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
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Sonnenenergie für die Schule: In der Zürcher Gemeinde Buchs konnten die Schülerinnen und Schüler gleich selber Hand anlegen bei der Installation der Solarmodule auf dem Schulhausdach. Die Aktion wurde vom Programm Klimaschule von Myblueplanet geleitet. Weiterlesen
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Bis 2050 soll die Schweiz unter dem Strich klimaneutral werden. Im Gebäudebereich heisst das konkret, dass zahlreiche fossile Heizungen durch erneuerbare Systeme ersetzt werden müssen. Wie soll die Wärmeversorgung klimaneutral werden? Welche Rolle spielen Fernwärme und Wärmepumpen? Rita Kobler, Fachspezialistin für Erneuerbare Energien im Bundesamt für Energie hat in einem Interview für das Online-Magazin Klimadreh von IWB, das Energeiaplus hier ebenfalls publiziert, über Hindernisse, Chancen und Technologien gesprochen.
Paul Drzimala: Fangen wir mit ernüchternden Zahlen an: Gebäude machen in der Schweiz noch immer rund ein Drittel der CO2-Emissionen aus. Auch absolut ist die Zahl hoch. Warum?
Rita Kobler ist zuständig für Erneuerbare Energien im Bundesamt für Energie; Bild: BFE
Rita Kobler: Weil wir viel heizen. In der Schweiz liegt die Durchschnittstemperatur zwischen 12 und 16 Grad. Deshalb brauchen wir viel Energie zum Heizen. Zwar wird im Neubaubereich zum Glück immer mehr erneuerbar geheizt, aber bei Sanierungen hat es lange geharzt. Seit vier Jahren sieht man einen massiven Anstieg bei den Verkaufszahlen von erneuerbaren Heizsystemen. Aber wir haben halt etwa eine Million Einfamilienhäuser, 500?000 Mehrfamilienhäuser und noch einige Dienstleistungsgebäude. Die umzurüsten, da reichen 40?000 Wärmepumpen pro Jahr noch nicht.
Wir heizen also viel. Geht der Wärmebedarf aufgrund der Klimaerwärmung zurück?
Gemäss den Energieperspektiven des Bundes geht er zurück, aber weniger aufgrund des Klimas, sondern weil man Gebäude besser dämmt. Viele Altbauten sind schlecht gedämmt und verlieren viel Energie. Dann gibt es weitere Veränderungen wie Verdichtung und Bevölkerungswachstum, die zusammenspielen. Insgesamt gehen wir davon aus, dass der Energiebedarf für Raumwärme – heute etwa 100 Terawattstunden pro Jahr – um etwa 30 Prozent zurückgehen wird. Ein grosser Teil aufgrund besserer Dämmung und des effizienteren Betriebs von Gebäuden. Inzwischen merken wir auch, dass die Digitalisierung wirkt. Es gibt zum Beispiel Lösungen der Ventilhersteller, die den Installationsfirmen helfen. Bis 2050 liegt da noch einiges drin.
Ein anderer positiver Befund sind die Verkaufszahlen. Insbesondere Wärmepumpen und Holzheizungen legen zu. Was treibt diese Entwicklung an?
Natürlich hat der Krieg in der Ukraine den Trend noch einmal verstärkt. Aber schon in den drei Jahren davor haben sich die Verkaufszahlen jährlich verdoppelt. Treiber sind einerseits das Gebäudeprogramm des Bundes und seine Fördermittel. Dann sind es die kantonalen Energiegesetze, die stetig verschärft wurden – Basel-Stadt ist da Vorreiterin. Ausserdem gibt es mehr Sensibilisierung und Beratung wie unsere Impulsberatungen beim BFE. Und schliesslich wird der Klimawandel immer sichtbarer. Wir sehen, wie die Gletscher zurückgehen, Jahr für Jahr zeigen sich neue Schäden: heute eine Flutkatastrophe, morgen ein Waldbrand. Das lässt die Eigentümerinnen und Eigentümer umdenken. Sie fragen konkret nach erneuerbaren Energien und wollen nichts mehr hören von Öl und Gas.
