Doch die Sache hat einen Haken – eigentlich sogar zwei. Die Verbraucher wollen auch nachts Strom haben. Und die Netze, aus denen sie ihn beziehen, funktionieren nach dem Prinzip der „Merit Order“: Jeder, der zu einem bestimmten Zeitpunkt Strom in das Netz einspeist, erhält den Preis, der für die Versorgung des Marktes mit dem besten Stromangebot erforderlich ist.

Besonders ungünstig wird es, wenn sehr billiger Strom aus Solar- (oder Wind-) Kraftwerken einen großen Anteil an der Stromversorgung hat. Wenn viel Solarstrom im Netz ist, kann der Strompreis mitten am Tag auf null oder darunterfallen. In Spanien, Portugal, Deutschland, Frankreich, Kalifornien und Texas sind die Großhandelspreise für Solarstrom in den letzten Monaten gefallen. Eine ähnliche Entwicklung ist in allen Märkten mit einer hohen Anzahl installierter Solaranlagen zu erwarten, was die potenziellen Gewinne aus weiteren Solarinvestitionen in diesen Märkten begrenzt.

Es gibt jedoch Möglichkeiten, diese Grenzen zu umgehen. Dazu gehören Langstreckenverbindungen, Speichersysteme (insbesondere Batterien), eine steigende Gesamtnachfrage und Innovationen, die immer zu niedrigeren Preisen führen.
Langstreckenverbindungen ermöglichen es, dass sonnigere Orte, die weniger sonnigen mit Strom versorgen. So könnte England mit Strom aus Solarzellen in Marokko versorgt werden und die Abende in Neuengland mit Strom aus den Nachmittagen in Nevada. Solche Verbindungen herzustellen, kostet Zeit und Geld. Aber wenn Strom, der auf der einen Seite reichlich und billig vorhanden ist, auf der anderen Seite zu einem attraktiven Preis angeboten werden kann, sind sie sinnvoll.

Mit zwei Lösungen wird die Solarenergie unaufhaltsam

Batterien und andere Speichertechnologien ermöglichen eine zeitliche statt einer räumlichen Arbitrage; Energie, die zur Mittagszeit erzeugt wird, wenn die Netzpreise niedrig sind, kann verkauft werden, wenn die Sonne untergeht und die Preise höher sind. Hinzu kommt, dass Batterien wie Solarzellen in Massenproduktion hergestellt werden können und Ziel der chinesischen Industriepolitik sind. Damit bewegen sie sich auf einer noch steileren Erfolgskurve als die Solarzellen. Das Rocky Mountain Institute, eine Denkfabrik, hat errechnet, dass die Kosten für eine Kilowattstunde Batteriespeicher in den letzten 30 Jahren um 99 Prozent gesunken sind.
Batterien erhöhen die Nachfrage nach Solarmodulen, indem sie in Märkten, in denen die Preise bereits bei null liegen, einen Investitionsanreiz für neue Solaranlagen bieten.

Beispiel Kalifornien. Dort wurden 2017 bei einer installierten Solarstromleistung von rund 19 GW erstmals sonnenbedingte Negativpreise im Stromnetz festgestellt. Seitdem hat sich die Solarkapazität in Kalifornien mehr als verdoppelt, auch weil das Land inzwischen über 10 GW an Batteriespeichern verfügt; in letzter Zeit gab es Abende, an denen die Batterien die größte Stromquelle im Netz waren. Noch schneller geht es in Texas, wo die Betreiber von Batteriespeichern im Jahr 2023 einen Umsatz von 532 Millionen Dollar erzielen werden.

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Batterien können Strom nicht nur zeitlich, sondern auch räumlich verschieben. Das Lawrence Berkeley National Laboratory schätzt, dass in Amerika 2,6 TW an Erzeugungs- und Speicherkapazität für den Anschluss an das Netz bereitstehen – genug, um die installierte Stromerzeugungskapazität des Landes zu verdoppeln. In dieser Menge ist ein ganzes Terawatt Solarenergie enthalten. SunTrain, an dem Dr. Carlsons Firma Planetary Technologies als Investor beteiligt ist, sieht hier einen Markt für Batterien auf Rädern.

