Solarenergie

Der Artikel in dieser Quelle stammt aus einer Diskussion auf der Online-Wissensaustauschplattform Quora und wurde daher nicht formell geprüft oder in einer wissenschaftlichen Zeitschrift oder einem Bericht veröffentlicht. Er wurde jedoch häufig in Forbes und der New York Times zitiert, erwähnt und nachgedruckt, und der Autor bezeichnet ihn als ersten Fall, in dem eine Solarenergielösung für den weltweiten Energiebedarf vorgeschlagen und die Umsetzbarkeit, Praxistauglichkeit und Zahlen einer ‘Sahara-Lösung’ betrachtet wurden. Der Autor, ein Experte aus Wissenschaft und Industrie, hat sie gründlich kritisiert und verteidigt, und Kolleginnen und Kollegen aus Wissenschaft und Industrie haben sie informell unterstützt. Teile des Vorschlags und die zugrunde liegenden Berechnungen können als hypothetische ‘Überschlagsrechnungen’ oder als Grundlage für echte Lösungsszenarien in der realen Welt gelten und werden in beiden Zusammenhängen diskutiert, dienen hier aber als anschauliche Schätzung.

Besonders wichtig ist, dass die Schätzung auf dem gesamten Energieverbrauch basiert und eine vollständige Elektrifizierung aller Energieanwendungen annimmt, einschließlich Wärme, Verkehr und Industrieprozessen. Die Möglichkeit, diese Anwendungen direkt zu elektrifizieren, ist unterschiedlich und manchmal unpraktisch oder unmöglich (wobei einige mit grünem Wasserstoff aus solarbetriebener Elektrolyse versorgt werden könnten). Eine (KI-erstellte) zusammengefasste Schätzung geht davon aus, dass ~60-70 % des weltweiten Energiebedarfs mit heutigen und kurzfristig verfügbaren Technologien realistisch elektrifiziert werden könnten, auf Grundlage sektorspezifischer Erkenntnisse von McKinsey, IRENA und den globalen Energieausblicken der IEA ^A,B,C, wobei praktische Herausforderungen anerkannt werden. Die benötigte Fläche eines Solarparks in der Sahara, um den heutigen weltweiten Strombedarf zu decken, wäre deutlich kleiner.

Die geschätzten benötigten 1,2 % der Sahara wurden auf 1,5 % angepasst, um den jüngsten Anstieg des weltweiten Energiebedarfs zu berücksichtigen (etwa 19,6 TW im Jahr 2023 ^D,E).

Mehrere Studien haben das weltweite Potenzial von Solar-Photovoltaik auf Dächern modelliert, kommen aber zu unterschiedlichen Ergebnissen. Eine Studie ^[19] schätzt, dass die gesamte für PV geeignete Dachfläche 27 PWh pro Jahr erzeugen könnte und damit den damaligen weltweiten Strombedarf im Jahr 2018 übertreffen würde. Wegen geografischer und saisonaler Unterschiede bei der Sonneneinstrahlung und damit beim PV-Potenzial ist der Beitrag regionaler Dachflächen zu diesem Gesamtpotenzial nicht gleichmäßig, d. h. die Kapazität einer Region kann deutlich unter ihrem Bedarf liegen, während die Kapazität einer anderen Region den Bedarf übersteigen und überproportional zur weltweiten Versorgung beitragen kann. Die Autoren schätzen, dass mindestens 50 % der weltweiten Dachflächen nötig wären, um den über alle Regionen zusammengefassten jährlichen weltweiten Strombedarf zu decken.

Im Jahr 2023 ist der weltweite Strombedarf inzwischen auf knapp 30 PWh ^F gestiegen und übertrifft damit das zuvor in [19] genannte weltweite Potenzial von Dach-PV. Der gesamte Energiebedarf (einschließlich Heizung, Verkehr und Industrieprozessen sowie Strom) lag derweil bei ungefähr 172 PWh ^D,E. Eine weitere Studie ^[20] weist auf Ungereimtheiten in der Methodik von [19] hin und schätzt, dass das weltweite Potenzial von Dach-PV etwa 30,5 TW maximal installierbare Leistung erreichen könnte, was mehr als 267 PWh pro Jahr entspricht und sogar unseren gesamten Energiebedarf bei Weitem übertrifft. Eine dritte Studie ^[21] schätzt, dass bis 2050 ein weltweites Dach-PV-Potenzial von 175 TWh pro Jahr erreicht werden könnte, das sich je nach verschiedenen laufenden Emissionsszenarien ändern kann. Diese Prognose setzt einen Ausbau der Dächer voraus, der eine deutlich größere gesamte PV-Fläche ermöglicht als derzeit in [19] angegeben. Wenn wir diese Ergebnisse und ihre jeweiligen Methoden betrachten, kommen wir vorsichtig zu dem Schluss, dass schon die Hälfte aller Dächer der Welt reichen könnte, um den Strombedarf der Menschheit zu decken.