Auch wenn der Anteil von Öl- und Gasheizungen zurückgeht, werden sie noch immer verkauft. Wer kauft sie?
Der Kanton Zürich hat vor längerer Zeit eine Umfrage gemacht, und dort kam heraus, dass Alternativen oft schlicht nicht in Betracht gezogen wurden. Und wenn, haben die Installationsfirmen eher die Probleme als die Lösungen betont. Wenn die Eigentümerinnen und Eigentümer nicht nachgehakt haben, war der Ersatz durch ein fossiles System schnell passiert. Das kippt langsam, auch wenn noch immer manche Menschen skeptisch gegenüber erneuerbaren Energien sind. Zudem gibt es echte Knacknüsse, gerade bei älteren Gebäuden. In denen wohnen oft Leute im Pensionsalter, die in den letzten Jahren tendenziell zu wenig investiert haben. Und wenn die jetzt das Heizsystem wechseln, wird das kurzfristig teuer. Es würde sich zwar langfristig amortisieren, aber sie können aufgrund der Tragbarkeit ihre Hypothek nicht mehr erhöhen. Das ist der finanzielle Aspekt. Bei Mehrfamilienhäusern kommt das Vermieter-Mieter-Dilemma zum Tragen. Die Mieterinnen und Mieter zahlen die Nebenkosten?…
… und die Eigentümerinnen und Eigentümer investieren, profitieren aber nicht.
Die Investitionen können sie abwälzen, das ist nicht das Problem. Das Problem ist der Hypothekarzinssatz. Man geht davon aus, dass viele Vermieterinnen und Vermieter mit den Mietzinsen nicht runter sind, obwohl der Hypothekarzins gesunken ist. Wenn aber eine Vermieterin oder ein Vermieter Investitionen auf die Mieten überschlagen will, braucht es eine Mietvertragsänderung. Weil dann auffallen würde, dass der Mietzins nicht angepasst wurde, investieren sie lieber nicht. Andere wissen gar nicht, wie das mit dem Umwälzen funktioniert. Es gibt viele Privatpersonen, die Mehrfamilienhäuser besitzen und Wohnungen vermarkten. Das sind nicht alles Immobilienhaie, die grossen Gewinn machen wollen. Aber sie wollen Stabilität und scheuen deshalb Veränderungen. Das merkt man auch im städtischen, dicht besiedelten Bereich, wo gemeinsame Lösungen oft die besten sind. Sich selbst zusammentun ist schwer; da muss eine Fernwärmebetreiberin da sein, die direkt eine Offerte vorlegt.
Ihr Spezialgebiet sind Wärmepumpen. Eignen die sich überall bei Sanierungen? Oder wird bei schlecht isolierten Altbauten die Vorlauftemperatur zum Problem?
Mit den heutigen Kältemitteln ist die Vorlauftemperatur technisch nie ein Problem. Das Problem ist vielmehr, dass man die Frage, wie viel Energie ein Gebäude braucht, nicht immer stellt. Viele Bestandsgebäude sind sehr schlecht eingestellt. Denn früher hat man, salopp gesagt, halt einfach geheizt. Dann kamen die Brennwertkessel, die eigentlich effizienter wären, wenn das System gut einreguliert ist. Das hat aber niemand verlangt, im Gesetz wurden nur die Brennwertkessel selbst gefordert. Erst heute mit den Wärmepumpen kommt die Effizienzdiskussion auf. Jetzt haben alle das Gefühl, Effizienz wäre ein Problem der Wärmepumpen, dabei wäre sie bei Öl- und Gasheizungen bereits gefragt gewesen. In vielen Gebäuden wurden vielleicht mal die Fenster ersetzt. Aber danach hat niemand geprüft, ob man die Vorlauftemperaturen senken kann. Deshalb werden auch heute Wärmepumpen zu gross dimensioniert, sogar im Industriebereich, wo Vorlauftemperaturen bis zu 160 Grad möglich sind. Würde man mehr Geld in Planung investieren, könnte man insgesamt sparen.
Das heisst auch: Man thematisiert den grossen Stromverbrauch, aber der grosse Ölverbrauch interessiert niemanden.