Das Unternehmen plant, Solarparks an Orten, die außer einer nahe gelegenen Eisenbahnlinie wenig zu bieten haben, als Tankstellen zu nutzen, an denen schwere, aber billige, in Güterwagen eingebaute Batterien aufgeladen werden können. Ein Zug mit 100 Waggons, ähnlich denen, die derzeit Kohle von Wisconsin nach Osten transportieren, könnte 3 Gigawattstunden an die Nutzer liefern. Dr. Carlson beschreibt, wie dem Chef eines Energieversorgungsunternehmens die Kinnlade herunterfiel, als er vorschlug, dass SunTrain statt jahrzehntelanger Planungsschlachten für den Bau einer Hochspannungsleitung den Stromimportbedarf des Unternehmens mit ein paar Zügen pro Tag decken könnte.

Solar-Wachstum von sonnenarmen (aber reichen) Ländern vorangetrieben

Für diejenigen, die von dieser scheinbar abwegigen Art, von billigem Strom zu profitieren, nicht überzeugt sind, gibt es einen weitaus erprobteren und bewährteren Weg. Es gehört zu der Ironie der Solarenergie, dass ein Großteil ihres Wachstums von relativ sonnenarmen Ländern, vor allem in Nordeuropa, vorangetrieben wurde, wo die Nachfrage nach zusätzlicher Energie gering war. Im globalen Süden gibt es viel ungenutztes Land, einen besseren Zugang zur Sonne und eine viel größere ungedeckte Nachfrage.

Adani Green Energy, einer der größten Solarentwickler der Welt, hat die Rechte für den Bau von Solarparks auf zwei riesigen Flächen in Indien erworben, eine in Gujarat nahe der pakistanischen Grenze, die andere in Rajasthan. Jeder dieser Parks ist groß genug, um etwa 30 GW an Solarmodulen unterzubringen, sagt Sagar Adani, der Chef des Unternehmens und Neffe des Gründers der größeren Adani-Gruppe, Gautam Adani. Bei dieser Größe würden sie mehr als zwei Drittel der Kapazität bieten, die Deutschland in den letzten 25 Jahren installiert hat, und da Indien viel mehr Sonne hat, werden sie in einem Jahr mehr Energie produzieren als alle deutschen Zellen zusammen. Laut Adani installiert das Unternehmen jährlich rund 5 GW Solarstrom in Indien.

Die Entwicklung der Solarenergie in Indien wird laut Adani von zwei Faktoren vorangetrieben: Energiesicherheit und Staatsfinanzen. „Indien importiert Gas für Treibstoff, Transport und Düngemittel. Es importiert auch Öl.” Dies seien die Hauptgründe für das Leistungsbilanzdefizit. „Wenn die Ukraine angegriffen wird, bricht Indiens Energieversorgung zusammen... Es kann nicht sein, dass 1,4 Milliarden Menschen in ihrer Energieversorgung von geopolitischen Faktoren abhängig sind.”

Das indische Kalkül mit der Sonne

Nicht, dass Herr Adani etwas dagegen hätte, die Geopolitik zu seinem Vorteil zu nutzen, wenn sich die Gelegenheit bietet. Sein Unternehmen ist sowohl Betreiber als auch Hersteller von Solarmodulen. Adani Green Energy kauft fast alle Anlagen, die es in Indien installiert, in China oder bei Firmen in Ostasien, die mit der chinesischen Lieferkette verbunden sind. Das Unternehmen exportiert etwa 90 % seiner selbst hergestellten Module in die USA, die über das chinesische PV-Angebot besorgt sind, und zwar zu Preisen, die um 10-15 % über den Preisen liegen, die das Unternehmen für seine Importe zahlt. Wenn Herr Adani seine Produktion ausweitet und seine Kosten senkt, wird er in der Lage sein, selbst hergestellte Module zu installieren, wenn es ihm zusagt, und chinesische Module, wenn es ihm nicht zusagt.

