Die Rolle der Solarenergie für die Wärmewende

Die Solarenergie hat eine große Bedeutung für die Wärmewende. Die Diagramme rechts vom Text (zum Vergrößern bitte auf das Bild klicken), mit dem von der Bundesregierung anerkannten Dekarbonisierungspfad, verdeutlichen den notwendigen Strukturwandel.

„Leider passiert diesbezüglich sehr wenig. Für 2030 sind 8 bis 9 TWhth aus Solarthermie angesetzt. Das ist zu wenig, weil bis dahin die fossilen Brennstoffe auf null sein müssen, um das völkerrechtlich bindende Paris-Abkommen einhalten zu können. Aber selbst von den hier abgebildeten Zielen trennen uns in der Realität Welten.“Thomas Rudolph, Vorsitzender des Solarverbands Mecklenburg-Vorpommern e. V.

Solarenergie in der Wärmewende kann zum einen direkt mittels Solarthermie als auch indirekt über Photovoltaik (PV) genutzt werden. Grüner Strom aus PV-Anlagen kann beispielsweise eine Wärmepumpe betreiben. Diese Power-to-Heat-Technologie ist eine von mehreren Möglichkeiten der Sektorenkopplung im Wärmebereich.

© Florian Methe / pixelio.de

Solarthermie, oder auch Solarwärme, beschreibt die Nutzung der Sonnenenergie zur Wärmegewinnung. Sie kann sowohl für die Warmwasserbereitung als auch Heizungsunterstützung verwendet werden. Der größte Vorteil ist hierbei, dass Sonnenenergie kostenlos zur Verfügung steht und somit nicht nur fossile Energien verbannt werden sondern auch zukünftig keine Kosten für Energieträger anfallen.

Eine Solarthermieanlage besteht neben Kollektoren aus einem Absorber, einem Solarkreislauf und einer Solarflüssigkeit (Solarmedium). Sobald Sonnenstrahlen auf die Kollektoren (Röhren- oder Flachkollektoren) treffen, wandelt der Absorber diese Energie in Wärme um. Die Wärme wird dann mittels der Solarflüssigkeit zunächst in einen Puffer- oder Trinkwasserspeicher transportiert um im nächsten Schritt ins Heizungssystem (Pufferspeicher) und Leitungen für Wasserhähne und Duschen (Trinkwasserspeicher) weitergeleitet zu werden.

Ist Solarthermie für die unterschiedlichen Verbrauchergruppen (Haushalte, Industrie, Gewerbe/Handel/Dienstleistungen) gleichermaßen geeignet?

Die Empfehlung ist ganz klar: Großanlagen, weil diese automatisch zu einer Gruppierung der Nutzer, also Häuserblocks, Quartiere, Städte, Industrie/Großverbraucher im Anwendungsfall bis ca. 130 °C, sorgen. Darüber hinaus braucht es andere Technologien, aber das ist der Industrie bereits bekannt. Und sobald die Tonne CO2-Äquivalent 80 Euro kostet oder Restlaufzeiten bis 2025 auf fossile Wärmeerzeuger ausgesprochen werden, fängt sie auch an, sich zu kümmern. Umsetzbar ist Solarthermie auf Dächern, an Fassaden, auf dem Boden, schwimmend auf Seen, aufgebockt über Gärten und Feldern, auf alten Deponien, über Klärbecken und vielem mehr.

© solaratlas.de

Solarthermie in Mecklenburg-Vorpommern

Abgesehen von einer alten Großanlage, sind keine nennenswerten Solarthermieanlagen in Mecklenburg-Vorpommern vorhanden beziehungsweise bekannt. Der Solarthermieanteil in der Wärmeversorgung dürfte somit bei unter 1 Prozent liegen. Im Bundesvergleich liegt unser Bundesland damit zurück (Quelle: solaratlas.de). Die nebenstehende Grafik verdeutlicht dies (zum Vergrößern bitte auf das Bild klicken). Die Kollektorfläche der hiesigen Solarthermieanlagen beträgt je 1.000 Einwohner gerade einmal 1 m² und ist mit „nichts“ ganz gut beschrieben.

