de.wedoany.com-Bericht: Forschende der Leibniz Universität Hannover und der LUT University in Finnland haben eine systematische Übersichtsanalyse von 60 begutachteten Studien zur Energiewende durchgeführt. Die meisten Studien gehen davon aus, dass Solarphotovoltaik und Windenergie bis 2050 zusammen 80 bis 99 % der Stromerzeugung ausmachen werden; die Modellergebnisse für den alleinigen Anteil der Photovoltaik liegen zwischen 5 und 98 %. Die Unterschiede in den Ergebnissen resultieren hauptsächlich aus den landesspezifischen Volllaststunden der Solarenergie, den technisch-ökonomischen Annahmen der Modelle sowie dem Grad der Modellierungskomplexität.
Die Studie trägt den Titel „Perspektiven der Solarphotovoltaik als dominante Energiequelle der Zukunft in Szenarien mit hohem Anteil erneuerbarer Energien“. Alle 60 einbezogenen Studien wurden einem Peer-Review-Verfahren unterzogen; jede deckt mindestens die Sektoren Strom, Wärme und Verkehr ab und setzt einen Anteil erneuerbarer Energien von mindestens 95 % bis 2050 voraus. Neben der Zusammenfassung der Studienergebnisse analysiert die Arbeit insbesondere die Schlüsselannahmen, die zu den unterschiedlichen Ergebnissen führen. Vor dem Hintergrund des globalen Ziels, die Erwärmung deutlich unter 2 °C zu begrenzen, ist die Defossilisierung der Energiesysteme in hohem Maße von Solarphotovoltaik und Windenergie abhängig; die Photovoltaik hält Einzug in die Energiesysteme mit einer Geschwindigkeit, die kaum eine andere Stromquelle in der Geschichte erreicht hat – begünstigt durch sinkende Kosten, nahezu universelle Verfügbarkeit und vielfältige Anwendungsmöglichkeiten.
Kostenannahmen sind ein wesentlicher Grund für die unterschiedlichen Modellergebnisse. Die untersuchten Studien setzen die Kapitalausgaben (Capex) für große Photovoltaikanlagen bis 2050 zwischen 151 Euro (174,1 US-Dollar) und 720 Euro pro Kilowatt an; etwa 18 % der Studien gehen weiterhin von über 500 Euro pro Kilowatt aus, während die realen Photovoltaikkosten heute bereits unter 500 Euro pro Kilowatt liegen. Da die Photovoltaikkosten schneller sinken als in den meisten Szenarien erwartet, unterschätzen Modelle, die diese veralteten Daten verwenden, die künftige Rolle der Photovoltaik systematisch.
Die technische Leistungsfähigkeit ist ebenso entscheidend wie die Kostenannahmen. Etwa ein Drittel der Studien modelliert nur eine allgemeine Photovoltaiktechnologie und berücksichtigt keine Anwendungsformen wie einachsige Nachführung, bifaziale Module, schwimmende Photovoltaik, Agri-Photovoltaik sowie Prosumer mit Dachanlagen. Auch die zeitliche Auflösung beeinflusst die Ergebnisse: Im Vergleich zu stündlichen Simulationen kann die Verwendung repräsentativer Zeitabschnitte die Bewertung variabler Ressourcen wie Solarenergie erheblich verzerren; 80 % der untersuchten Studien verwenden eine stündliche Auflösung. Modelle, die eine vielfältige Photovoltaik-Technologiekombination mit vollständiger Sektorkopplung verbinden, ergeben in der Regel die höchsten und wahrscheinlich realistischsten Photovoltaikanteile.
