06. Okt 2017

Während solarthermische Kraftwerke scheinbar in den letzten Zügen liegen, erobert die normale Photovoltaik weltweit die Energiemärkte. Dennoch sollten wir die konzentrierte Solarkraft noch nicht abschreiben. ©Bild: JR / flickr

ETH Zukunftsblog: Wie steht es um die konzentrierte Solarkraft?

(©JL/ETHZ) Solarthermische Kraftwerke könnten erneuerbare Energien grundlastfähig machen. Bislang steht die Technologie aber im Schatten ihrer grossen Schwester, der Photovoltaik. Ein Blick auf die Kostenentwicklung und Geschichte der konzentrierten Solarkraft lässt neue Hoffnung keimen.


In Sachen Sonnenenergie gibt es zwei Technologien: die konzentrierte Solarkraft (concentrating solar power, CSP) und die Photovoltaik (PV). Noch vor zehn Jahren lagen CSP und PV bezüglich Kosten und installierter Leistung gleichauf. Doch nach dem Hype um das Desertec-Projekt [1] vor etwa fünf Jahren entwickelten sich die beiden Technologien unterschiedlich.

Trauriges Dasein
Während die Kosten für PV förmlich in den Keller rutschten, sanken die Preise für solarthermische Kraftwerke nur langsam. Heute leistet PV über 300’000 Megawatt (MW); CSP-Systeme liefern lediglich 5000 MW. Während die Photovoltaik also die Welt erobert, fristet die konzentrierte Solarkraft ein eher trauriges Dasein.

Eine kontrollierbare Erneuerbare
Der Siegeszug der PV ist beachtlich, führt aber auch zu Problemen. Wie bei der Windkraft ist die mittels PV erzeugte Leistung nicht konstant, sondern wetterabhängig. Wächst der Anteil schwankender Quellen in den Stromnetzen, werden diese instabiler. Besonders in gemässigten Klimazonen kommt es oft zu windstillen Perioden, in denen auch die Sonne kaum scheint. Wenn die Schweiz wochenlang im Hochnebel versinkt, würde eine rein auf PV und Windkraft basierende Energieversorgung versagen – selbst mit Batterien als Zwischenspeicher.

CSP-Anlagen lassen sich mit einem Wärmespeicher verbinden, um die tagsüber mit grossen Spiegeln eingefangene Wärme später zu nutzen. So kann eine Flotte aus mehreren solarthermischen Kraftwerken vollständig regelbaren Solarstrom liefern, auch nachts [2]. Ein solcher Kraftwerkspark könnte dazu beitragen, Windstromschwankungen in den Wüstenländern selbst zu balancieren und auch fernere Regionen wie Europa bei wenig Wind und Sonne mit Strom zu versorgen: CSP ist wohl die einzige erneuerbare Lösung, die dafür genügend regelbare Energie liefern kann.

Lernrate lässt hoffen
Ob CSP kurzfristig überlebt, ist von zwei Faktoren abhängig: Sie muss schneller ausgebaut werden, und die Kosten müssen ausreichend schnell sinken. In einer Studie [3] haben wir die Lernrate der CSP-Technologie bestimmt und festgestellt, dass diese in den letzten fünf Jahren bei über 20 Prozent lag: Jedes Mal, wenn sich die weltweit installierte CSP-Leistung verdoppelte, fielen die Investitionskosten um mehr als 20 Prozent – ein sehr guter Wert, der sogar jenen für PV übertrifft. Das lässt hoffen und zeigt, dass CSP nicht unter einem beschränkten Kostensenkungspotenzial leidet – das Problem liegt vielmehr darin, dass sich diese Technologie nur langsam verbreitet.