In einer Studie ^[28] wird das Energiepotenzial bei einer maximalen Bedeckung von 30 % der Oberfläche aller weltweiten Stauseen mit schwimmender Photovoltaik (FPV) (556.111 km² in 114.555 Stauseen) auf 9.434 TWh pro Jahr geschätzt. Dies ist wegen der begrenzten FPV-Flächenabdeckung (30 %) aufgrund technischer und ökologischer Einschränkungen eine vorsichtige Schätzung. Entsprechend berichtet eine andere Studie ^[29], dass 25 % der weltweiten Stauseefläche 8.000 TWh Jahr^-1 erzeugen könnten. Nach IEA-Prognosen ^G entspricht das auf absehbare Zeit mindestens einem Viertel des weltweiten Strombedarfs (fast einem Drittel des Bedarfs Ende 2023 ^F), und die Kapazität könnte weiter steigen, wenn neue Stauseen gebaut werden.

Eine neuere Studie ^[30] hebt jedoch Fortschritte bei der Solarmodultechnik hervor, die in diesen früheren Studien nicht berücksichtigt wurden, darunter Nachführsysteme und bifaziale Solarmodule: „Während Nachführsysteme die Anforderungen an Auftrieb und Verankerung erhöhen und die Gesamtkosten des Systems steigern können, werden ihr deutlicher Energiegewinn gegenüber Systemen mit fester Neigung, die Weiterentwicklung der Technik und sinkende Kosten sie in den kommenden Jahren vermutlich verbreiteter machen“. Um zu verstehen, wie diese neuen Technologien weltweit funktionieren könnten, „analysierten sie die installierbare Leistung und das Potenzial zur Energieerzeugung verschiedener FPV-Konfigurationen, darunter Anlagen mit fester Neigung bei unterschiedlichen Neigungswinkeln, verschiedene Nachführansätze sowie unterschiedliche Modultypen (monofazial vs. bifazial) auf 249.717 Binnenreservoirs (künstliche und natürliche) weltweit mit einer Gesamtfläche von 222.623 km² -etwa viermal größer als die in“ ^[28]. Mit diesen Aktualisierungen ermitteln die Autoren eine gesamte FPV-Kapazität von bis zu 22 TWp (Spitzenleistung), die den weltweiten Strombedarf vollständig decken könnte.

Our World in Data ^[51] sammelt Daten aus mehreren Quellen, darunter IRENA 2024 ^H. Wie auf der Webseite angegeben, zeigt IRENA Preise für Photovoltaikmodule verschiedener Technologien. Die Daten ab Q4 2013 sind der durchschnittliche Jahrespreis für Technologien mit „Dünnschicht-a-Si/u-Si“ oder der Global Price Index als Referenz für alle Solartechnologien und erreichen 2023 einen weltweiten Preis von 0,31 $/W. Andere Quellen ^I,J,K nutzen die gängige oder monofaziale monokristalline Modultechnologie als Hauptreferenz, bei der die Preise noch stärker gefallen sind:

Im Januar 2024 fiel der Preis von in Europa verkauften Dünnschicht-a-Si/u-Si-Modulen auf ~0,16 $/W ^H. Im April 2024 wurde der weltweite Spotpreis für monofaziale monokristalline Module mit 0,11 $/W angegeben ^I. Im November 2024 erreichten marktbeherrschende monokristalline PERC-Module und c-Si-TOPCon-Technologien der nächsten Generation in China, Europa und den USA jeweils 0,087 $/W, 0,1 $/W und 0,29 $/W ^{J,K †}.

^†Exportpreise sind auf den Weltmärkten wegen Logistik, Zöllen und regionalen Marktfaktoren meist höher als in China, besonders wegen International Commercial Terms (FOB für chinesische Exporte gegenüber DDP für die USA und Europa ^J).

Bloomberg ^[52] berichtet, dass der weltweite Durchschnittspreis für Module auf 0,096 $/W gefallen ist. Verglichen mit einem weltweiten Durchschnittspreis für Module von 19,48 $/W im Jahr 1984 ^[51], sind die Modulpreise in 40 Jahren also um über 99 % gefallen.

Zum weiteren Vergleich ist der durchschnittliche Modulpreis in den USA bis Q1 2024 auf 0,29 $/W gefallen ^I. Das entspricht seit 1989 einem Rückgang von 96 % in 35 Jahren ^L,M. Die höheren Preise in den USA werden durch Zölle auf chinesische Module und andere Importfaktoren aufrechterhalten ^I.

Laut IRENA Renewable Power Generation Costs 2023 lagen die weltweit gewichteten durchschnittlichen Stromgestehungskosten (LCOE) von Solar-PV bei 0,044 USD/kWh. Zwischen 2010 und 2023 sanken die weltweit gewichteten durchschnittlichen LCOE von CSP-Anlagen um 70 %, von 0,393 USD/kWh auf 0,117 USD/kWh. Damit betragen die LCOE von Solar-PV im großen Maßstab 2023 nur etwas mehr als ein Drittel derer von CSP. Die Kosten für Solar-PV sinken jedoch weiter. Zwischen 2021 und 2023 ging jedes Jahr nur eine CSP-Anlage in Betrieb, daher sind diese Jahre nicht unbedingt repräsentativ. Da der Ausbau von CSP langsamer geworden ist und die Konkurrenz durch Solar-PV groß ist, liegt nahe, dass diese Anlagen fortschrittliche, stark optimierte Projekte waren, die ihre Wettbewerbsfähigkeit zeigen sollten. Daher könnten die angegebenen durchschnittlichen LCOE niedriger sein als in einem Jahr mit typischeren oder vielfältigeren CSP-Projekten.