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Solarstromspeicher – bedingt wirtschaftlich?

Eine Kritik an der Solarstromspeicherstudie der HTW Berlin

Autor: Dr. Rüdiger Paschotta

Datum: 2015-06-08

Eine erst kürzlich erschienene Studie mit dem Titel "Dezentrale Solarstromspeicher für die Energiewende" [1] von Autoren der HTW Berlin befasst sich ausführlich mit dem Einsatz von dezentralen Solarstromspeichern, die tagsüber überschüssigen Strom aufnehmen (der sonst in das Netz eingespeist würde) und die Energie abends wieder abgeben können. In dem massenhaften Einsatz dieser Technik sehen die Autoren eine realistische Möglichkeit, den Anteil der Photovoltaik an der deutschen Stromversorgung massiv auszuweiten – weit über den "Deckel" von 52 GW hinaus, der für die gesamte Leistung der Photovoltaikanlagen bisher gesetzlich vorgesehen ist.

Einer der Knackpunkte dieses Ansatzes ist natürlich die Frage der Wirtschaftlichkeit, der sich die Autoren auch in einem sieben Seiten langen Kapitel annehmen. Sie diskutieren diverse Einflussfaktoren und machen für ihr Referenzszenario diesbezüglich einige Annahmen:

• Die Investitionskosten für das Speichersystem setzen sie mit 1500 €/kWh (brutto) an; dies ist heutzutage nur mit Systemen auf der Basis von Blei-Akkus möglich, während Systeme mit Lithium-Akkus im Preis noch deutlich höher liegen.

• Für die Nutzungsdauer des Gesamtsystems werden 20 Jahre angenommen. Dies ist für den Photovoltaik-Teil wohl realistisch, für die Batterien (Akkumulatoren) jedoch kaum; es würde wohl auch kaum ein Hersteller eine Garantie für einen so langen Zeitraum geben (selbst bei Lithium-Akkus).
• Jährliche Betriebskosten von 1,5 % der Investitionskosten für das Gesamtsystem werden angenommen. Ob diese Summe genügt, das Speichersystem 20 Jahre lang betriebsfähig zu halten, ist zumindest fraglich.
• Die Einspeisevergütung beträgt 12 ct/kWh, die Strombezugskosten sind 34 ct/kWh im Mittel über die 20 Jahre, und der Kalkulationszinssatz ist 4 %.

• Außerdem gibt es natürlich Annahmen über die Qualität des Standorts der Anlage bezüglich klimatischer Bedingungen, Ausrichtung der Solarmodule und den Verschattungsgrad. Irritierenderweise werden die entsprechenden Annahmen aber nicht offen gelegt, ja nicht einmal erwähnt. Es ist zu vermuten, dass ziemlich optimale Bedingungen angenommen wurden.

Wird die Wirtschaftlichkeit nun erreicht?

Auf der Basis ihrer Berechnungen behaupten die Autoren, PV-Speichersysteme könnten heute schon wirtschaftlich eingesetzt werden, vorausgesetzt dass die nutzbare Speicherkapazität nicht zu hoch gewählt wird. Diese Behauptung ist angesichts der berechneten Resultate ziemlich erstaunlich. Das rechte Diagramm in Bild 26 der Studie (Seite 43) zeigt unter anderem die Abhängigkeit der mittleren Stromkosten des Systems von der nutzbaren Speicherkapazität. Hier findet man nun, dass diese Kosten ohne jeden Speicher am geringsten sind (ca. 29 ct/kWh, deutlich unter den angenommenen Strombezugskosten aus dem Netz), mit zunehmender Speicherkapazität aber erheblich ansteigen – beispielsweise auf ca. 37 ct/kWh bereits für eine nutzbare Speicherkapazität von 1 kWh pro MWh Jahresverbrauch – was noch eine ziemlich geringe Kapazität ist.

