Was liegt näher, als Photovoltaik- und Windkraftanlagen zu Hybridkraftwerken zu kombinieren, deren Produktion sich gegenseitig ergänzt? Bild: pvXchange.com

Übersicht der nach Technologie unterschiedenen Preispunkte im Oktober 2022 inklusive der Veränderungen zum Vormonat (Stand 21.10.2022) Bild: pvXchange.com

pvXchange.com: Versorgungssicherheit durch Integration kleiner Windkraftanlagen – ein Plädoyer für die Kombination von Photovoltaik und Windkraft

(MS) Die Stabilität und Zuverlässigkeit der Energieversorgung ist in diesen Zeiten ein beherrschendes Thema in der Politik und in der Öffentlichkeit. Noch wird den regenerativen Energien keine tragende Säule unseres Energiesystems zugetraut. Zwar sind sich alle einig, dass wir innerhalb der nächsten Jahrzehnte die Transformation zu einer CO2-freien Energieversorgung schaffen müssen, allein über den Weg dahin wird noch leidlich gestritten. Solar- und Windkraft seien zu unstet und unkalkulierbar, um auf ihnen eine einhundertprozentige Versorgungssicherheit aufzubauen – Speichertechnologien müssen her. Und weil elektrochemische Energiespeicher viel zu teuer und ohnehin niemals leistungsfähig genug sein werden, träumen viele noch von einem wasserstoffbasierten Energiesystem der Zukunft oder gar von einem Durchbruch in der Kernfusionsforschung. Doch auch dabei gibt es noch viele möglicherweise unüberwindbare Hürden.


Nach allgemein anerkanntem Stand ist die Nutzung von Solarenergie, speziell der Photovoltaik, heute schon die preiswerteste aller Energieerzeugungsmethoden. Knapp dahinter – manchmal auch davor, je nachdem welche Studie man betrachtet – liegt die Nutzung der Windkraft, aber immer noch weit vor allen anderen fossilen und atomaren Energieträgern. Beide Erzeugungsmethoden für sich gesehen haben aber einen grossen Nachteil, der von Gegnern der Erneuerbaren gerne als Killerargument missbraucht wird: das Energieaufkommen ist der Witterung unterworfen und daher nicht gut planbar, schon gar nicht steuerbar. Kombiniert man die Technologien jeweils mit Energiespeichern, lassen sich diese Nachteile zwar etwas abschwächen, die Erzeugungskosten steigen dadurch aber überproportional, je länger die zu überbrückende Zeitspanne und je grösser die damit verbundene Batteriekapazität wird. Eine dieser Technologien für sich genommen kann unser Versorgungsproblem also nicht lösen.

Sonne und Wind ergänzen sich sehr gut
Betrachtet man aber das zeitlich und witterungsabhängig verteilte Energieaufkommen beider Erzeugungsformen fällt auf, dass dieses sich bei Sonne und Wind zumindest an westeuropäischen Binnenstandorten oft ziemlich gut ergänzt. Vereinfacht lässt sich feststellen: tagsüber gibt es Sonne und Wind, in der Nacht nur den Wind, im Sommer überwiegt die Sonnenenergie, im Winter die Windenergie. Was liegt also näher, als Photovoltaik- und Windkraftanlagen zu Hybridkraftwerken zu kombinieren?

Hybridkraftwerke sind wesentlich konstanter
In Grosskraftwerksdimensionen ist ein Zusammenführen beider Technologien beinahe schon ein alter Hut und es gibt reichlich Referenzdaten, die den Erfolg dieser Kombination bescheinigen. Schon ohne integrierten Energiespeicher erzielt man am Anlagenstandort eine deutliche Entlastung der Netze gegenüber einer gleichen Kraftwerkskapazität mit nur einer Technologie, da das Hybridkraftwerk in der Lage ist, wesentlich konstanter Strom ins Netz einzuspeisen. Ein Batteriespeicher verstärkt diesen positiven Effekt noch weiter. Liefern die Erzeugungsanlagen mehr Energie als gerade benötigt wird, kann diese zwischengespeichert werden, um Phasen mit geringer Einspeisung zu überbrücken. Zusätzlich kann der Betreiber mit dem Batteriespeicher Regelenergie bereitstellen, auch dies ist ein wichtiger Beitrag zur Netzstabilität.

Auch mittlere bis kleine Installationen
Aber kann man das, was in Grossanlagen bereits hervorragend funktioniert, auch auf mittlere bis kleine Installationen zur Deckung des Energiebedarfs einzelner Verbraucher und Betreiber übertragen?
Technisch gesehen ist diese Frage mit einem klaren Ja zu beantworten. Vorab sei festgehalten, dass wir hier nur den Leistungsbereich deutlich unter 500 Kilowatt betrachten wollen, um den Genehmigungs- und Errichtungsaufwand überschaubar zu halten. Nur solche Anlagen, die eine Gesamthöhe von 50 Metern nicht überschreiten, gelten noch als Kleinwindenergieanlagen. Zwar gelten diese in Deutschland als so genannte bauliche Anlagen im Sinne der jeweiligen Landesbauordnungen (LBO) und bedürfen in der Regel einer Baugenehmigung, diese kann aber prinzipiell an jedem geeigneten Standort ausserhalb von Wohnsiedlungen erteilt werden. Man ist nicht an Windvorranggebiete beziehungsweise Windkraft-Konzentrationszonen gebunden oder oft langwierigen naturschutz- und immissionsschutzrechtlichen Verfahren unterworfen. Ganz ohne fachliche Begleitung sollten sich Neueinsteiger dennoch nicht in ein Windkraftprojekt begeben.

