shutterstockModellbasierte Energieszenarien spielen eine wichtige Rolle beim Wandel des Energiesystems. Sie können Entscheidungsgrundlagen für Politik, Wirtschaft und Gesellschaft liefern. Doch bisher gibt es kaum Untersuchungen dazu, ob und wie Energieszenarien solche Entscheidungsprozesse unterstützen. Im SOUR-Projekt ProdUse («Closing the gap between model-based energy scenarios and its potential users to support evidence-based decision-making for the transformation of the Swiss energy system») gewannen die Forschenden Erkenntnisse, welche Faktoren die Nutzung und damit die Wirkung der Energieszenarien beeinflussen. Weiterlesen
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ShutterstockOb auf dem Dach des Einfamilienhauses oder der Industrieanlage: Sonnenenergie ist gefragt. Das zeigt die Statistik Sonnenenergie für das Jahr 2022, die im Auftrag des Bundesamts für Energie seit 2001 jedes Jahr erstellt wird. Die neu installierte Photovoltaik-Leistung stieg gegenüber 2021 um 58 % auf den neuen Rekordwert von 1083 Megawatt (MW). Weiterlesen
Ursprünglich hatten die meisten E-Autos Bestnoten erhalten – punkto Energieeffizienz. Seit dem 1. Januar 2023 sind E-Autos auch in der Kategorie B oder C. Insbesondere bei E-Auto-Besitzerinnen und -Besitzern hat das Fragen aufgeworfen. Energeiaplus erklärt, warum die Energieetikette per Anfang Jahr angepasst wurde und warum die Grundlagendaten jährlich aktualisiert werden. Weiterlesen
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Stromabkommen, IEA, internationale und EU-Energiepolitik: Wenn es um internationale Aspekte der Schweizer Energiepolitik geht, dann weiss Jean-Christophe Füeg Bescheid. Als Leiter Internationales im Bundesamt für Energie hat er die Schweiz in zahlreichen Gremien vertreten. Ende 2013 wurde er zum Botschafter ernannt. Nun wird Jean-Christophe Füeg pensioniert. Energeiaplus schaut mit ihm auf seine Zeit als BFE-Energiebotschafter zurück.
Energeiaplus: Sie sind 2001 zum BFE gekommen. Erinnern Sie sich noch an Ihr erstes Dossier?
Jean-Christophe Füeg vertrat die Schweizer Energiethemen im Ausland. Bild: BFE
Jean-Christophe Füeg: Durchaus. Ich musste ein Referat zur Schweizer Energiepolitik in Brüssel vorbereiten. Da ich aus dem Ausland kam und wenig über die Schweiz wusste, sagte mir mein Chef, ich solle mir Zeit nehmen. Nach zwei Wochen legte ich ihm die Powerpoint-Präsentation vor. Er schreckte auf und meinte: Mit «Zeit nehmen» habe er sich zwei Monate vorgestellt. Wenige Monate später durfte ich zusätzliche Aufgaben von intern freigewordenen Stellen übernehmen und wurde unter anderem als Referent nach Armenien, ans George Marshall Center für Sicherheitsstudien und nach Bolivien eingeladen (diese Reisen habe ich übrigens mit Flugmeilen aus meinem früheren Job bezahlt).
Gut 20 Jahre waren Sie Leiter Internationales im BFE. Was sind die grössten Veränderungen, die Sie erlebt haben?
Eindeutig die fortschreitende weltweite Energiewende und die damit einhergehende Komplexität. 2002 konnten die westlichen Länder beim Welt-Nachhaltigkeitsgipfel in Johannesburg nicht einmal ein «Erneuerbaren-Ziel» festschreiben. Heute ist das eine Selbstverständlichkeit.
Was macht der Leiter Internationales denn genau?
Er vermittelt im Ausland die Schweizer Energiepolitik, vertritt die Schweiz in internationalen Gremien und verhandelt mit der EU oder einzelnen Ländern. Und er leitet Energiedialoge mit einer leider immer kleineren Anzahl Länder. Unter Bundesrätin Leuthard hatte die Cleantech-Exportförderung mit unzähligen Delegationsreisen einen hohen Stellenwert.