Adanis Hauptmotiv für Indiens Einstieg in die Solarenergie ist nicht die Dekarbonisierung. Indien will mehr Energie aus vielen Quellen; es baut sowohl Kohlekraftwerke und Windparks (an beiden ist die Adani-Gruppe beteiligt) als auch Solarparks. Klimaskeptiker argumentieren, dass es besser wäre, nur Solar- und Windparks zu bauen.

Es gibt Berechnungen, nach denen die Kapitalkosten für die Erzeugung von Solarenergie heute niedriger sind als die Brennstoffkosten eines vollständig amortisierten Kohlekraftwerks. Diese Berechnungen berücksichtigen jedoch nicht immer die höheren Kapitalkosten in einem Land, in dem solche Projekte noch nicht leicht zu finanzieren sind, insbesondere wenn man kein Adani ist. Sie berücksichtigen auch nicht die politischen Probleme, die sich aus der Schließung einer Kohleindustrie mit Millionen von Arbeitsplätzen ergeben.

Sogar ärmere Länder setzen auf Photovoltaik

Wie in Indien ist dies auch in vielen anderen Ländern mit mittlerem Einkommen der Fall. Ohne strikte politische Maßnahmen zur Reduzierung der Kohlendioxidemissionen könnte die Solarenergie die Stromerzeugungskapazität in gleichem oder sogar größerem Umfang erhöhen, als sie bestehende Kraftwerke ersetzt. Und ohne strikte politische Maßnahmen wird es sich bei der bestehenden oder potenziellen Kapazität, die sie ersetzt, häufig um saubere oder sauberere und relativ teure Kohle und nicht um billige und schmutzige Kohle handeln. Es ist durchaus vorstellbar, dass es bald Länder geben wird, die ihre Energie nur noch aus Solarenergie und Kohle beziehen.

Es ist auch vorstellbar, dass arme Länder, insbesondere in Subsahara-Afrika, schnell und in großem Umfang auf Solarenergie umsteigen. Kleine Solaranlagen sind auf dem Kontinent bereits weit verbreitet. Ein Hindernis für eine breitere Einführung ist die Finanzierung. „Diese Projekte erfordern eine Vorfinanzierung”, sagt Jehangir Vevaina von Brookfield, einem der größten Solarentwickler der Welt. „Investoren müssen darauf vertrauen können, dass Verträge eingehalten werden.”

Mangelndes Vertrauen aufgrund politischer Instabilität führt dazu, dass Investoren hohe Zinsen für die Finanzierung afrikanischer Solarprojekte verlangen, was die Kosten über die Rentabilitätsschwelle treibt, obwohl die Module so billig sind wie nie zuvor. Ein weiteres Problem ist der desolate Zustand der Stromnetze auf dem Kontinent.

Das bedeutet, dass das Wachstum der Solarenergie in Subsahara-Afrika vorerst stärker netzunabhängig sein wird als in anderen Regionen. Netzunabhängiger Strom konkurriert vor allem mit dem viel teureren Dieselstrom. Solarstrom mit Batterien sollte in der Lage sein, viele Dieselgeneratoren zu ersetzen und den Markt für neue Generatoren sehr schnell zu reduzieren.

Auch Elektrofahrzeuge werden günstiger als Verbrenner

Ein Faktor wird die Verbreitung von Elektrofahrzeugen sein: ein wichtiger Faktor in weiten Teilen der Welt, aber vielleicht ein besonders entscheidender Faktor in Afrika. Elektrofahrzeuge können billiger sein als Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor. Ihre Batterien bieten Speicherkapazität als Teil des Kaufpreises. Und wenn sie mit lokalen erneuerbaren Energien betrieben werden, reduzieren sie den Import fossiler Brennstoffe drastisch. Diese Logik hat Äthiopien dazu veranlasst, den Import von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor zu verbieten. Während in Äthiopien erneuerbare Energie hauptsächlich aus Wasserkraft gewonnen wird und das Netz, das diese Energie liefert, unzuverlässig ist, wird Energie in weiten Teilen des Kontinents durch Solarenergie erzeugt und ist oftmals überhaupt nicht an ein Netz angeschlossen.