Ja, das ist aber ein weltweites Problem. Erdöl ist endlich und deshalb sehr wertvoll. Wir benötigen es ja auch für die Herstellung von Medikamenten. Trotzdem verschwenden wir es einfach. Weil die externen Kosten nicht eingepreist sind; Umweltverschmutzung ist oft leider noch gratis.
Zurück zur Schweiz. Die Kantone haben inzwischen verschiedene Instrumente, um den Wandel zu erneuerbarer Wärme voranzutreiben: von Verboten über Förderprogramme hin zu Informationskampagnen. Was ist effektiv?
Zur Person:
Rita Kobler ist Umweltnaturwissenschaftlerin und Gebäude-Energie-Ingenieurin. Sie arbeitete sechs Jahre als Projektleiterin in der Abteilung EnergieContracting im Elektrizitätswerk der Stadt Zürich (ewz). Seit 2012 ist sie zuständig für die Wärmepumpentechnologie beim Bundesamt für Energie als Fachspezialistin erneuerbare Energien. Im Rahmen von EnergieSchweiz betreut sie Projekte zur Effizienzsteigerung, zur Qualitätssicherung, zum Wissenstransfer und zur Kommunikation mit Endkundinnen und Endkunden.
Gesetzliche Vorgaben wirken einfach. Punkt. Das hat man bei Neubauten gesehen, als die 80-20-Regel eingeführt wurde, die entweder einen Teil erneuerbare Energie gefordert hat oder sonst eine bessere Dämmung. Viele Generalunternehmen, die grosse Neubauprojekte planen, haben gesagt, dass ihnen die konkreten gesetzlichen Vorgaben eigentlich egal sind. Für sie ist es wichtig, dass sie die Vorgaben von Anfang an kennen, wenn sie die Ausschreibung machen. Als die neuen Energievorschriften für den Neubaubereich gekommen sind, war für sie klar: Jetzt wechseln wir auf Erneuerbare. Natürlich gibt es auch dort welche, die sich sträuben. Aber für die meisten gilt: Jede Diskussion, die sie nicht führen müssen, ist gespartes Geld. Und erneuerbare Energien sind im Wärmebereich auch meist einfach umzusetzen. Ausnahmen gibt es zum Beispiel in Berggebieten. Aber da bieten die Kantone Hand, tragbare Lösungen zu finden.
Schauen wir auf die Städte. Dort gibt es Fernwärmenetze, die oft mit Wärme aus Kehrichtverbrennungsanlagen (KVA) versorgt werden. Die verbrennen Kunststoffe und setzen damit fossiles CO2 frei. Wie gehen die damit um?
Auf die KVA kommen verschiedene Herausforderungen zu, aber die haben sie alle auf dem Radar. Eine ist, dass irgendwann im Zuge der Kreislaufwirtschaft die Abfallmenge abnehmen wird. Aber niemand weiss, wann das passiert. Man redet zwar davon, es gibt politische Vorstösse, um die Rahmenbedingungen für die Kreislaufwirtschaft zu verbessern. Trotzdem geht die Abfallmenge nicht zurück. Und die KVA haben den Auftrag, den Abfall zu verwerten. Die andere Herausforderung ist, die CO2-Bilanz zu verbessern. Im Winter haben Fernwärmenetze oft noch CO2-intensive Wärme, da Gas genutzt wird, um die Spitzen abzudecken. Deshalb investieren sie in Speicher, um diese Spitzen nicht zu haben. EWB in Bern will in einem Untergrundspeicher Wärme saisonal speichern. Ausserdem laufen Bestrebungen, dass man auch mit den Wärmebezügerinnen und -bezügern versucht, verbrauchsseitig die Spitzen zu glätten. Doch am Ende wird immer ein Teil an CO2-Emissionen bleiben, den man abscheiden muss. Aber dieser Vorgang ist sehr aufwendig und damit teuer. Wenn wir nicht wollen, dass die Kosten für die Klimaneutralität exorbitant sind, müssen wir erreichen, dass die Emissionen so tief wie möglich sinken. Denn dann müssen wir auch weniger CO2 abscheiden.