Was war das schwierigste Dossier in Ihrer Berufskarriere? Das Stromabkommen, das die Schweiz mit der EU anstrebt? Auf youtube finden sich Videos, in denen Sie den Standpunkt der Schweiz darlegen.
Schwierig war das Stromabkommen an und für sich nicht. Doch gewisse Interessengruppen haben es schwierig gemacht, indem sie ständig mit unerfüllbaren Sonderwünschen aufwarteten und nicht begreifen wollten, dass die Schweiz in Europa nicht einzigartig ist. Bis 2012 hätte das Stromabkommen mit etwas Kompromisswillen abgeschlossen werden können. Als die EU das Stromabkommen an institutionelle Lösungen (institutionelles Rahmenabkommen) knüpfte, wurde das Stromabkommen in Geiselhaft genommen. Seit der letzten Verhandlungsrunde im Juli 2018 ging es vor allem um Schadensbegrenzung. 15 Jahre Verhandlungen ohne Abschluss sind eine ungeheure Verschwendung.
In einem Artikel der «Finanz und Wirtschaft» vom Juni 2019 werden Sie zitiert. «Wir könnten das Stromabkommen innert zwei Tagen fertig verhandeln.» Ein Abschluss des Stromabkommens war damals aber nicht in Sicht. Wie gehen Sie mit solchen Erfahrungen um?
«Nicht in Sicht» würde ich mit Blick auf die jüngsten Entscheide des Bundesrats relativieren. Manchmal kann es intellektuell stimulierend sein, tagelang zu recherchieren, um irgendwo in Europa einen Tatbestand zu finden, der als Argument für eine Schweizer Extrawurst herhalten könnte. Aber irgendwann erlahmen auch solche Anreize, da letztlich dafür kaum Erfolgschancen bestehen.
Ein wichtiger Akteur, mit dem Sie oft zu tun hatten, war die Internationale Energieagentur (IEA). Die IEA bewertet regelmässig die Energiepolitik von Mitgliedsländern im Rahmen der sogenannten Tiefenprüfung. Dabei wurde auch schon Kritik laut, es handle sich dabei um einen Werbespot für die nationale Energiepolitik. Was sagen Sie dazu? Erst letztes Jahr haben die internationalen ExpertInnen die Schweiz ja erneut unter die Lupe genommen.
Die Resultate der neuen Tiefenprüfung der Schweiz wurde am Tag nach dem Klimagesetz-Referendum bei der IEA besprochen und rief viele Fragen anderer Staaten hervor. Im Spätsommer wird diese durch Bundesrat Rösti und IEA-Exekutivdirektor Birol veröffentlicht. Tiefenprüfungen sind ein Wechselspiel zwischen dem untersuchten Land und den besuchenden Experten. Ein Werbespot sind sie indes nicht. So beanstandet die IEA seit Jahrzehnten, dass Brennstoffe in der Schweiz mit einer CO2-Abgabe belegt werden, Treibstoffe (Benzin und Diesel) aber weitgehend ungeschoren davonkommen.
Inwiefern haben Ereignisse wie Fukushima oder der Ukraine-Krieg Ihre Tätigkeit beeinflusst?
Fukushima wirkte sich vor allem im Inland aus – mit dem Entscheid zum schrittweisen Atomausstieg. Nur Deutschland traf einen ähnlichen Entscheid. Ansonsten hinterliess Fukushima in der internationalen Energiepolitik wenig Spuren. Ganz anders bei der Ukraine-Krise und den immer noch laufenden Bestrebungen, die Schweiz vertraglich in der europäischen Gaslandschaft abzusichern, mit bis anhin durchwachsenen Ergebnissen.
Ende 2013 hat der Bundesrat Sie zum Botschafter ernannt. Welchen Einfluss hatte dies auf Ihre Tätigkeit?
In Europa, null, denn man kennt sich; oder es kann sogar das Gegenteil bewirken, bei Gesprächspartnern, die man noch nicht kennt und die hinter dem Titel einen fachlich wenig beschlagenen Diplomaten vermuten. Ausserhalb Europas imponiert der Titel, manchmal dermassen, dass sogar langjährige Kollegen in Afrika sich weigerten, mich weiter zu duzen.
