Photovoltaik

In den letzten Jahren ist die Suche nach neuen erneuerbaren Energiequellen intensiviert worden. Viele der heute genutzten Energieträger belasten unsere Umwelt und sind in der Ergiebigkeit begrenzt. Die Nutzung erneuerbarer Energiequellen gewinnt zunehmend an Bedeutung. Photovoltaik (PV), die direkte Umwandlung von Sonnenlicht in Elektrizität, ist neben der Wasserkraft eine der umweltfreundlichsten Methoden Strom zu erzeugen /1/. Seit 1980 wurden in Österreich Photovoltaikanlagen mit einer Gesamtleistung von knapp 800 kW errichtet /2/ . Die Verteilung auf die einzelnen Systemkategorien zeigt, daß ein großer Teil der Anlagen abgelegene Verbraucher mit Strom versorgt (PV-Inselsysteme: 45 %). Wachsendes Umweltbewußtsein, Interesse an der neuen Technik sowie sinkende Komponentenpreise haben auch zum Bau von netzgekoppelten PV-Anlagen geführt. Durch eigene Forschungs- und Demonstrationsprojekte haben die österreichischen Stromversorger zur Erforschung dieser neuen Energiequelle einen wesentlichen Beitrag geleistet (EVU-Projekte >120 kWp: Loser / Altaussee, Seewalchen, Mooserboden / Kaprun, HTBLA-Wien X etc.).
Organisation der österreichischen PV-Förderprogramme
Am 12. Mai 1992 wurde der \"200 kW - Photovoltaik - Breitentest\" ins Leben gerufen. Diese Aktion umfaßt private Solarstromanlagen im Leistungsbereich von 1 bis 3,6 kWp mit einem Gesamtumfang von 200 kWp. Das österreichische \"Solardachprogramm\" wird gemeinsam vom Verband der Elektrizitätswerke Österreichs (VEÖ), vom Bundesministerium für wirtschaftliche Angelegenheiten und vom Bundesministerium für Wissenschaft und Forschung organisiert.
Eine entsprechend besetzte Fachjury hat aus den eingelangten Bewerbungen insgesamt 96 Anlagen ausgewählt /4/. Im April 1993 war bereits das ganze Breitentestvolumen ausgeschöpft und alle Förderzusagen zugestellt. Bewerbungen im Umfang von 190 kWp mußten leider abgewiesen werden. Der Förderbeitrag beträgt 80.000.- je kWp installierter Solarmodulleistung. Das entspricht etwa 44 % der Gesamtkosten von öS 183.000.- je kWp. Von November 1993 bis Jänner 1994 stieg der Anteil der ausbezahlten und in Betrieb befindlichen Anlagen von 56 % auf 70 % ( von 113 kWp auf 139 kWp / 64 Projekte). Im Laufe des Sommers 1994 werden wahrscheinlich die restlichen Anlagen in Betrieb gehen. Uns sind bisher etwa 5 Rücktritte bekannt. An ihre Stelle rücken andere Bewerber aus der Reihe derjenigen, die sich schon angemeldet haben, aber leider nicht mehr berücksichtigt werden konnten.
Die \"100 kWp - Photovoltaik - Förderaktion\" des Bundeslandes Oberösterreich wurde bereits im Sommer 1991 gestartet. Die Finanzierung erfolgt aus dem OÖ-Umweltfonds. Von den Anlagenkosten werden 50 % durch diese Förderung abgedeckt (inkl. Eigenleistungen). Mit Stichtag 27. 1. 1994 sind 50 Projekte im Umfang von 85 kWp ausbezahlt worden. Diese Förderaktion wurde im April 1994 weiter verlängert.