In Städten wie Basel gibt es Fernwärmenetze, die ausgebaut werden sollen. Welchen Anteil werden diese an der Dekarbonisierung der Wärme in der Schweiz haben?
Wir gehen davon aus, dass von der Wärme, die wir 2050 benötigen, 17 bis 22 Prozent Fernwärme sein werden. Das leiten wir aus der heutigen Entwicklung ab, die wir laufend korrigieren. Und wenn wir dieses Ziel sehen, heisst dass, dass wir jetzt den Ausbau forcieren müssen.
Manche sehen den Ausbau als logistisches Problem. Wie schätzen Sie das ein?
Es braucht sicher Zeit, das können wir nicht von heute auf morgen machen. Aber die Nachfrage ist gerade sehr hoch, in ganz Europa. Das heisst, dass der Markt zu spielen beginnt. Wir werden in der Folge mehr Innovation sehen, zum Beispiel durch mehr Modulbauweise. Sicher hilft auch die Digitalisierung, dass man etwa den hydraulischen Abgleich bereits via Smartphone im Stockwerk machen kann. Das digitale Bauen ist heute erst bei Neubauten Standard, vielleicht gibt es dort bald einen Sprung, dass es auch bei Sanierungen zum Einsatz kommt. An solche Skalierungen darf man glauben. Man hat lange von einem Sanierungsstau geredet. Jetzt sind wir in einer neuen Phasen mit viel Schwung, da muss manches noch anlaufen. Aber danach reagieren die Firmen. Das ist der Vorteil einer Marktwirtschaft, dass dieser Mechanismus funktioniert.
Immer wieder ist von Lieferengpässen bei Heizungsherstellern die Rede. Wie gross ist dieses Problem?
Ich glaube, das wird sich einpendeln, aber es wird noch eine Weile dauern. Eine Zeit lang gab es auch noch Verzerrungen durch Covid-19; die Chipknappheit hat auch Heizungen betroffen. Dann geopolitische Effekte wie der Krieg in der Ukraine, dessen Wirkung auf die Lieferketten aber wieder nachgelassen hat. Ich hoffe natürlich sehr, dass es zu keiner Eskalation in Taiwan kommt, denn das Land hat eine wichtige Rolle in der Weltwirtschaft. Früher waren stabile Prognosen etwas einfacher. Aber ich denke auch, dass die Leute gemerkt haben, dass man etwas früher planen muss. Wenn man rechtzeitig auf seine Installateurin oder seinen Installateur zugeht, kann sie oder er auch planen und einkaufen.
Und die Fachleute? Reichen die für die Ausbau- und Sanierungswelle?
Wir brauchen gute Leute in der Installation, in der Planung, im Service. Ja: Wir haben da einen grossen Bedarf. Aber es gibt auch Bildungsoffensiven auf verschiedenen Kanälen. Vielleicht gelingt es dabei noch mehr, herauszustreichen, wie heterogen diese Branche ist. Ich habe Kontakt mit vielen Leuten, und der gegenseitige Umgang ist sehr angenehm. Es wäre gut, das noch mehr zu zeigen, damit zum Beispiel auch junge Frauen abgeholt werden können. 50 Prozent der Bevölkerung werden nur wenig angesprochen für diese Berufe. Denn es ist eine sehr vielfältige Branche mit toller Arbeit. Wenn man einen sicheren Arbeitsplatz sucht, sollte man hier einsteigen.
Sie beobachten die technischen Entwicklungen im Heizungsbereich schon lange. Was für grosse Fortschritte gab es, und welche erwarten Sie?
Der grosse Fortschritt wird die komplett ins Energiesystem integrierte Wärmepumpe sein. Aktuell boomt der Zubau von Photovoltaikanlagen, die Strom bereitstellen, der genutzt werden will, Netze, die entlastet werden wollen. Dieser Prozess der Systemintegration von Wärmepumpen wird von Photovoltaikanlagen getrieben. Auch die Visualisierung der Energietechnik hat viel ausgelöst. Die Leute reden über ihre Solaranlagen, zeigen die Daten herum, posten sie im Internet. Solche Sprünge gab es in der Vergangenheit nicht. Das lag auch daran, dass der Markt lange stagniert hat. Die Hersteller hatten Angst, dass ihre Geräte zu teuer werden, und die Leute dann bei Öl- und Gasheizungen bleiben. Doch jetzt ist die Botschaft angekommen, und der Markt reagiert. Dieser Effekt von Gesetzen wird manchmal unterschätzt. Denn wenn die Industrie weiss, wo sie sich anpassen muss, kann sie auch investieren.