In Ihrem Editorial für das BFE-Magazin energeia haben Sie 2016 geschrieben: «Die Schweiz hat einen schwierigen Stand in der internationalen Energiepolitik.» Würden Sie das heute auch noch so sagen?
Die Isolation der Schweiz hat sich mit der fortschreitenden Integration in Europa und der Pandemie bedeutend verstärkt. Einzig im Pentaforum (Im Penta-Forum arbeiten die Energieministerien aus folgenden Ländern freiwillig zusammen: Deutschland, Frankreich, Belgien, Niederlande, Luxemburg, Österreich und der Schweiz und diskutieren Stromthemen und auch weitere Energiethemen wie Wasserstoff) werden wir noch als ebenbürtiger Partner wahrgenommen.
Zur Person:
Die BFE-Laufbahn von Jean-Christophe Füeg begann 2001. Er führte Verhandlungen mit der EU und internationalen Organisationen wie der Internationalen Energieagentur (IEA), der Internationalen Atomenergieagentur (IAEA), der Internationalen Agentur für erneuerbare Energien (IRENA) oder der UNO-Unter-Organisation Wirtschaftskommission für Europa. Er war zudem Leiter von Experten-Gremien zur Beurteilung der Energiepolitik von verschiedenen Ländern wie Indien, Indonesien, Chile, Kanada, Russland, Estland, Türkei, Kroatien, Mazedonien oder Mongolei.
Zuvor – von 1999 bis 2001 – war Füeg Leiter (Administrator) der Abteilung der Nicht-Mitgliedsorganisationen der IEA in Paris. Von 1998 bis 1999 war er Co-CEO von IHS Energy/Petrolconsultants Group für Öl und Gas. Von 1985 bis 1996 hatte er verschiedene Positionen im Bereich Erdölberatung in der ehemaligen Sowjetunion, Angola, Italien und Indonesien. Jean-Christophe Füeg hat ursprünglich Internationale Beziehungen, Russisch und Kunstgeschichte in Genf studiert.
Argumente wie «Die Schweiz als Stromdrehscheibe Europas» sind indes längst verpufft. Die Nordsee mit ihrem Windkraft- und Wasserstoff-Hub ist längst ein grösserer Faktor. Man lächelt uns freundlich zu, aber wir werden kaum noch als Teil einer energiepolitischen Schicksalsgemeinschaft wahrgenommen.
Gut zehn Jahre ihres Berufslebens drehten sich um Erdöl. Sie haben zahlreiche Länder beraten. Reden Sie heute über diesen Energieträger anders als in den 1990er-Jahren?
Kaum. Hochentwickelte Länder können sich einen Ausstieg aus den Fossilen bis Mitte Jahrhundert leisten – abgesehen von den grauen Emissionen unserer Importe. Ganz anders die Entwicklungs- und Schwellenländer.
Die IEA sieht den Zenit der Erdölförderung in wenigen Jahren. Danach wird die Förderung über viele Jahrzehnte langsam sinken. Selbst das tugendhafte Dänemark wird erst 2050, nachdem es das letzte Kohlenwasserstoffmolekül aus seinem Boden gepresst hat, die Förderung aufgeben. Jemand wird das Erdöl fördern, raffinieren und transportieren müssen. Wenn es nicht die von Aktivisten verteufelten Ölmultis sind, dann die mittelöstlichen, russischen oder chinesischen Staatsfirmen. Ob das für die Umwelt und die gute Regierungsführung von Vorteil ist?
An welche Begegnung während Ihrer Berufskarriere erinnern Sie sich besonders gern?
Viele, auch überraschende. Ein türkischer konservativer Energieminister, der mir nach einer langen Verhandlungsnacht mit einem High Five gratuliert. Ein chinesischer Energie-Vizeminister, der mich nach einer mehrstündigen Sitzung, für die ich eigens nach Beijing geflogen war und gegen den Schlaf kämpfte, umarmte. Der Präsident von Ghana, dem ich bei einem offiziellen Essen in 60 Sekunden den Erneuerbaren blockierenden Reformstau in seinem Land erklären konnte, so dass er umgehend seinen Minister schalt.