Kostensituation
Das deutsche und das schweizerische Dächerprogramm haben zur Produktion einer größeren Anzahl von Solarwechselrichtern geführt. Auf die Preise hat sich dieser Umstand günstig ausgewirkt. Bei den Solarmodulpreisen war allerdings keine eindeutige Preissenkung festzustellen. Für die großen Hersteller in Übersee war der Umfang der europäischen Dächerprogramme wahrscheinlich auch nicht sehr spürbar. Ein weiterer wichtiger Punkt für die Preisentwicklung ist die Montage und Installation der Anlage. Hier stehen wir eher am Beginn einer Lernkurve. Mit wachsender Erfahrung werden sich auch diese Kosten reduzieren lassen.
Der Mittelwert der spezifische Systemkosten liegt heute bei etwa S 183.000.- je kWp installierter Solarmodulleistung. Die Gesamtkosten sinken mit wachsender Anlagengröße etwas ab. Die Schwankungsbreite der spezifischen Gesamtkosten von Anlagen ähnlicher Größe ist noch sehr groß. Für die Kunden der Solarfirmen ist das sicher ein unbefriedigender Umstand. Der Mittelwert der spezifischen Modulkosten liegt beim Breitentest etwa bei S 115.000.- je kWp. Auch bei größeren Anlagen ist keine Reduktion dieses Kostenanteils festzustellen. Um die spezifischen Kosten der Breitentestanlagen besser einordnen zu können, haben wir einen Vergleich mit anderen ausgeführten Photovoltaiksystemen angestellt.
Dabei zeigt sich, daß die Abweichungen der Errichtungskosten in [öS/kWp] eher gering sind (alle Angaben incl. MWSt.):
183.000.- Österreichischer Photovoltaik Breitentest
175.000.- Deutsches 1000-Dächer Programm (3/93)
182.000.- 40 kW Anlage Schallschutzwand Autobahn A1, Seewalchen
216.000.- 30 kW Alpine Anlage Loser/Altaussee
100.000.- SMUD-Solardachprogramm (Sacramento 1993, US $ 8.- je kWp)