Was fehlt denn der Schweiz noch für den kompletten Umstieg von fossilen auf erneuerbare Wärmequellen?
Nichts. Es ist so einfach. Wir müssen umsteigen aus verschiedenen Gründen, und wir können es, wenn man einige spezialisierte Hochtemperaturanwendungen ausklammert. Wir wissen, wo es langgeht, und wir haben die Mittel dazu. Jetzt müssen wir umsetzen.
Interview. Paul Drzimalla, im Auftrag von IWB für das Magazin Klimadreh
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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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Die Versorgungssicherheit mit Strom ist das energiepolitische Hauptthema in der Frühlingssession 2023 der eidgenössischen Räte, die am 27. Februar 2023 beginnt. Nach dem Ständerat ist nun der Nationalrat als Zweitrat am Zug mit der Beratung des Bundesgesetzes über eine sichere Stromversorgung. Ganze drei Tage sind im Nationalrat für dieses Geschäft eingeplant. Weiterlesen
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Kühlschrank, Handy, Strassenlampen, Skilift, Röntgengerät, Maschinen in der Fabrik: Es braucht dafür nicht nur genügend Strom, sondern auch die entsprechenden Leitungen, die den Strom von den Stromerzeugungsanlagen zu den Verbrauchern und Verbraucherinnen bringen. Mit einer Informationskampagne will die nationale Netzbetreiberin auf die Bedeutung des Stromnetzes aufmerksam machen. Warum? Was ist das Ziel der Kampagne? Energeiaplus hat bei Patrick Mauron von Swissgrid nachgefragt:
Energeiaplus: Swissgrid ist fürs Übertragungsnetz zuständig. Warum braucht das Stromnetz mehr Aufmerksamkeit?
Patrick Mauron ist bei Swissgrid für strategische Kommunikation zuständig. Bild: Swissgrid
Patrick Mauron: Das Stromnetz ist das Rückgrat einer sicheren Stromversorgung. Neue Produktionsanlagen, wie beispielsweise grosse Solaranlagen oder Wasserkraftwerke, müssen zuerst ans Stromnetz angeschlossen werden – nur so kommt der Strom zu den Menschen nach Hause.
Doch schon heute hält der Netzausbau nicht mehr mit dem Kraftwerksausbau mit. Und das Strom- und Energiesystem steht vor einem enormen Wandel: Wir brauchen in Zukunft immer mehr Strom, zum Beispiel für Wärmepumpen, Elektroautos oder Rechenzentren. Beim Streaming via Netflix, beim Gamen am PC oder dem Handel von Kryptowährungen denkt kaum jemand an den dadurch steigenden Strombedarf.
Mit der Abschaltung der Kernkraftwerke im Mittelland verschiebt sich die Produktion in die Alpen, wo Wasserkraftwerke und grosse Photovoltaik-Anlagen erneuerbaren Strom produzieren sollen. Doch auch im Flachland produzieren immer mehr kleine Solaranlagen Strom, etwa auf Hausdächern, Gewerbeflächen oder Parkplatzüberdachungen. Unser Energiesystem wird folglich dezentraler und zunehmend vom Wetter abhängig.
Was heisst das nun für das Stromnetz in der Schweiz?
Das Stromnetz, und damit auch das Übertragungsnetz, muss diesen zukünftigen Bedürfnissen gerecht werden. Da gilt es, langfristig zu planen. Denn vom Projektstart bis zur Inbetriebnahme einer Leitung im Übertragungsnetz dauert es in der Regel 15 Jahre. Einsprachen und Gerichtsurteile in einer späteren Phase führen allerdings dazu, dass sich Projekte deutlich verzögern – und bis zu 30 Jahre dauern können. Vor dem Neubau zusätzlicher Kraftwerke muss also bereits der Netzausbau angegangen werden. Nur so gelingt der Anschluss neuer Produktionsanlagen an ein robustes Netz auch rechtzeitig. Deshalb plant Swissgrid schon heute das Netz für das Jahr 2040.