Nun werden Sie pensioniert. Wie wird das Thema Energie Sie weiterhin beschäftigen?
Ich bin zum Schluss gekommen, dass Energie zu anspruchsvoll ist, um sich nur im Teilpensum damit zu beschäftigen. Man wird schnell obsolet und schweigt dann lieber.
Interview: Brigitte Mader, Kommunikation, Bundesamt für Energie
Foto: Brigitte Mader, BFE
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Wer eine PV-Anlage auf seinem Dach montiert, möchte möglichst viel Strom produzieren. Ein Kamin, der regelmässig Schatten wirft, mindert den Ertrag. Sogenannte Optimizer versprechen da Abhilfe. Was taugen Sie? Wo sind sie sinnvoll? Wo eher weniger? Forscher der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften ZHAW in Winterthur haben bei ihrer Untersuchung, die vom Bundesamt für Energie unterstützt wurde, festgestellt: Optimizer können den Ertrag verbessern, aber auch verschlechtern. Es hängt vom jeweiligen Fall ab.
Wie viel Strom eine PV-Anlage tatsächlich produziert, hängt von verschiedenen Faktoren ab: Ein Kamin, der Schatten wirft, ein kaputtes Modul oder Schnee auf der Anlage können den Ertrag mindern. Da die einzelnen Zellen eines Moduls und sogar mehrere Solarmodule miteinander verschaltet sind, ist ein separates Ansteuern beschatteter und unbeschatteter Zellen nicht ohne weiteres möglich.
Hier kommt der Optimizer ins Spiel. Mit diesem elektrischen Gerät ist es prinzipiell möglich, die Leistung des schwächsten Glieds in der Kette zu nutzen, ohne dieses teilweise oder ganz zu überbrücken. Sprich: Das Modul, das weniger produziert, weil Schatten darauf fällt, wird mit dem Optimizer unabhängig geregelt und beeinträchtigt den Ertrag der anderen nicht mehr.
Die Rolle des MPP:
Der Maximum Power Point (MPP) bezeichnet den Betriebspunkt eines Moduls oder einer Solaranlage, bei welchem die optimale Leistung zu einem Zeitpunkt und den entsprechenden Verhältnissen (Einstrahlung, Temperatur usw.) bezogen wird. Elektrische Spannung und Stromstärke definieren diesen MPP. Bei Solaranlagen mit Verschattung, kann der optimale Stromertrag jedes Moduls teilweise nicht erreicht werden, wenn der MPP für beschattete und unbeschattete Module zusammen eingestellt wird, da sie die gleiche Stromstärke führen. Dann kann es sein, dass Module mit geringerer Sonneneinstrahlung solche mit hoher Einstrahlung beeinflussen, so dass entweder letztere nicht die volle Leistung bringen oder das betroffene Modul teilweise überbrückt wird. Eine Anlage mit Optimizer ermöglicht hingegen die unabhängige Regelung der damit ausgestatteten Module, wodurch diese in Theorie immer optimal betrieben werden, sofern sie selbst effizient genug arbeiten.
Bis zu 25 Prozent mehr Ertrag! Solche Versprechen machen Anbieter, wenn man diese elektrischen Geräte zum Optimieren der Solarstromanlage anbringt. Sind solche Mehrerträge realistisch? Energeiaplus hat bei Franz Baumgartner nachgefragt. Er hat die Untersuchung an der ZHAW im Auftrag des BFE durchgeführt.
Energeiaplus: 25 Prozent mehr Leistung mit einem Optimizer. Können die Geräte dieses Versprechen erfüllen? Was sagt Ihre Studie?
Franz Baumgartner leitet an der ZHAW den Studiengang Energie und Umwelttechnik und ist Dozent für Photovoltaik Systeme und Erneuerbare Energie; Bild: ZHAW
Franz Baumgartner: Die Power Optimizer sind in der Lage die Erträge von PV-Anlagen mit Verschattung zu erhöhen. Dies ist jedoch nur in besonderen Szenarien möglich. In allen untersuchten Fällen haben wir aktuell einen maximalen, zusätzlichen, jährlichen Energieertrag von bis zu 5% feststellen können, was in starkem Kontrast zu den Herstellerangaben steht.
