Solarenergie-Förderverein Deutschland e.V. (SFV)

[ zurück zur Startseite ]
[ Artikel diskutieren und weiterverbreiten? Infos zum Copyright ]
[ Druckversion dieses Artikels ]

vom 23.09.2019, aktualisiert am 13.10.2019, Wolf von Fabeck:

Potential von PV-Anlagen - ausschließlich an und auf Gebäuden - in Deutschland

Versuch einer Abschätzung

Solarmodule werden immer preiswerter. Schon jetzt könnte man mit Solarmodulen nicht nur die Dächer von Häusern, sondern auch die Fassaden der Häuser, ja sogar ihre Nordfassaden wirksam gegen die Unbilden der Witterung verkleiden. So könnte man sich mit genormten PV-Elementen den Außenputz bzw. den Oberputz sparen.

Auch PV-Elemente an der Nordfassade können einen Beitrag zur Stromerzeugung liefern, denn die PV liefert einen Strombeitrag nicht nur bei direkter Sonneneinstrahlung, sondern auch bei Lichtstrahlen, die von spiegelnden Flächen zurückgeworfen werden oder in dem von weißen Wolken reflektierten Sonnenlicht, das auch vom nördlichen Teil des Himmels kommen kann.

Gerade an den Fassaden von Hochhäusern lassen sich erheblich mehr PV-Elemente montieren, als nur auf deren Dachflächen. Dadurch wächst der Solarstromertrag eines für sich alleine stehenden Hochhauses. Andererseits werfen Hochhäuser weitreichende Schatten, die die Solarstromerträge der benachbarten Häuser reduzieren. Entscheidend ist die Summe der Erträge.

Zu diesem Thema gibt eseine Dissertation von Dr. Karoline Fath: Technical and economic potential for photovoltaic systems on buildings.
Karoline Fath nennt

  • ein Potential von 1.406 GWp installierter Leistung im pessimistischen Szenario
  • ein Potential von bis zu 4.402 GWp installierter Leistung im optimistischen Szenario.

Sie begründet ihre extrem hohen Ergebnisse mit der Annahme, dass höhere Bauwerke an ihren Fassaden Solarmodule tragen können, an die man bisher nicht gedacht habe.

Im Folgenden soll deshalb gezeigt werden, dass im Gegensatz zu den Überlegungen von Frau Fath der Gesamtertrag an Solarstrom in Ortschaften mit vielen Hochhäusern nicht höher sein kann als in Ortschaften mit vorwiegend niedrigen Gebäuden. Der Grund liegt darin, dass Hochhäuser wie oben bereits angedeutet zwar mehr Solarmodule tragen können, andererseits aber auch mehr Schatten werfen.
Es soll außerdem gezeigt werden, dass die von Frau Fathh angenommenen hohen Leistungen noch nicht einmal erreicht werden können, wenn alle Dächer und Fassaden inklusive der Balkonbrüstungen und Markisen konsequent mit PV-aktivem Material bestückt werden. Sogar Gärten, Gehwege, Teiche, Parkanlagen und Verkehrswege sollen (zumindest in einer ersten Abschätzung) photovoltaisch genutzt werden.

Unübersichtliche Lichtausbreitung in Ortschaften
Licht in Ortschaften

Zur Vergrößerung in das Bild Klicken

Ortschaften sind tagsüber erfüllt mit Lichtstrahlen. Jede Straße, jeder Park und jedes Gewässer empfängt Licht, verschluckt Licht, spiegelt Licht weiter. Jedes Gebäude, jeder Baum, jede Brücke wirft Schatten. Die vorstehende Skizze deutet den Verlauf einiger willkürlich ausgewählter Lichtstrahlen an.
Wie viel elektrische Leistung gewonnen werden kann, wenn man alle belichteten Gebäudeflächen mit Solarmodulen bestücken würde, lässt sich bei Betrachtung der einzelnen Gebäude nicht abschätzen, da in der angedeuteten Wirrnis von Lichtstrahlen die Verhältnisse von Gebäude zu Gebäude unterschiedlich sind.


Eine Abstrahierung soll uns hier weiter helfen.

Ortschaften als räumliches "System"


Letztlich stammt das gesamte Tageslicht von der Sonne und von hell erleuchteten Wolken. Es kommt also von Oben. Damit seine Energie in Solarstrom umgewandelt werden kann, muss das Tageslicht die obere Systemgrenze passieren, bzw. durchdringen.

In der folgenden Skizze ist die obere Systemgrenze als rot gestrichelte Linie oberhalb der Ortschaft angedeutet. Es handelt sich um eine horizontale Fläche.

Nur Lichtstrahlen, die diese Systemgrenze durchdringen, können PV-Strom erzeugen
Systemgrenze

Zur Vergrößerung in das Bild Klicken

Man kann deshalb innerhalb der Systemgrenze niemals mehr PV-Leistung erzeugen als Sonnenschein-Leistung von außen in das System eindringt, bei dem hier gewählten System also von oben durch die obere Systemgrenze kommt.

Formel 1

Formel

Zur Abschätzung des Potentials gehen wir von den günstigst denkbaren Voraussetzungen aus

    PPVmax   maximal erzielbare elektrische PV-Leistung

    Psolar   Lichtleistung von oben pro Fläche

    etamax   höchster Wirkungsgrad der Stromerzeugung mit PV-Elementen

    Asyst   Systemfläche

Hinzu kommt zunächst noch eine höchst unrealistische Annahme, nämlich dass sogar die Oberflächen von Gärten, Gehwegen, Teichen, Parkanlagen und Verkehrswegen mit PV-Elementen überzogen seien.

 
Die hier ermittelte maximale Leistung muss nun noch über ein ganzes Jahr integriert werden. So erhält man den jährlichen Energiebeitrag, den die Photovoltaik liefern könnte, wenn die Systemfläche, d.h. die aufsummierte Grundfläche aller Ortschaften Deutschlands mit den modernsten PV-Elementen nahtlos bedeckt wäre.

Von Eberhard Waffenschmidt stammt folgender anschaulicher Vergleich:
Das ist so ähnlich wie mit Regen:
Du kannst Eimer und Wannen auf einer Fläche aufstellen, über und untereinander und verschachtelt und mit Regenrinnen was wo anders hin leiten usw.
Die maximale Menge an Regenwasser, die auf der Fläche einer Stadt gesammelt werden kann, wird aber niemals größer, als wenn Du ein Becken in der Größe der Stadt baust und damit allen Regen einfängst.
Ersetze Regentropfen durch Lichtquanten, und Du hast das Problem erklärt.

Zwischenergebnis:

Das Ergebnis der bisherigen Überlegungen lässt sich wie folgt zusammenfassen:

Man wird bei Beschränkung auf gebäudegebundene PV-Elemente und gleichzeitigem Verzicht auf die PV-Nutzung von Gärten, Gehwegen, Teichen, Parkanlagen und Verkehrswegen deutlich weniger elektrische Solar-Leistung ernten, als wenn man die obere Systemfläche aller Ortschaften Deutschlands mit Solarmodulen des höchsten bekannten Wirkungsgrades nahtlos bedecken würde.

Die Vorstellung, durch geschickte Anordnung von PV-Elementen auf Dächern oder an Fassaden könne man mehr elektrische Solarleistung herauskitzeln als Formel 1 angibt, ist irrig.

Weitere Überarbeitung folgt demnächst.



zum Seitenanfang


Dieser Artikel wurde einsortiert unter ....