Eine unbefangene Person würde daraus natürlich unweigerlich schließen, dass der Einsatz eines Batteriespeichersystems klar unwirtschaftlich ist – wie kann es anders sein, wenn die effektiven Stromkosten umso mehr ansteigen, je mehr man davon verwendet? Bei genauerem Hinsehen erkennt man, wie die Autoren trotzdem eine Wirtschaftlichkeit für Speicherkapazitäten unterhalb von 0,6 kWh pro MWh Jahresverbrauch kommen: Sie betrachten gar nicht das eigentliche Speichersystem, sondern das Gesamtsystem aus Photovoltaik und Speicher im Vergleich zum reinen Strombezug aus dem öffentlichen Stromnetz, verschleiern dies allerdings durch die Verwendung des Begriffs "PV-Speichersystem", worunter sicherlich viele Leser nur das Speichersystem (eben ein Speichersystem für PV-Anlagen) und nicht das Gesamtsystem verstehen würden. Die angebliche Wirtschaftlichkeit ist also lediglich so zu verstehen, dass die gegebene Wirtschaftlichkeit des reinen PV-Systems (ohne Energiespeicher) durch das Hinzufügen des Speichersystems nicht gänzlich zunichte gemacht wird! Mit der gleichen Methode könnte man freilich auch behaupten, das Hinzufügen eines esoterischen Orgon-Akkumulators, welcher die Kosten erhöht, ohne einen zusätzlichen Ertrag zu bringen, sei ebenfalls wirtschaftlich, solange dieses Gerät nicht zu hoch dimensioniert wird. Offenkundig handelt es sich um eine ziemlich schräge Interpretation der berechneten Resultate.

Bemerkenswert ist auch der Umstand, dass der Anstieg der Stromkosten mit zunehmender Speicherkapazität kaum weniger steil ist als der Anstieg der Investitionskosten. Daran erkennt man, dass die finanziellen Erträge, die man durch den Speicher erzielt, sehr gering sind; damit kann nur ein kleiner Teil der Investitionskosten des Speichers amortisiert werden. Ich habe dies bereits in einem früheren Artikel vorgerechnet [2]. Ein reines PV-System (ohne Speicher) ist dagegen unter nicht allzu schlechten Bedingungen durchaus vollständig amortisierbar und wirft danach Gewinne ab.

Nun mag mancher Betreiber einer Solaranlage bereit sein, eine gewisse Verschlechterung der Wirtschaftlichkeit seiner Anlage durch einen Solarstromspeicher hinzunehmen, wenn er sich dadurch besser fühlt – etwa als Vorreiter der Energiewende oder durch einen höheren Autarkiegrad. Allerdings wird er dann meistens einen eher kleinen Speicher einsetzen, da die Kosten sonst allzu schmerzhaft ansteigen; vielleicht wird er sogar versuchen, sich im Bereich unterhalb der oben genannten "Wirtschaftlichkeitsgrenze" von 0,6 kWh/MWh zu bewegen. Bei einem Einfamilienhaus mit einem Jahresverbrauch von 4000 kWh = 4 MWh ergäbe dies eine Speichergröße von unter 2,4 kWh – also deutlich weniger, als was heute typischerweise angeboten wird.

In diesem Zusammenhang stößt man dann rasch auf eine sehr fragwürdige Annahme der Studie, nämlich dass die Kosten des Speichers proportional zu seiner Kapazität seien. In Wirklichkeit brächte eine Halbierung der Kapazität aber viel weniger als eine Halbierung der Investitionskosten, und für eine immer weiter reduzierte Kapazität gehen die Kosten eben keineswegs gegen Null, sondern vielmehr gegen einen fixen Betrag. Dies bedeutet, dass die Kosten für sehr kleine Speicher – soweit sie überhaupt angeboten werden – in Wirklichkeit viel höher wären, als sie in der Studie angenommen wurden; die Kurve mit den durchschnittlichen Stromkosten in Bild 26 würde also bei kleinen Speicherkapazitäten in Wirklichkeit ziemlich flach auf einem deutlich höheren Niveau verlaufen. Ob man damit überhaupt noch unter die Strombezugskosten aus dem Netz käme, ist zumindest fraglich – selbst für ziemlich optimale Standorte.