Wann macht ein Optimizer Sinn? Respektive wann lohnt er sich?
Bezogen auf die jährlichen Energieerträge zeigen unsere Ergebnisse, dass der Einsatz von Optimizern bei PV-Anlagen in Wohngebieten mit mittlerer bis starker Verschattung, oder bei kleinen Anlagen mit mehreren Ausrichtungen sinnvoll ist. Es sollte also ein Nischenmarkt sein, wird aber heute trotzdem sehr oft verkauft. Mittlere Verschattungen können z.B. Verschattungen von zwei Kaminen auf einer Anlage oder ein Lüftungsrohr plus einem naheliegenden Baum sein. Starke Verschattungen sind zum Beispiel Nachbarsgebäude, die einen grossen Schatten auf die Anlage werfen.
Wann würden Sie von Optimizern eher abraten?
Man muss bedenken, dass der Optimizer selber auch elektrische Energie benötigt. Oder anders gesagt: Je nach Situation kompensiert das Gerät den zusätzlichen Ertrag wieder. Das ist insbesondere der Fall, wenn es keine oder nur wenig Verschattung gibt und nur bis zu zwei verschiedene Ausrichtungen bestehen. Dann wird gleich viel oder eher weniger Leistung durch die Anlage erzielt als dies bei einem System ohne Optimizer der Fall wäre und zwei getrennten Stromkreisen mit konventioneller Leistungselektronik.
Optimizer sind auch ein Kostenpunkt. Die Preise variieren stark. Was empfehlen Sie den Endkundinnen und -kunden?
Tendenziell sind die Anschaffungskosten einige Prozent höher für ein Power Optimizer System. Wichtiger ist aber die Zuverlässigkeit der Elektronik über die vielen Jahre, denen sie Wind, Regen aber vor allem hohen Temperaturen ausgesetzt ist. Die Temperaturen können hinter dem Modul im Sommer auf bis über 70 Grad steigen, was Ausfälle der Elektronik verursachen kann.
Zu beachten ist auch: Bei Störungen sind die Kosten für einen einzelnen Optimizer über die Garantie des Herstellers gedeckt. Die Kosten für die Arbeit des Solarmonteurs, der die Reparatur vornimmt und ein Vielfaches betragen, aber nicht. Das kann ins Geld gehen (mehrere hundert oder eher einige tausend Franken, wenn der Austausch auf dem Dach kompliziert wird).
Aber der Marktführer erzielt einen Milliardenumsatz, wie Sie in einem Fachartikel (Link einfügen) geschrieben haben. Sehen Sie Ihre Studie demnach auch als Aufklärung, damit Endkundinnen und -kunden nicht enttäuscht werden?
Wir haben als unabhängige Forschungsstelle den Auftrag, objektive Forschungsergebnisse zu erarbeiten auf Basis von Messungen und Fakten. Da noch keine Regulierung für die elektrischen Ertragsangaben für Power Optimizer existieren, möchten wir Endkunden mit Ergebnissen bezüglich der Thematik informieren, so dass sie wiederum bei ihren Fachfirmen die entsprechenden Fragen stellen können. Gleichzeitig leite ich eine internationale Arbeitsgruppe der IEA und des Normenausschusses IEC, um dies transparent und fair für alle elektronischen Komponenten bewerten zu können.
Ihr Fazit? Sind Optimizer nur ein Hype oder Zukunft?
Die Erforschung und Entwicklung von neuen effizienten Technologien im Bereich der erneuerbaren Energien ist wichtig. Besonders eine Lösungsfindung für die Einflüsse von Verschattung auf den Stromertrag von Solaranlagen ist für den zukünftigen Ausbau in städtischen Gebieten essenziell. Die jeweiligen Fachfirmen müssen diesen Spezialfragen mehr Gewicht in der Planung beimessen als heute. Wir helfen da gerne, damit nicht komplexe Nischenanwendungen den Markt mit allen Risiken, die dann beim Endkunden liegen, dominieren.
Für wen sind die Ergebnisse relevant?