«Unser Netz» heisst der Titel der Kampagne: Was wollen Sie damit ausdrücken?
Wir alle brauchen Strom. Und wir verlassen uns darauf, dass er zuverlässig verfügbar ist. Rund um die Uhr. Deshalb ist Swissgrid der Auffassung, dass das Stromnetz uns alle angeht. Die Wirtschaft, die Politik, die breite Bevölkerung. Zudem ist «Unser Netz» auch ein Schulterschluss mit den Verteilnetzbetreibern, den Kraftwerksbetreibern und der Energiebranche. Die Schweiz verlässt sich auf EIN Stromnetz, das von zahlreichen Akteuren zuverlässig betrieben und im Auftrag der Bevölkerung stetig an neue Bedürfnisse angepasst wird.
Wen soll die Kampagne erreichen? Respektive: Was ist das Ziel davon?
Die letzten Monate riefen der Schweizer Bevölkerung in Erinnerung, wie wichtig eine sichere Stromversorgung ist. Den meisten ist aber nicht bewusst, welche Rolle das Stromnetz für die Energiezukunft spielt. Hier setzt die Kampagne an. Es geht darum, die Bedeutung des Netzes ins Bewusstsein der politischen Entscheidungsträger und der Schweizer Bevölkerung zu rufen und den Dialog dazu zu verstärken – mit dem Ziel, das Verständnis und die Akzeptanz für den notwendigen Um- und Ausbau dieser zentralen Infrastruktur zu fördern.
Herzstück der Kampagne ist ein kurzer Erklärfilm, der die komplexe Stromnetzplanung für das Netz der Zukunft leicht verständlich macht. Flankierend äussern sich Persönlichkeiten aus Politik, Wirtschaft, Wissenschaft und Gesellschaft in einer Videoserie zur Relevanz des Stromnetzes für die Zukunft des Landes.
Swissgrid will das Übertragungsnetz in den nächsten Jahren ausbauen. Im Strategischen Netz 2025 sind bereits zahlreiche Projekte geplant. (siehe: Netz der Zukunft (swissgrid.ch)). Geht es jedoch um den Bau von neuen Leitungen, ist Widerstand in der Regel garantiert. Sie haben es bereits erwähnt. Auch die Erhöhung der Spannung wird in Frage gestellt – derzeit ist dies bei der Leitung Bickigen-Chippis ein Thema. Was versprechen Sie sich diesbezüglich von der Kampagne?
Um unseren zukünftigen Bedürfnissen gerecht zu werden, braucht es die Modernisierung und den Ausbau des Übertragungsnetzes. Der Stromverbrauch der Schweiz nimmt bis 2040 um ca. 30 Prozent zu. Nun braucht es eine frühzeitige Planung, wie Swissgrid den Strom weiterhin zuverlässig und mit den notwendigen Übertragungskapazitäten dorthin transportieren kann, wo er gebraucht wird. Die Spannungserhöhung auf 380 Kilovolt, wie zum Beispiel auf der Leitung Bickigen – Chippis ist mit Blick auf die Energiestrategie des Bundes nötig, um die wachsende Stromproduktion aus Wasserkraft in den Alpen vollumfänglich ins Schweizer Mittelland zu transportieren.
Zudem werden die bestehenden Kapazitäten für Energieimporte aus dem Ausland erweitert. Das Übertragungsnetz lässt sich mit dem Autobahnnetz vergleichen: Die jetzige 220-Kilovolt-Leitung ist eine vierspurige Autobahn. Wollen wir auf dieser wichtigen Achse zukünftig viel mehr Strom transportieren, dann kommt es zu Netzengpässen. Um diese zu vermeiden, wird die Spannung auf 380 Kilovolt erhöht – die Leitung wird quasi zur sechsspurigen Autobahn.