Die Zeit nach Erreichen des 52-GW-Deckels

In das Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) wurde 2012 die Bestimmung eingeführt, dass die Förderung der Photovoltaik beendet werden soll, wenn eine maximale Gesamtleistung von 52 GW erreicht ist. Dies würde bereits bald nach 2020 der Fall sein. Falls der 52-GW-Deckel in dieser Form erhalten bliebe, würde dies einen abrupten Stopp für den Zubau von Photovoltaikanlagen bedeuten, da ein betriebswirtschaftlich sinnvoller Betrieb ohne Einspeisevergütung wohl nicht möglich sein wird.

Überraschenderweise wird der 52-GW-Deckel in dieser Studie gar nicht erwähnt, obwohl er ja für die Zukunft der Photovoltaik in Deutschland, die den Autoren ja sehr am Herzen liegt, schon sehr bald eine niederschmetternde Wirkung haben könnte. Offenkundig stellt sich hier die Frage, ob Solarstromspeicher geeignet sein könnten, um dieses Problem zu lösen. Im Prinzip wäre ja denkbar, dass neue Anlagen dann eben immer mit einem solchen Solarstromspeicher ausgestattet werden müssen, der all die elektrische Energie, die momentan nicht selbst verbraucht werden kann, oder jedenfalls einen großen Teil davon, einspeichert und damit für eine spätere Nutzung aufbewahrt.

Leider kann man sich aber leicht ausrechnen, dass dieser Ansatz nicht annähernd betriebswirtschaftlich rentabel sein kann – selbst wenn weiterhin der Eigenverbrauch nicht mit der EEG-Umlage belastet wird. In diesem Falle könnte man ja gerade nicht mit einem sehr kleinen Speicher arbeiten, sondern bräuchte eine Kapazität, die in der Größenordnung eines Tagesverbrauchs von z. B. 10 kWh im Falle eines Einfamilienhauses läge. Man könnte nun nicht mehr die frappante Unwirtschaftlichkeit eines kleinen Speichers mit finanziellen Überschüssen des PV-Anteils kaschieren. Übrigens ergäbe sich in dieser Situation nicht unbedingt eine höhere Zahl von Lade-/Entladezyklen der Batterien pro Jahr oder über die Lebensdauer, sondern eher eine noch geringere, weswegen die Wirtschaftlichkeit auch nicht durch die geänderten Umstände des Betriebs hergestellt werden könnte. Somit bleibt dieser Ansatz eine Sache für Photovoltaik-Freaks, denen die Wirtschaftlichkeit egal ist – sicher keine gute Grundlage für eine weite Verbreitung solcher Anlagen. Und eine solch dramatische Aufstockung der staatlichen Förderung, dass diese Speicher betriebswirtschaftlich vertretbar werden, ist politisch sicher nicht möglich.

Man darf sicher davon ausgehen, dass die Autoren der Studie den 52-GW-Deckel sehr konkret vor Augen haben und entsprechende Szenarien – mit Betrieb von Photovoltaikanlagen ohne Netzeinspeisung, aber mit großem Speicher – schon längst durchgerechnet haben. Vermutlich haben sie aufgrund der ernüchternden Ergebnisse davon Abstand genommen, solche Resultate in der Studie zu präsentieren. Effektiv bedeutet diese Vorgehensweise aber, dass man eine große Zukunft der Photovoltaik an die Wand malt, ohne aber auch nur eine Lösung für das Problem des bald kommenden 52-GW-Deckels präsentieren zu können. Damit ist allenfalls den Anbietern von Solarstromspeichern ein wenig gedient, aber keineswegs der Energiewende.