Aufgrund dieser Situation schlägt der Solarverband Mecklenburg-Vorpommern e. V. aus folgenden Gründen die Umsetzung von Leuchtturmprojekten zur Solarthermie in Mecklenburg-Vorpommern vor:

  1. Weil gezeigt werden muss, dass wir keine Zeit mehr haben für „Klein-Klein“ auf Einfamilienhäusern. Wir brauchen Großanlagen, so wie sie in Greifswald geplant werden: 20.000 m² und mehr pro Anlage, also ca. 14 MWth pro Stück. Beispielhaft gilt hier das iKWK-Projekt der Stadtwerke Greifswald. Auf der Karte des LEE MV mit ausgewiesenen Projekten finden Sie dazu nähere Informationen.
  2. Weil es nicht genug Fachkräfte (Planer, Ingenieure) gibt für die tausenden Anlagen, die gebaut werden müssten, um eine Großanlage zu ersetzen. In Großanlagen ist solare Wärme günstig und wir setzen dort die wenigen Fachkräfte sinnvoll ein.

Als Ausbaupotenzial der Solarthermie sieht der Solarverband 10 bis 15 Prozent des Bedarfes in Fernwärmenetzen als Mindestziel. Hinzu kommt eine ähnliche Größenordnung in der gewerblichen und industriellen Prozesswärme. Dem gegenüber stehen jedoch gewisse Herausforderungen und Hemmnisse, welche es gezielt anzugehen gilt:

Thomas Rudolph, Solarverband Mecklenburg-Vorpommern e. V.: „Wir werden nach den nächsten Dürren, Ernteausfällen und Waldbränden weitere wirtschaftliche und gesellschaftliche Krisen erleben, für die es gilt nachhaltige Lösungen zu etablieren. Mecklenburg-Vorpommern könnte mit der Einrichtung von Modellregionen voranschreiten. Mögliche Maßnahmen wären eine Abwrackprämie für Öl- und Gaskessel, staatliche Liegenschaften auf 100 Prozent Erneuerbare Energien umrüsten, Solardachpflicht, Umbau von Forst- zu Waldwirtschaft, siedlungsnahe Futteranbauflächen der industriellen Fleischproduktion für große Solarthermieanlagen zur Verfügung stellen, gern multicodiert, also mehrfach genutzt für genossenschaftlichen Gartenbau, Imkerei, Ziegenhaltung, dazu Anschlusszwang an Fernwärme, Neubaustopp und weiteres.“

© Rainer Sturm / pixelio.de

Photovoltaik (PV) beschreibt die Nutzung der Sonnenenergie zur Stromerzeugung. Der so erzeugte grüne Strom kann nicht nur für den Strombedarf genutzt werden, sondern auch mittels Power-to-Heat oder Power-to-Gas Wärme erzeugen.

Power-to-Heat meint die Umwandlung von Strom zu Wärme. In kleineren Einheiten, wie private Anwendungen, geschieht dies beispielsweise mit einer Elektroheizung (Elektrodirekt-, Nachtspeicher- oder elektrische Fußbodenheizung sowie elektrische Warmwasserbereitung) oder Wärmepumpenheizung. In größeren Einheiten, wie beispielsweise in Fernwärmenetzen, finden hingegen zentrale Elektro- und Elektrodenheizkessel zur Wärmegewinnung Anwendung. Sinnvoll ist zudem die Installation von Wärmespeichern, die überschüssigen PV-Strom in Wärme umwandeln und für den späteren Gebrauch für mehrere Stunden bis einigen Tagen bereithalten. Überschüssiger Solarstrom kann neben Wärmesystemen auch Klima- und Kälteanlagen betreiben. Das macht die Nutzung vor allem im Sommer interessant.