Einen gewissen Einfluß auf die Kostenstruktur könnten auch die fallweise erbrachten Eigenleistungen der Anlagenbesitzer haben. Beim Abrechnungsverfahren der oberösterreichischen Photovoltaik - Förderaktion werden auch diese Aufwendungen finanziell bewertet und bezahlt.
Teilnehmerbefragung, erste Analysen
Im Juli 1993 hat das Organisationsteam der Breitentestaktion eine Teilnehmerbefragung durchgeführt. Von den 96 ausgeschickten Fragebögen sind bis jetzt 40 zurückgekommen. Zur besseren Einordnung der Rücklaufquote soll ergänzt werden, daß derzeit 64 PV-Systeme in Betrieb sind. Unser Ziel war es, Näheres über die Zufriedenheit der Breitentestteilnehmer mit der Organisation des Förderprogrammes erfahren. Nach dem Vorbild des Fragebogens der Firma \"Sotech\" haben wir uns über die Freundlichkeit, die Schnelligkeit, die Zuverlässigkeit und die Kompetenz erkundigt. Insgesamt wurden alle beteiligten Organisationen und Firmen (Installateure) mit guten Noten bedacht. Nur bei der Schnelligkeit gab es neben der \" 1 \" auch die Noten \" 2 \" und \" 3 \" mit einiger Häufigkeit (Bild 3 und Bild 4). Mit Hilfe des zweiten Fragenbereichs wollten wir mehr darüber erfahren was die Motive waren, die zur Breitentestteilnahme geführt haben.
Als Hauptbeweggründe eine PV-Anlage bauen zu wollen stellten sich der Umweltschutzgedanke, das technische Interesse sowie der Wunsch nach der Demonstration der Machbarkeit heraus. Weitere Fragen ergaben, daß ein Großteil auch andere erneuerbare Energiequellen wie Wärmepumpen und thermische Solarkollektoren nutzt. Auch die bessere Wärmedämmung des Wohnhauses sowie der Einsatz effizienterer Haushaltsgeräte wurde vielfach genannt.
Interessant ist weiters, daß die Betreiber alle älter als 35 Jahre sind. 7 von ihnen sind sogar über 65 Jahre alt. 8 % der Anlagen wurden im Auftrag von Vertreterinnen des weiblichen Geschlechts errichtet. Die Verteilung nach dem Beruf der Anlagenbetreiber wird in Bild 7 dargestellt.
Stromertrag und Energiebilanzen
Die in der letzten Zeit publizierten Betriebsergebnisse verschiedener mitteleuropäischer PV-Anlagen variieren von 538 bis 1.100 [kWh/kWp.a]. Dieser Umstand belegt, daß die Systemkonzepte noch genauer untersucht und verbessert werden müssen. Insbesondere herrscht vielfach noch Unklarheit über den genauen Anteil des Solarstroms, der im eigenen Haus genutzt werden kann.
In der Literatur findet man mindestens 2 Definitionen für den solaren Deckungsgrad. Die eine geht vom Anteil des tatsächlich im Haushalt verbrauchten Solarstroms (WX) aus und bezieht diesen Wert auf den gesamten Haushaltsstrombedarf (Version I). Bei der zweiten Version wird der gesamte erzeugte Solarstrom durch den Haushaltsstrombedarf dividiert. Eine weitere Systemkenngröße ist der Anteil des produzierten Solarstroms, der direkt im eigenen Haushalt verbraucht werden kann. Dieser Wert gibt Auskunft über die Gleichzeitigkeit von Solarstromangebot und Haushaltsstrombedarf. In den meisten Tarifsystemen werden die Betreiber der PV-Anlage versuchen, möglichst viel Solarstrom direkt im eigenen Haushalt zu verbrauchen.
Der Stromertrag von Photovoltaiksystemen ist eines der am meisten diskutierten Themen. Vielfach zitierte Zahlenangaben lassen sich oft schwer vergleichen, weil die Anlagen an verschiedenen Standorten betrieben werden. Ein erster Schritt zur Vergleichbarkeit ist die Angabe der spezifischen Solarstromproduktion in [kWhAC / kWP]. Um die Standorteinflüsse, wie die monatliche Einstrahlungssumme zu eliminieren, wurde die Kennzahl \"Performance Ratio\" (PR) definiert. Hier wird der spezifische Solarstromertrag aus Bild 12 (nicht im Internet verfügbar) noch durch die monatliche Einstrahlungssumme dividiert. Auf diese Weise bekommt man einen Anlagenkennwert, der nur noch von den Systemeigenheiten beeinflußt wird. Als Beispiel wird hier der Verlauf des Performance Ratio der österreichischen IEA - SHCP/Task 16 - Demonstrationsanlage W. Weiß / Gleisdorf abgebildet (Bild 13 - nicht im Internet verfügbar). Die Problematik bei der Berechnung des PR liegt darin, daß man die Einstrahlungssumme auf die Modulebene kennen muß. Da die Breitentestanlagen normalerweise nicht mit Pyranometern und Integratoren ausgestattet sind, muß man sich mit den Meßwerten von nahegelegenen Pilotprojekten behelfen (z.B. OKA: Linz, Gmunden, Seewalchen, Loser bzw. Grazer Stadtwerke etc. ). Diese Methode stellt, allein wegen der unterschiedlichen Generatorneigungen, eine Näherung dar. Es wurde daher in der Energieforschungsgemeinschaft des Verbandes der E-Werke Österreichs beschlossen, an 10 Projekten zusätzlich Globalstrahlungsmeßgeräte zu installieren.
Photovoltaik-Einspeisetarife
Die Einspeisetarife für Solarstrom gehören zu den heikelsten Themen. In Diskussionen reicht die Bandbreite der Argumente von der Vergütung der vermiedenen Kosten (Brennstoffkosten) bis zur kostendeckenden Abgeltung aller Aufwendungen bei der PV-Stromproduktion. Im Gegensatz zu anderen Ländern war in Österreich schon immer die Einspeisung von Überschußstrom aus kleinen Wasserkraftwerken erlaubt. Die dort angewendeten Tarife gelten derzeit auch für Photovoltaiksysteme.
Diese Entgeltregeln orientieren sich am Verbundtarif, der für den Strombezug der EVU von der Verbundgesellschaft angewendet wird:
Winter, Hochtarif: 0,700 öS/kWh (excl. MWSt.)
Sommer, Hochtarif: 0,414 öS/kWh