Nachtrag vom 12.11.2019: Im Herbst 2019 wurde der 52-GW-Deckel im Rahmen des Klimapakets der deutschen Bundesregierung wieder aufgegeben, womit diese Problematik erledigt wäre.

Fazit: die Wirtschaftlichkeit ist und bleibt illusorisch

Zusammenfassend muss man zunächst einmal leider feststellen,

• dass sich die in der Studie behauptete bedingte Wirtschaftlichkeit von Solarstromspeichern gar nicht auf das Speichersystem selbst bezieht, sondern vielmehr auf das Gesamtsystem – was freilich unsinnig ist,
• dass selbst diese Art von "Wirtschaftlichkeit", die nur bei Verwendung sehr kleiner Speicher gegeben wäre, derzeit vermutlich kaum zu erzielen ist, weil die spezifischen Kosten sehr kleiner Speicher in Wirklichkeit noch höher sind, und
• dass das ganze Konzept allein darauf fußt, die bisherigen kleinen finanziellen Überschüsse, die durch eine leichte Über-Förderung an optimalen Standorten erzielbar sind, für das Kaschieren der Unwirtschaftlichkeit eines Speichers einzusetzen.

Nun hoffen viele, dass eine echte Wirtschaftlichkeit wenigstens durch zukünftige starke Kostensenkungen bei den Speichern ermöglicht werden könnte. Jedoch kann man leicht nachrechnen, dass dies nur mit extremen Kostensenkungen, die für die nächsten Jahre kaum als realistisch erscheinen, möglich wäre. Das Grundproblem ist, dass der Jahresertrag eines Speichersystems sehr tief ist – beispielsweise in einem Einfamilienhaus in der Größenordnung von 100 € pro Jahr – und deswegen unmöglich Investitionen von vielen tausenden von Euro rechtfertigen kann. Schließlich kann man mit solch einem System lediglich für einen kleineren Teil seines jährlichen Stromverbrauchs die Differenz zwischen Bezugskosten und Einspeisetarif erwirtschaften, und davon sind dann noch Energieverluste, Betriebskosten und vor allem Kapitalzinsen abzuziehen.

Aus diesen Gründen ist es klar, dass es völlig unrealistisch wäre, den Aufbau so umfangreicher Speicherkapazitäten dieser Art zu erwarten, dass damit die Energiewende wesentlich unterstützt werden könnte (also Dutzende oder gar Hunderte von Gigawattstunden). Ganz anders als bei der Photovoltaik, die erstens ein viel größeres Entwicklungspotenzial als die bereits seit Jahrzehnten eingesetzte Batterietechnologie hatte und zweitens seit Einführung der Einspeisevergütungen von Anfang an für die meisten Betreiber wirtschaftlich war, ist die Verwendung von Solarstromspeichern für die Betreiber trotz der staatlichen Förderung klar unwirtschaftlich, weswegen umfangreiche Investitionen nicht zu erwarten sind. Wenn die Autoren von einem realisierbaren Speicherpotenzial von 384 GWh träumen (was für 200 GW Gesamtleistung des PV-Parks noch sehr knapp bemessen wäre), würde dies selbst bei deutlich reduzierten Investitionskosten von 1000 €/kWh gigantische Kosten von 384 Milliarden Euro bedeuten, wohlgemerkt zusätzlich zu den Kosten der Photovoltaik – offenkundig handelt es sich um reine Traumtänzerei. Selbst wenn Systeme mit Lithium-Batterien zukünftig für 500 €/kWh angeboten würden – also dreimal billiger als die heute mit Blei-Akkus angebotenen Systeme – wären die Kosten noch prohibitiv hoch.

