Photovoltaik

PV-Fassadenanlagen liefern einen höheren Winterstromanteil als herkömmliche Dachanlagen. Im Bild: PV-Fassade an einem Mehrfamilienhaus in Zürich Höngg.

Abfüllanlage der Mineralquelle in Vals mit einer herkömmlichen und einer vertikal aufgeständerten winteroptimierten PV-Anlage (links).

18. nationale Photovoltaik-Tagung

Mehr Solarstrom im Winter

Für tageszeitliche Schwankungen der Solarstromproduktion sind Batteriespeicher breit erprobt. Die grosse Herausforderung bleibt, die Winterlücke zu überwinden. Ein massiver Zubau der Leistung und Abregelung der Überschüsse im Sommer ist ein Ansatz. Zudem können winteroptimierte PV-Anlagen und Power-to-Gas-Technologien künftig einen Beitrag leisten.

Mit einem Zubau der Photovoltaik auf 50 GW Leistung bis 2050 kann die Schweiz nicht nur den Strom aus Kernkraftwerken ersetzen. Auch den zusätzlichen Elektrizitätsbedarf für die Dekarbonisierung der Wärmeversorgung und der Mobilität könnte die Sonne zu einem grossen Teil decken. Diese These vertritt Roger Nordmann, SP-Nationalrat und Präsident von Swissolar in seinem neuen Buch. Die Flächen auf Dächern und Fassaden sind vorhanden, um diese Leistung zu installieren und damit jährlich rund 45 TWh Strom zu produzieren. Das Bundesamt für Energie hat das Potenzial der Solarenergie auf Schweizer Gebäuden kürzlich sogar auf 67 TWh beziffert. Das Problem aber ist, dass im Sommer deutlich mehr produziert wird als im Winter, wenn der Bedarf am grössten ist. «Bis Speichermöglichkeiten wie Power-to-Gas-Technologien ausgereift sind und wirtschaftlich betrieben werden können, werden in einem ersten Schritt wohl nicht um das Peak Shaving herumkommen», so Roger Nordmann. Denn damit die Sonne auch in der kalten Jahreszeit einen signifikanten Beitrag zur Stromversorgung leisten kann, muss sich die installierte Leistung am Winterbedarf orientieren.

Vertikale Module im Winter

Solaranlagen können so konzipiert werden, dass sie vermehrt im Winter Strom produzieren, wenn die Einstrahlwinkel flach sind. Nach diesem Prinzip hat Solarspar 2019 auf dem Dach der Abfüllstation der Mineralquelle Vals eine PV-Anlage realisiert. Die bifazialen Module sind vertikal gegen Westen/Osten aufgeständert und ernten abgesehen von einer kurzen Zeit über Mittag von morgens bis abends Solaranergie. «Auch die Windlasten sind nicht allzu hoch: Geht der Föhn im Nord-Süd ausgerichteten Bergtal, hat der Wind kaum eine Angriffsfläche», erklärt Markus Chrétien, Geschäftsleiter von Solarspar. Zudem bleibt der Schnee auf den senkrechten Modulen nicht liegen, erst ab einer Schneedecke von mehr als 40 cm wird die Stromproduktion beeinträchtigt. Bei herkömmlichen Anlagen bereitet der Schnee hingegen oft Probleme, wie Chrétien erklärt: «Oft rutscht der Schnee nicht ab, weil er angefroren ist. Dann sinken die Erträge gegen Null.» Grundsätzlich sind die PV-Zellen bei tiefen Temperaturen deutlich effizienter. Ganze 4% steigt die Effizienz pro 10 °C tiefere Temperatur. Zudem rechnet Solarspar auch mit höheren Wintererträgen durch die Reflexion. «Wir hoffen, dass wir 20 bis 30 % mehr Winterstrom produzieren als mit einer herkömmlichen Anlage.» Gemäss Berechnungen sollte die Anlage mit einer Gesamtleistung von 112 kWp rund 1300 kWh pro kWp produzieren. Die Investitionskosten sind zwar um einiges höher, unter anderem wegen der aufwändigeren Unterkonstruktion. «Unter dem Strich rechnen wir aber mit einer Kostendeckung», so Chrétien.

Höherer Anteil Winterstrom möglich

Auch PV-Fassaden haben das bessere Verhältnis von Winter- zu Sommerstrom als Dachanlagen. Übers Jahr gesehen produzieren sie aber weniger Energie als eine gleiche Fläche auf dem Dach. Hinzu kommt, dass sie teurer und in dicht bebauten Gebieten wegen Verschattung nicht überall sinnvoll sind. Während eine typische PV-Dachanlage in Bern nur gerade 30 % ihres Energieertrags in den Monaten Oktober bis März liefert, liegt dieser Anteil bei einer Südfassade bereits bei 45%. «Auf dem Jungfraujoch stammt mehr als jede zweite Kilowattstunde einer Fassadenanlage aus dem Winterhalbjahr», erklärt Christof Bucher von Basler & Hofmann. Das Ingenieurunternehmen hat im Auftrag von EnergieSchweiz untersucht, wie die Produktionsverteilung in Zukunft aussehen könnte, wenn vermehrt winteroptimierte Anlagen gebaut würden. Berechnet wurden die Szenarien für eine Solarstromproduktion von jährlich 30 TWh. Erfolgt der Zubau mit einem Anlagenmix wie heutige KEV-Anlagen, entfällt nur 26 % der Produktion auf das Winterhalbjahr. «Mit Anreizen für winteroptimierte Anlagen könnte der Winterstromanteil bei gleicher installierter Leistung auf 36% erhöht werden», erklärt Christof Bucher, der die Studie an der Photovoltaik-Tagung vorstellen wird. Während der kritischen Monate Dezember, Januar und Februar steigt die Stromproduktion um 65 % gegenüber dem Szenario «Weiter wie bisher». Um dies zu erreichen, sind zwar höhere Investitionen notwendig. Doch Bucher relativiert: «Die Stromgestehungskosten würden pro Kilowattstunde um rund 0.5 Rappen steigen.»

Power to Gas

Solare Überschüsse im Sommer bleiben auch bei winteroptimierten Anlagen ein Thema. Wie diese saisonal gespeichert werden können, ist eine zentrale Frage für eine auf der Sonne basierenden Energieversorgung. Power-to-Gas-Anlagen spielen hier eine wichtige Rolle.

18. Nationale Photovoltaiktagung

Am 12. und 13. März 2020 trifft sich die Photovoltaikbranche im SwissTech Convention Center an der EPFL in Lausanne zur 18. Nationalen Photovoltaik-Tagung, organisiert von Swissolar zusammen mit dem Verband Schweizerischer Elektrizitätsunternehmen (VSE) und EnergieSchweiz.
Datum:  Donnerstag/Freitag; 12./13. März 2020
Ort:    SwissTech Convention Center, EPFL, Lausanne

Details unter www.swissolar.ch/pv2020