Kontinuität senkt Kosten
Die Lernrate erwies sich allerdings als sehr volatil, was die stockende Expansion von CSP widerspiegelt. Als in den Achtzigern in den USA die ersten solarthermischen Kraftwerke gebaut wurden, fielen die Kosten schnell. In den Neunzigern erlag der Ausbau, als das einzige Unternehmen Konkurs ging. Danach gab es fast 20 Jahre lang keine neuen Kraftwerke mehr. Als der Ausbau 2007 in Spanien neu anfing, verdoppelten sich die Kosten, weil neue unerfahrene Firmen auf den Plan traten. Mit zunehmender Erfahrung fingen die Kosten ab 2011 wieder an zu sinken. Doch 2013 strich Spanien die Subventionen, sodass dort keine CSP-Anlagen mehr entstanden. Aber viele spanische CSP-Firmen überlebten, indem sie in andere Märkte wie Marokko und Südafrika zogen. Und die Kosten sanken weiter.

Mittlerweile hat sich das Know-how um CSP global verbreitet. Im Nahen Osten, den USA und China sind neue Firmen entstanden. Der Preiszerfall beschleunigt sich: So wurde kürzlich in Australien ein Vertrag über 60 USD pro Megawattstunde abgeschlossen. Das ist mit neuen Gaskraftwerken konkurrenzfähig und deutlich günstiger als alle vergleichbaren erneuerbaren Optionen (z. B. Windkraft kombiniert mit Batterien) [4].

Kostendruck ist nötig
Wir haben zudem festgestellt: Die Art der Fördermassnahmen wirkt sich stark auf die Kostenentwicklung aus. In allen Ländern ausser Spanien wurde CSP durch Auktionssystemen gefördert, bei denen der jeweils günstigste Anbieter Subventionen zum Bau einer Anlage erhält. Solche Systeme erzeugen starken Wettbewerb und einen hohen Kostendruck – und tatsächlich sind die Preise unter diesen Politiken gesunken.

In Spanien, dem einzigen Land, in dem die Anzahl solarthermischer Kraftwerke von 2007 bis 2012 anstieg, wurde eine Einspeisevergütung genutzt: Alle Anbieter erhielten einen fixen Preis für ihren Strom. Obwohl Einspeisevergütungen im Allgemeinen eine effiziente Massnahme darstellen, hatte das spanische System zwei gewichtige Mängel: Die Vergütung war erstens zu hoch und wurde zweitens nicht zurückgefahren. Deshalb herrschte in Spanien kein Druck auf die Kosten – diese stiegen vielmehr, während die Betreiber noch immer Gewinne abschöpften.

Ein sinnvolles Subventionssystem
Der Schlüssel für sinkende Kosten liegt in der schnelleren Verbreitung. Doch die Politik wird sich zurückhalten solange CSP teurer als andere erneuerbare Energien ist: ein klassisches Huhn-Ei-Problem. Es gilt, den richtigen Mittelweg zu finden zwischen starkem Kostendruck und einer ausreichend hohen Einspeisevergütung – ein Balanceakt: Einerseits müssen die Unternehmen ihre Kosten senken, um wettbewerbsfähig zu bleiben. Andererseits sollten sie ausreichend hohe Vergütungen erhalten, um überhaupt im Geschäft zu bleiben.

Wir konnten zeigen, dass Fördersysteme, die diesen Spagat meistern, schnell die Kostenseite verbessern können. Wenn sich die Länder an diese Grundsätze halten, wird die konzentrierte Solarkraft überleben – und der Welt bleibt diese Waffe im Kampf gegen den Klimawandel erhalten.

Weiterführende Informationen

  • [1] Desertec >> ist ein Planungskonzept für die Produktion von Solarstrom in Wüsten.
  • [2] Pfenninger S, et al. (2014) Potential for concentrating solar power to provide baseload and dispatchable power. Nature Clim. Change 4(8):689-692.
  • [3] Lilliestam J, Labordena M, Patt A, & Pfenninger S (2017) Empirically observed learning rates for concentrating solar power and their responses to regime change. Nature Energy 2:17094.
  • [4] Lacey S (2017) SolarReserve inks deal with South Australia to supply solar thermal power with storage for 6 cents. (Greentechmedia, London).

Text: Johan Lilliestam, Assistenzprofessor für Politik der Erneuerbaren Energien, ETH Zürich, erschienen in ETH Zukunftsblog

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