Sommer, Niedertarif: 0,369 öS/kWh
Während der Wintermonate (Oktober bis März) kommt bei PV-Anlagen nur der Hochtarif zum Tragen, weil in der Niedertarifzeit (22.00 bis 6.00 h) keine Einspeisung möglich ist. Im Sommer ist die Niedertarifzeit von Montag bis Freitag von 22.00 - 6.00 h und von Samstag 13.00 bis Montag 6.00 h vereinbart. In den Sommermonaten fallen etwa 20 % der Stromproduktion in den Niedertarifzeitraum. Einige EVU verwenden im Sommer und im Winter den höheren Tarif (Vorteil: kein Doppeltarifzähler / Rundsteuerempfänger nötig). Im Jahr 1992 wurde von den österreichischen E-Werken für den Photovoltaik-Breitentest der sogenannte \"Solarschilling\" eingeführt. Hier handelt es sich um eine Vergütung von öS 1.- für jede kWh, die von der PV-Anlage produziert werden kann. Dieser Betrag wird für 10 Jahre im Voraus beim Einschalten des PV-Systems vom E-Werk ausbezahlt (Annahme: PV-Produktion 1.000 kWh /kWP , --> 10.000.- öS / 1 kWP).
Im Dezember 1993 wurde vom Plenum des österreichischen Nationalrats ein Entschließungs- antrag verabschiedet, der für Photovoltaikstromeinspeiser eine Verdoppelung der Tarifansätze aus der obigen Tabelle vorsieht. Die Details dieser Regelung werden derzeit gerade ausgehandelt. Im Gegensatz zum \"Solarschilling\" sollen die neuen Tarife aber nur für die tatsächlich ins Netz als Überschuß eingespeiste Elektrizitätsmenge gelten. Für alle Tarifregelungen, die vom 1:1 Modell abweichen, ist es wichtig zu wissen, welcher Anteil des produzierten Solarstromes nun wirklich ins Netz eingespeist wird. Neben dem Jahreswert ist auch der saisonale Verlauf von Interesse, insbesondere wenn der Einspeisetarif von der Jahreszeit abhängt.
Durch Simulation wurde versucht eine erste Antwort zu geben . Das Studium der Zählerauswertungen zeigt jedoch, daß sich das Verhalten der Anlagenbetreiber in diesem Punkt stark voneinander unterscheidet. In Bild 15 (nicht im Internet verfügbar) sind die Kennwerte der Breitentestanlagen im Vergleich zu den durch Simulation erhaltenen Kurven eingetragen. Der Simulation nach Plewnia (KFA-Jülich, No. 415, 1987) liegt ein jährlicher Haushaltsstromverbrauch von 5.760 kWh zugrunde. Bei der OKA-Simulation mit \"PV1.01\" wurde von uns eher an einen Solarhaushalt gedacht und ein jährlicher Strombedarf von 2.605 kWh eingesetzt /8/. Den jahreszeitlichen Verlauf des im Haushalt direkt genutzten Solarstroms der Breitentestanlagen haben wir in Bild 16 (nicht im Internet verfügbar) zusammengezeichnet. Auch hier werden die unterschiedlichen Stromverbrauchsgewohnheiten der Breitentestteilnehmer sichtbar.
Aus Zeitgründen haben wir bisher nur die Kategorie der Pensionisten eingezeichnet. Diese Gruppe ist vermutlich auch tagsüber mehr zu Hause, wodurch sich eine bessere Gleichzeitigkeit von Strombedarf und Solarstromangebot ergibt.
Ausblick
Studien aus verschiedenen Ländern schätzen den möglichen Anteil der Photovoltaik an der künftigen Stromversorgung auf 4 bis 8,5 %. Dabei wurden nur die leicht erschließbaren Dach- und Fassadenflächen eingerechnet. Die Akzeptanz der neuen Technik durch die Öffentlichkeit wird auch in großem Ausmaß von einem positiven optischen Erscheinungsbild der Breitentestanlagen abhängen. Nur durch gute Demonstrationsanlagen und konsequente Weiterentwicklung der Systemtechnik kann der Photovoltaik in Österreich eine reale Chance eröffnet werden. Die Entwicklung von effizienten und zuverlässigen Komponenten und deren optimale Abstimmung aufeinander ist für eine weitere positive Entwicklung unbedingt nötig.
Auch wenn die technischen Probleme gelöst sind, wird die Geschwindigkeit der Markteinführung von folgenden Randbedingungen abhängen:

Strom- bzw. Energiepreisniveau
Kostenentwicklung der PV-Komponenten

Umweltvorschriften
Verfügbares Flächenpotential

Akzeptanz
Mit dem österreichischen 200 kW Photovoltaik Breitentest und den PV-Pilotprojekten soll insbesondere im Bereich der technischen Umsetzung ein Beitrag zur weiteren Entwicklung dieser umweltfreundlichen Energieform geleistet werden.