Verfahrensfreie, genehmigungsfreie und baugenehmigungspflichtige Verfahren
Am Anfang steht eine mehr oder weniger umfangreiche Standortanalyse zur Ermittlung der effektiven mittleren Jahreswindgeschwindigkeit, um die grundsätzliche Wirtschaftlichkeit sicherzustellen. Dabei geht es um die geografische Fixierung, Bauhöhe, Hauptwindrichtung, Bewuchs und Bebauung am Standort, um nur einige der Einflussfaktoren zu nennen. Eignet sich der gewählte Standort, ist Art und Umfang des behördlichen Bauantragsverfahrens zu prüfen. Grund dafür ist, dass man drei verschiedene Verfahren bei der Kleinwindenergie unterscheidet: verfahrensfreie, genehmigungsfreie und baugenehmigungspflichtige Verfahren. Alle diese drei Verfahren haben teils erhebliche Unterschiede und sind daher auch vom Kosten- und Zeitaufwand sehr unterschiedlich. Es lohnt sich daher vor Baubeginn in jedem Fall zunächst einmal sehr genau zu untersuchen, welche dieser drei Varianten für die avisierte Kleinwindenergieanlage einschlägig ist.

2200 bis 2500 Euro pro Kilowatt installierter Leistung
Kommen wir noch zu den Kosten. Wo liegen denn überhaupt die mittleren Errichtungs- und vor allem die Erzeugungskosten, gerechnet auf 20 Jahre Betriebsdauer an verschiedenen Standorten? Kleinere und mittlelgrosse Windkraftanlagen arbeiten meist getriebelos mit Synchrongeneratoren, zur Leistungsbegrenzung ist eine Pitch-Technik Pflicht! Die Kosten liegen heute bei 2200 bis 2500 Euro pro Kilowatt installierter Leistung. Diese Kosten sind aber nicht mit den Kosten einer Photovoltaikanlage zu vergleichen, da hier in der Regel eine wesentlich höhere Jahresvolllaststundenzahl und entsprechend eine höhere Energieausbeute erreicht wird und zwar um den Faktor 1.5 bis 2. Für die Angabe der Stromgestehungskosten betrachten wir einmal zwei Anlagengrössen, die für einen kleineren Betrieb oder aber für die Landwirtschaft interessant sein dürften. Eine Windkraftanlage mit 20 Kilowatt kann an einem Binnenstandort Energie zu einem Tarif von 0.07 bis 0.14 Euro pro Kilowattstunde erzeugen, an einem Küstenstandort zu etwa 0.05 bis 0.09 Euro. Steigern wir die Leistung auf 100 Kilowatt, sinken die Erzeugungskosten nochmals um bis zu 20 Prozent. Im Hinblick auf die verbesserte Kontinuität und Stabilität der Energieversorgung für den Betreiber ein durchaus lohnendes Modell.

Preise für Solarmodule sind fast gleich geblieben
Wie sich die Preise für kleine bis mittlere Windkraftanlagen entwickelt haben und noch entwickeln werden, das müsste im Hinblick auf die ebenfalls hohe Abhängigkeit von chinesischen Herstellern noch näher betrachtet werden. Leider gibt es auch in dieser Branche nur noch wenige europäische Anbieter. Die Preise für Solarmodule sind gegenüber dem letzten Monat jedenfalls beinahe gleich geblieben. Zwar zeigen die Kurven bei Mainstream- und bei Low-Cost-Modulen etwas nach oben, die Preise hocheffizienter Module bleiben aber stabil. Dies liegt vor allem daran, dass das Angebot für Module mit geringerer Leistung immer knapper wird, die Verfügbarkeit von Produkten mit Wirkungsgraden von 21 Prozent und höher dafür immer besser - die Grenzen sind ohnehin fliessend. Grössere Sonderposten in den Bereichen Minderleistungs- oder Gebrauchtmodule sind auf dem freien Markt kaum noch zu finden, was die Preiserhebung zunehmend erschwert. Gegen Jahresende dürfte sich die Situation aber wieder etwas umkehren, wenn Lieferanten und Hersteller sich von Lagerbeständen trennen und insbesondere Module mit geringeren Leistungsklassen abstossen wollen. Ins neue Jahr starten viele Produzenten mit neuen Produktlinien. Höhere Leistungen und teilweise auch schon wieder neue Modulmasse erwarten uns im ersten Quartal 2023.

Text: Martin Schachinger, pvXchange.com und Volkmar Tetzlaff, tev-consulting.de 

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