Mit dem Szenariorahmen Schweiz steht erstmals eine Grundlage für eine koordinierte Netzplanung zur Verfügung. Wie wichtig ist das für Swissgrid?
Der Szenariorahmen Schweiz (SZR CH) wurde vom Bundesrat im November 2022 beschlossen und ist ein Instrument, das die verschiedenen wahrscheinlichen Entwicklungen der Energiewirtschaft in der Zukunft beschreibt – mit dem speziellen Fokus auf die Stromnetzplanung. Dabei fliessen die energiepolitischen Ziele des Bundes und die Entwicklung im europäischen Ausland mit ein.
Der SZR CH ist eine verbindliche Planungsgrundlage für die Netzbetreiber sowie für alle nationalen und kantonalen Behörden. Diese Verbindlichkeit schafft Planungssicherheit. Indem der SZR CH ein breites Spektrum an möglichen Zukunftsentwicklungen abdeckt, wird ein robustes Stromnetz für die Zukunft geschaffen.
Swissgrid war, neben anderen Interessengruppen, als Mitglied der Begleitgruppe an der Erarbeitung des SZR CH beteiligt. Der SZR CH soll nun alle vier Jahre aktualisiert werden.
Wer müsste sich jetzt ganz besonders für das Stromnetz einsetzen?
In erster Linie die Politik sowie die Behörden auf nationaler und kantonaler Ebene. Dann grundsätzlich jede und jeder, der an das Netz angeschlossen ist und darüber Strom bezieht oder selbst produzierten Strom einspeisen möchte. Ein Netzanschluss benötigt Zeit. Ob kleine Anlagen auf dem Dach oder grosse Solarparks: Alle, die ein Stromprojekt planen, sollten von Beginn an den Netzbetreiber involvieren.
Damit die Energiewende gelingt und wir unsere gewohnt sichere Stromversorgung bewahren, braucht die Schweiz ein gut ausgebautes und robustes Stromnetz. Strom soll rund um die Uhr verfügbar sein und dies möglichst ökologisch und günstig. Das ist keine Selbstverständlichkeit. Wir können uns aber dafür engagieren. Denn das Stromnetz geht uns alle an.
Unter www.swissgrid.ch/unser-netz finden Sie Antworten auf Ihre Fragen zum Übertragungsnetz. Oder Sie schicken eine Mail an info@swissgrid.ch.
Das Interview führte Brigitte Mader, Kommunikation, Bundesamt für Energie
An Lärmschutzwänden und Mauern entlang der Schweizer Nationalstrassen existiert ein unangetastetes Potenzial von rund 55 GWh Strom, welches mit Photovoltaikanlagen genutzt werden könnte. Das Bundesamt für Strassen ASTRA will dieses schlummernde Potenzial nun erschliessen: mit eigenen Solarstromanlagen sowie mit einem Bewerbungsverfahren für die Nutzung der Flächen durch Dritte. Weiterlesen
Grosse Solaranlagen in den Bergen, einfachere Verfahren für Windanlagen oder die Erhöhung der Grimsel-Staumauer im Berner Oberland: Die eidgenössischen Räte haben in der Herbstsession 2022 zahlreiche Entscheide zum Ausbau der erneuerbaren Energien getroffen. Folgend ein Überblick über die energiepolitischen Geschäfte, die die beiden Räte behandelt haben.
Setzt die Schweiz vermehrt auf erneuerbare Energien, spielen Speichertechnologien eine wichtige Rolle. Forschung und Industrie sind aktuell damit beschäftigt, entsprechende Technologien effizienter und einfacher zu machen.
Für eine nachhaltige Energieversorgung wird in der Schweiz die Photovoltaik kräftig ausgebaut. Anders als herkömmliche Kraftwerke brauchen Solaranlagen für die Stromerzeugung keine Generatoren. Damit fehlen die rotierenden Massen, die in der bisherigen Stromversorgung das Netz stabilisieren. Eine Studie der ETH Zürich zeigt, wie die Problematik umgangen werden kann: mit dem ‹netzunterstützenden› Betrieb von Umrichtern, wie sie in Solaranlagen, aber auch in Windkraftwerken und Batteriespeichern verbaut sind. Weiterlesen