Afrika hat derzeit den niedrigsten Pro-Kopf-Stromverbrauch aller Kontinente; 600 Millionen Menschen in Subsahara-Afrika haben überhaupt keinen Zugang zu Elektrizität. Um den durchschnittlichen Pro-Kopf-Stromverbrauch des Kontinents auf das Niveau Indiens zu heben, das mehr als doppelt so hoch ist, wären 2 TW an neuen Solaranlagen nötig. Vor zehn Jahren wäre dies undenkbar gewesen. Bei den heutigen Preisen wird es plausibel. In zehn Jahren wird das wahrscheinlich der Fall sein, und die Ansprüche werden gestiegen sein. Die Nachfrage wird steigen, die kumulierte Kapazität wird wachsen und die Preise werden fallen.

Der Zugang zu Energie für Milliarden von Menschen in den Entwicklungsländern stellt einen enormen Nachfragedruck dar. Allein der ungedeckte Bedarf an Klimatisierung liegt im Terawatt-Bereich und wird mit zunehmender Bevölkerung und steigenden Temperaturen weiter zunehmen.

Lohnt ein günstiger Umzug zu den PV-Parks?

Aber billigere Solarenergie wird auch Innovationen anregen, die die Nachfrage nach Strom überall weiter erhöhen. William Jevons, ein Ökonom aus dem 19. Jahrhundert, wies darauf hin, dass die Menschen mehr Energie verbrauchen, wenn sie billiger wird. Wenn diese Energie große unkalkulierbare externe Effekte hat, wie es bei fossilen Brennstoffen der Fall ist, kann der Jevons'sche „Rebound-Effekt” zu Umweltproblemen führen, auch wenn er wirtschaftliche Vorteile bringt. Wenn die einzigen nennenswerten Energiekosten die Kosten für den Transport zu einem Ort mit Netzanschluss sind – oder, wenn der Verbraucher bereit ist, in die Nähe zu ziehen, auch ohne diese Kosten – wird die Situation wesentlich weniger problematisch.

SunTrain ist ein Beispiel für diese Denkweise. Ein weiteres Beispiel ist Terraform Industries, ein von Casey Handmer im Jahr 2021 gegründetes Unternehmen, das „grünen Wasserstoff” herstellt. Grüner Wasserstoff wird erzeugt, indem Elektrolyseure, die Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff spalten, mit erneuerbarer Energie betrieben werden. Adani geht davon aus, dass ein großer Teil der Solarproduktion seines Unternehmens in Indien auf diese Weise genutzt wird, um Indiens Abhängigkeit von Erdgasimporten zu verringern.

Auch grüner Wasserstoff wird als Möglichkeit angepriesen, Energie über längere Zeiträume zu speichern als Batterien. Doch die Kosten für die notwendigen Elektrolyseure machen ihn teuer. Adani sagt: „Indien ist bereits an einem Punkt angelangt, an dem die Kosten für grünen Wasserstoff dem Zehn-Jahres-Durchschnitt für importiertes LNG [Flüssigerdgas] entsprechen”, aber nicht alle stimmen ihm zu – und selbst wenn, ist Flüssigerdgas eine teure Energieform.