Power-to-Gas meint die Umwandlung von Strom in Gas. Dies geschieht mittels eines chemischen Prozesses, in dem aus Wasser mittels Elektrolyse unter Einsatz elektrischen Stroms in das brennbare Gas Wasserstoff hergestellt wird. In einem weiteren Schritt könnte dieses mittels Methanisierung in Methan umgewandelt werden. Solarstrom ermöglicht eine „grüne“ Herstellung dieser Gase, die im weiteren Schritt gespeichert werden oder für Heizungsanlagen und Warmwasserbereitung genutzt werden können. Der Hersteller für Energiesysteme Home Power Solutions hat auf seiner Website eine interaktive Grafik, die verschiedene Szenarien eines Privathauses abbildet, in denen Sonnenenergie zur Sektorenkopplung mit Wasserstoff genutzt wird.

Wie umfangreich wird grüner Solarstrom für die Wärmegewinnung aus Sektorenkopplung in Mecklenburg-Vorpommern bereits genutzt?

Thomas Rudolph, Solarverband Mecklenburg-Vorpommern e. V.: „Interessant ist hier der PV- und Wind-Strom, der bisher stundenweise abgeregelt wird. Dieses Potenzial sollte unbedingt genutzt werden und als Hochtemperatur-Wärme für die Industrie, aber auch für alte, heiße städtische Fernwärme gespeichert werden. Ein weiterer Aspekt ist der Einsatz von PV-Strom als günstigster Stromlieferant für die Herstellung von grünem Wasserstoff. Mit Hilfe von entsprechenden Speichertechnologien ist somit ein breiter Einsatzbereich in den Wärme- und Verkehrssektoren sinnvoll. Diese Kombination hat zudem das Potenzial die saisonalen Unterschiede in der Erzeugung ganzjährig auszugleichen.“

Als Hemmnisse der Nutzung von Photovoltaik für die Sektorenkopplung sieht der Solarverband Mecklenburg-Vorpommern e. V. vor allem, dass von Seiten der Politik ein klares Bekenntnis für eine Wärmewende mit Erneuerbaren Energien fehlt. Solarenergie sollte hierbei absolute Priorität haben, da es gemessen an der Effizienz, den Kostenvorteilen und der Akzeptanz unschlagbar ist. Überschüssiger PV-Strom im Haushalt und Gewerbe kann hervorragend mittels Wärmepumpe in Form von Warmwasser gespeichert und genutzt werden. Damit werden nicht nur die Eigenverbräuche erhöht, Stromnetze entlastet und kostengünstig Wärme erzeugt, sondern auch im erheblichen Umfang fossile Rohstoffe und somit CO2 eingespart.

Solarthermie versus Photovoltaik und Sektorenkopplung in der Wärmewende

Die Solarthermie bringt mit rund 500 kWh pro Quadratmeter und Jahr den höheren Ertrag gegenüber der Photovoltaik mit rund 200 kWh. Daher ist zunächst der Einsatz von Solarthermie effizienter. Allerdings ist die Wärme nur im Wärmesektor nutzbar, während Strom aus Photovoltaikanlagen vielseitig verwendet werden kann. Nicht nur der Stromsektor kann bedient, sondern auch Energie für die Elektromobilität bereitgestellt und in Power-to-Heat-Systeme im Wärmebereich genutzt werden, wie Wärmepumpen oder Heizstäbe.

Entscheidend sind am Ende immer die Kosten. Mit deutlich gesunkenen Kosten ist die Photovoltaik in den letzten Jahren immer attraktiver geworden. Der gewonnen Strom lässt sich über große Entfernungen nutzen, da nur etwa 1 Prozent der Energie pro 100 km Leitung verloren gehen.

Wärme aus der Solarthermie lässt sich hingegen einfacher speichern, aber nur regional einsetzen – im eigenen Haus oder in regionalen Wärmenetzen. Dort können große Solarthermieanlagen einen wichtigen Beitrag leisten, um Nah- und Fernwärme auf Erneuerbare Energien umzustellen.

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