Es wäre im Übrigen für die Energiewende auch kaum nützlich, wenn unzählige Milliarden von Euro in eine Technologie investiert würden, die damit für den Klimaschutz weit weniger erreichen kann als beispielsweise Investitionen in die energetische Sanierung von Gebäuden. Offenkundig konkurrieren solche Investitionsmöglichkeiten miteinander, und im Interesse des Klimaschutzes sollte das zur Verfügung stehende Kapital bevorzugt in solche Maßnahmen fließen, die möglichst geringe CO₂-Vermeidungskosten aufweisen. Zwar können Abweichungen von dieser Regel durchaus sinnvoll sein, wo dadurch große Potenziale durch eine starke Kostendegression erschlossen werden können (wie es insbesondere bei der Photovoltaik geschehen ist), aber ein solcher Fall liegt hier eben nicht vor.

Gibt es sonst eine Lösung?

Nach der kritischen Analyse der HTW-Solarstromspeicherstudie kann der Eindruck entstehen, die Vorstellung eines weiter steigenden Anteils der Photovoltaik zur deutschen Energiewende sei völlig illusorisch – man müsse dafür auf weitaus billigere Speicher warten oder auf eine neue Wundertechnologie als Alternative zur Photovoltaik, also erst einmal nichts tun. Dieser Eindruck ist allerdings nur die Folge eines falsch gewählten Wegs:

Speicher für elektrische Energie können durchaus eine sehr wichtige Rolle für die Einbindung der Photovoltaik spielen – aber eben nicht solche wie Batterien, die auf absehbare Zeit weit entfernt von jeder Wirtschaftlichkeit bleiben. Die einzige bekannte Technologie, die sehr große Speicherpotenziale in Kombination mit recht geringen Kosten bietet, liegt im Bereich der Wasserkraft: Ich meine damit nicht nur Pumpspeicherkraftwerke, sondern auch sonstige Wasser-Speicherkraftwerke. Wir können solche zwar nicht im benötigten Umfang in Deutschland bauen, aber Energiespeicher existieren bereits in Skandinavien, und zwar in gigantischem Umfang von weit über 100 TWh = 100 000 GWh, also weitaus mehr als die nie und nimmer finanzierbaren 384 GWh, von denen die Autoren der Solarstromspeicherstudie träumen!

Was fehlt, sind nur noch ausreichende Kapazitäten der Stromnetze zwischen Nord- und Mitteleuropa. Deren Ausbau ist bereits im Gange und müsste zukünftig noch wesentlich erweitert werden. Natürlich sind auch die Netzverstärkungen innerhalb von Deutschland dafür sehr wichtig, und mittelfristig sollte ein europäisches Supergrid entstehen, welches die Vollversorgung ganz Europas mit Strom aus erneuerbaren Energien zu vertretbaren Preisen ermöglichen würde. Auch wenn die Verstärkung der Stromnetze vielerorts umstritten ist: Es scheint mir völlig klar zu sein, dass dies die einzige realistische (auch gut bezahlbare) Chance ist, um den Anteil der erneuerbaren Energien an der Stromversorgung – insbesondere auch den Anteil der Photovoltaik – weiter massiv erhöhen zu können. Wer stattdessen auf Lösungen setzt, die absehbar unbezahlbar sind, gefährdet offenkundig nicht nur die Zukunft der Photovoltaik, sondern auch den Erfolg der ganzen Energiewende.

Es bleibt zu hoffen, dass die Protagonisten der erneuerbaren Energien sowohl in der Energiepolitik als auch in der Wirtschaft (v. a. der Solar- und Windenergiebranche) möglichst bald alle erkennen, dass man sowohl die erneuerbaren Energien als auch die ganze Energiewende an die Wand fahren würde, wenn man auf unbezahlbare Speicher anstatt auf durchaus bezahlbare Netze setzt. Netze haben nämlich den einen Nachteil, dass ihre Realisierung einiges an Zeit benötigt. Wenn hier weiterhin viel Zeit verbummelt wird, dürfte die Photovoltaik-Branche das erste Opfer sein, weil man dann nämlich keine Möglichkeit hat, ihre volle Produktion zu vernünftigen Kosten zu nutzen.

Siehe auch: Solarstromspeicher, Batterie, Photovoltaik, Einspeisevergütung, Eigenverbrauch