Dr. Handmer, der früher am Jet Propulsion Laboratory in Pasadena tätig war, ist der Ansicht, dass dieser Ansatz auf wirtschaftlichen Annahmen beruht, die nicht mehr zutreffen. Man ist davon ausgegangen, dass es für Elektrolyseure sinnvoll ist, möglichst viel der eingespeisten elektrischen Energie in Wasserstoff umzuwandeln, da Strom etwas kostet. Die Technologien, die diese Wasserstoffausbeute verbessern – Elektroden aus Platingruppenmetallen, hohe Druckverhältnisse und Temperaturen, ausgeklügelte Membranen, Wärmetauscher – machen die Elektrolyseure teuer. Das bedeutet, dass sie möglichst rund um die Uhr betrieben werden müssen, damit sich das in sie investierte Kapital amortisiert.

Solarkraft hilft, um günstig Wasserstoff herzustellen

Was wäre, wenn man stattdessen einen Elektrolyseur ohne Schnickschnack herstellen würde, der 60 % mehr Strom verbraucht, um eine Einheit Wasserstoff zu erzeugen, aber viel weniger Kapitalkosten verursacht? Und dann stellt man ihn direkt neben die einfachste Art von Solaranlage, die man sich vorstellen kann – eine, die Gleichstrom (DC) liefert, wie ihn die Photovoltaik erzeugt und Elektrolyseure nutzen, und die daher keine Wechselrichter benötigt, die die meisten Systeme verwenden, um Strom als Wechselstrom (AC) ins Netz einzuspeisen. Sie benötigen möglicherweise viel mehr Strom, um eine Einheit Wasserstoff zu produzieren, als es bei aufwendigen Elektrolyseursystemen der Fall ist. Aber mit sehr billigem Strom und enormen Einsparungen bei den Investitionskosten können Sie immer noch die Nase vorn haben.

Terraform berichtet, dass ein nach diesem Prinzip gebauter kostengünstiger Elektrolyseur/Solar-Demonstrationsgerät, Wasserstoff zu einem Preis von fast 1 $ pro kg produziert. Das ist der Preis, den Wasserstoff laut Analysten erreichen muss, um mit fossilen Brennstoffen konkurrieren zu können. Dass sich die Anlage gut für Entwicklungsmärkte eignet, ist kein Zufall. Handmer glaubt, dass die Menschen in der Lage sein sollten, „überall auf der Erde Solarzellen auf den Boden zu legen und ein paar Geräte anzuschließen“, um so viel Wasserstoff zu produzieren, wie sie brauchen.

Wenn man sich vorstellt, dass Energie wirklich im Überfluss vorhanden ist und zumindest zu bestimmten Zeiten und an bestimmten Orten praktisch kostenlos zur Verfügung steht, ergeben sich für alle möglichen Probleme bahnbrechende Lösungen. Eine Möglichkeit, die Ausbreitung von über die Luft übertragenen Krankheiten drastisch zu reduzieren, besteht darin, die Luft in Gebäuden weltweit schneller zu lüften und zu erneuern. Wenn Energie teuer ist, ist das nicht machbar. Aber was wäre, wenn ...? Eine Möglichkeit, Kohlendioxid aus der Atmosphäre zu entfernen, besteht darin, bestimmte Gesteinsarten zu feinem Staub zu zermahlen und über den Ozeanen zu verteilen. Wenn man bedenkt, dass dies in einer Größenordnung von Milliarden Tonnen pro Jahr geschehen muss, ist auch hier der Energiebedarf enorm. Und noch einmal: Was wäre, wenn ...?

Energie ist nicht der einzige Kostenfaktor; jedes Projekt in diesem Bereich könnte scheitern. Aber dass der menschliche Einfallsreichtum nützliche Dinge findet, die mit einem besseren Zugang zu Energie zu tun haben, ist eine der deutlichsten Botschaften der letzten 200 Jahre. Wenn die realen Energiekosten in der gesamten Weltwirtschaft drastisch sinken und der Zugang zu Energie sich verbessert, dann ist eine Entscheidung gegen das große Ganze eine Entscheidung gegen die Innovationsmotoren des Kapitalismus. Das ist keine Option, zu der die Geschichte ermutigt.

Dieser Artikel erschien zuerst im Economist unter dem Titel „Sun Machines“ und wurde von Andrea Schleipen übersetzt.