Mit unserer Forschung möchten wir PV-Installateure, Planer aber auch Endkunden über die schwierige Thematik aufklären. Wir erhoffen uns, dass es für PV-Planungsfirmen in Zukunft möglich ist, sich bei der Planung auf die korrekten Ertragswerte und nicht mehr auf Marketingangaben stützen zu müssen. Schlussendlich profitiert dadurch auch die Kundschaft.
Die Ergebnisse Ihrer Untersuchung resultieren aus Labor-Messungen. Wie sind sie vorgegangen?
Da die Ertragsunterschiede in den überwiegenden Fällen von Verschattungen bei um die ein bis zwei Prozent liegen, kann dies bei Outdoormessungen schwer genau gemessen werden. Dies wegen der Fluktuation der Solareinstrahlung und der Tatsache, dass in der Praxis kaum zwei gleiche Dächer nebeneinander mit zwei unterschiedlichen Systemen, also das eine mit, das andere ohne Optimizer ausgestattet sind. Unsere ZHAW Forschungsresultate basieren daher auf präzisen Indoor-Labormessungen an kommerziellen Optimizern und konventionellen Invertern und einer eigens entwickelten Simulationssoftware, um die Auswirkungen auf den Jahresertrag zu bestimmen.
Nun wollen Sie das Forschungsprojekt noch ausweiten und auch Messungen im Feld durchführen. Was versprechen Sie sich davon?
Mit thermischen Messungen im Feld untersuchen wir eine andere Auswirkung der Nutzung von Optimizern, nämlich die potenzielle Reduktion der Hotspot-Temperatur von beschatteten Solarzellen. In anderen Worten, wenn Solarzellen beschattet sind, ist es möglich, dass das Solarmodul durch das Einstellen des MPP teilweise überbrückt wird. In diesem Fall erhitzen sich die teilverschatteten Solarzellen. Theoretisch stellen sich durch die Regelung der Optimizer diese Zustände weniger häufig ein, wodurch die Erhitzung der verschatteten Solarzelle und somit die Belastung des Solarmoduls reduziert wird.
So lief die Studie:
Im Labor des Instituts für Energiesysteme und Fluid-Engineering an der ZHAW School of Engineering in Winterthur wurde der Wirkungsgrad (bzw. die Verluste) von vier geläufigen Power Optimizer Modellen, sowie von vier Solarwechselrichtern vermessen. Verwendet wurden dafür hochpräzise Messgeräte und elektrische Geräte (Stromquellen), welche das Verhalten (also Strom und Spannung) einer Vielzahl von verschiedenen Solarmodulen nachstellen können. Im Speziellen wurde dadurch die Effizienz der Optimizer und Wechselrichter für ein grosse Anzahl von Anwendungsfällen bestimmt. Basierend auf diesen Messwerten wurde ein mathematisch-physikalisches Modell entwickelt, welches die Verluste für alle möglichen Betriebspunkte berechnen kann.
Zusätzlich zu den Messungen wurde während den letzten drei Jahren innerhalb der Forschungsgruppe ein PV-Simulationstool entwickelt, welches Sonnenstand, Einstrahlung, Temperatur, Verschattung und elektrische Eigenschaften von PV-Modulen präzise abbildet. In der Simulationsapplikation ist ausserdem die idealisierte Regelung durch die Geräte (Wechselrichter bzw. Power Optimizer), sowie das zuvor genannte physikalische Modell der Verluste implementiert. Folglich können verschiedenste Solaranlagen mit zahlreichen Verschattungsfällen simuliert und die jährlichen Stromerträge ermittelt werden. Entsprechend können wir dadurch eine Solaranlage mit Power Optimizer und eine Anlage ohne diese Geräte bei den exakt gleichen Bedingungen berechnen. Wir können so also präzise Vergleiche durchführen.
Mehr Informationen zur Studie der ZHAW gibt’s hier:
Masterarbeit von Cyril Allenspach, ZHAW https://digitalcollection.zhaw.ch/bitstream/11475/27358/3/2023_Allenspach_Cyril_MSc_SoE.pdf
Details zur Studie der ZHAW: https://www.zhaw.ch/de/forschung/forschungsdatenbank/projektdetail/projektid/4870/
Interview: Brigitte Mader, Kommunikation, Bundesamt für Energie
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