Ein Arbeitskollege äußerte neulich den Verdacht, dass womöglich die Fläche Deutschlands zur Deckung des deutschen Stromverbrauchs aus Solarstrom überhaupt nicht ausreicht. Das konnte ich zwar nicht glauben, aber durch Fakten widerlegen konnte ich seine These ad hoc auch nicht. Dadurch wurde mein Ehrgeiz geweckt, was zu einer kurzen abendlichen Überschlagsrechnung führte.
Schließlich konnte ich zeigen, dass bereits 2,6% der deutschen Landfläche ausreichen, um den deutschen Stromverbrauch aus Solarstrom zu decken. Die schwierigste Aufgabe besteht bei solchen Fragen meistens in der Suche nach vertrauenswürdigen Zahlen.
Deutscher Stromverbrauch
Solche volkswirtschaftlichen Daten findet man häufig beim Statistischen Bundesamt. Dort wird für 2016 ein Verbrauch von 598 TWh, also 598 000 000 000 kWh angegeben. Zum Vergleich: Mein eigener Stromverbrauch betrug im Jahr 2015 ca. 1200 kWh.
Flächennutzungsgrad
Solarmodule werden sehr gerne unter einem gewissen Winkel zur Erdoberfläche aufgestellt, um den Energieertrag pro Modul zu maximieren. Dadurch kommt es allerdings bei einer tiefer stehenden Sonne, was ziemlich oft der Fall ist, zur Verschattung der nächsten Modulreihe. Deshalb wird beispielsweise bei Flachdach- oder Freiflächenanlagen ein Abstand zwischen den Modulreihen gelassen. Dieser Abstand führt dazu, dass die gesamte Modulfläche meistens weniger als 50% der benutzten Landfläche ausmacht. Für meine Überschlagsrechnung werde ich einen Flächennutzungsgrad von 45% ansetzen, den auch Konrad Mertens 2015 in seinem Buch Photovoltaik (Provisions-Link) bei der Abschätzung des Potenzials von Freiflächenanlagen nutzt (Kap. 11.1.2).
Stromertrag pro m² Modulfläche
Für diese Kennzahl musste das „Sunmodule Plus SW 300 mono“ des relativ bekannten deutschen Produzenten SolarWorld herhalten (ich hätte an dieser Stelle auch einen beliebigen anderen Hersteller wählen können). Das Modul mit den Abmessungen 1657×1001×33 mm³ liefert eine Maximalleistung von 300 Wp. Umgerechnet sind das 0,18 kWp pro m².
Und wie viele kWh erntet man jetzt mit einem kWp installierter Leistung? Freundlicherweise hostet der Solarenergie Förderverein eine Webseite mit Ertragsdaten von deutschen PV-Anlagen. In den Jahren 2001 bis 2016 wurden im Bundesdurchschnitt zwischen 800 und 1000 kWh pro installiertem kWp geerntet. Dass in den Jahren davor die 800 kWh/kWp Marke auch manchmal unterschritten wurde, zeigt sehr schön die Verbesserung des Wirkungsgrades von PV-Anlagen seit damals. Für die Überschlagsrechnung verwende ich einen konservativen Stromertrag von 800 kWh/kWp. Nutzt man das „SW 300“-Modul, erhält man pro Jahr somit einen Stromertrag von 144 kWh pro m² Modulfläche.
Überschlagsrechnung
Werfen wir die Zahlen nun zusammen. Pro m² Modulfläche erhalten wir im Jahr 144 kWh an elektrischer Energie. Bei einem Flächennutzungsgrad von 45% ergibt das aber nur 0,45⋅144=64,8 kWh elektrischer Energie pro m² Freilandfläche. Um den deutschen Stromverbrauch von 598 TWh im Jahr zu decken, braucht man also 598 000 000 000/64,8=9 228 395 000 m². Das sind umgerechnet 9228 km², ganz schön viel.
Aber es sind auch „nur“ 2,58% der deutschen Landfläche von rund 357 588 km². Zum Vergleich: In Deutschland haben wir Menschen bereits 5,5% der Landfläche versiegelt. Trotzdem würde die Fläche des Saarlandes von rund 2570 km² nicht zur Stromversorgung der Bundesrepublik ausreichen. Würden die Module in einem Quadrat gebaut werden, wäre dessen Kantenlänge immerhin 100 km. Also könnte ich dann 100 km weit fahren und um mich herum ausschließlich Solarmodule sehen. Das Quadrat sähe dann in etwa so aus:
Autor: C. Busch, Hamburg (modifiziert durch J. Thewes)
Lizenz: CC BY-SA 3.0 (Kurzfassung)
Fazit
Also können wir festhalten, dass es theoretisch möglich wäre, den Stromverbrauch der Bundesrepublik ausschließlich mit Solarstrom aus dem eigenen Land zu decken. In der Praxis würde man aber keine einzelne zusammenhängende Fläche dafür verwenden, sondern viele verteilte Anlagen. Genau so, wie es im Rahmen der Energiewende bereits geschieht. Trotzdem hat unsere kleine Rechnung noch ein paar Lücken.
Um eine vollständige Energiewende zu vollziehen und keine fossilen oder nuklearen Energieträger mehr zu nutzen, müssen wir in Deutschland auch den Verkehr und die Wärmeversorgung umstellen. Dieser signifikante Energiebedarf ist noch nicht in unserer Rechnung enthalten. Auf der anderen Seite wäre es auch etwas kurzsichtig, ausschließlich Solarenergie zu verwenden. Schließlich haben wir besonders in Deutschland auch Zugang zu anderen erneuerbaren Energien wie zum Beispiel Wind- oder Wasserkraft.
In jedem Fall ist die Energiewende eine gewaltige Herausforderung und Solarstrom ist definitiv in der Lage, einen deutlichen Beitrag zur Erhaltung unserer Energieversorgung zu leisten.