Die Sektorkopplung erweitert den Anwendungsbereich der Photovoltaik. Power-to-X-Pfade können kostengünstigen Solarstrom in Wasserstoff, synthetische Kraftstoffe, synthetische Chemikalien, synthetische Materialien, synthetische Lebensmittel, sauberes Wasser und synthetische Wälder umwandeln und damit Bereiche im Verkehrs- und Industriesektor ersetzen, die schwer zu elektrifizieren sind und bisher von Biokraftstoffen oder fossilen Importen abhingen. Etwas mehr als die Hälfte der untersuchten Studien umfasst mindestens einen synthetischen Kraftstoffpfad; sobald solche Pfade vorhanden sind, steigt der Wert der Photovoltaik für das Energiesystem. Die CO₂-Entnahme, die bisher von Bioenergie dominiert wird, steht heute vor beispiellosen Möglichkeiten im Bereich der Klimarestaurierung. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass ein solches Energiesystem als eine aufkommende Power-to-X-Wirtschaft betrachtet werden kann, die im Kern oft eine Solar-to-X-Wirtschaft ist.
Die Forschenden leiteten außerdem eine empirische Beziehung zwischen Volllaststunden und Photovoltaikanteil ab und wandten diese global sowie bevölkerungsgewichtet an; demnach wird Solarphotovoltaik bis 2050 voraussichtlich rund 61 % des weltweiten Stroms liefern. Dieser Wert stammt nicht aus einem einzelnen Modell, sondern ist das kombinierte Ergebnis dutzender unabhängiger Teams und unterschiedlicher Methodiken; einzelne globale Modelle prognostizieren sogar 70 % oder mehr. Die globale Photovoltaik-Community hat bereits 75 Terawatt installierte Leistung bis zur Mitte des Jahrhunderts als Ziel gesetzt.
Unabhängige Wirtschaftsprognosen zeigen, dass der globale „Solar-Kipppunkt“ möglicherweise bereits überschritten ist: Selbst ohne zusätzliche Klimapolitik wird die Solarenergie den Strommarkt zunehmend dominieren. Bis 2025 beträgt die weltweit kumulierte Photovoltaik-Leistung rund 3 Terawatt, allein im Jahr 2025 kamen etwa 700 Gigawatt hinzu; rund 70 % der weltweit neu installierten Stromerzeugungskapazität im Jahr 2025 stammt aus Solarphotovoltaik.
In den Modellen der Internationalen Energieagentur (IEA) und des Zwischenstaatlichen Ausschusses für Klimaänderungen (IPCC) wird die künftige Rolle der Photovoltaik häufig unterschätzt. Nach der Korrektur veralteter Kostendaten und übermäßig vereinfachter Modellierungsansätze kommt die Studie zu dem Schluss, dass die Photovoltaik in den kommenden Jahrzehnten zur dominierenden Energiequelle wird. Für Modellierer bedeutet dies, pessimistische Kostenkurven aufzugeben und alle verfügbaren Photovoltaiktechnologien einzubeziehen; für politische Entscheidungsträger gilt: Wer auf der Grundlage von Annahmen von gestern plant, könnte ein Energiesystem von gestern bauen – statt des Systems, das unmittelbar bevorsteht.
Eine weitere Studie, die in Zusammenarbeit zwischen der LUT University, der Leibniz Universität Hannover, der Gemeinsamen Forschungsstelle der Europäischen Kommission (Joint Research Centre) und der Technischen Universität Dänemarks (Technical University of Denmark) entstanden ist, basiert auf einer Datenbank mit über 1000 Artikeln zur Analyse von 100 % erneuerbaren Energiesystemen und untersucht die Entwicklung der Rolle der Photovoltaik in solchen Studien der letzten fünf Jahrzehnte. In frühen Studien war der Photovoltaikanteil in der Regel vernachlässigbar; neuere Studien geben den globalen Photovoltaikanteil an der Energieversorgung mit 60 bis 80 % an. Die Studie identifiziert in der Datenbank 29 Meilenstein-Artikel, die jeweils neue Elemente im Zusammenhang mit der Rolle der Photovoltaik einführten; diese Meilensteine lassen sich in vier Kategorien einteilen: visionäre Ansätze zur Rolle der Photovoltaik, Fortschritte bei Photovoltaik-Systemanwendungen, Erweiterung des ökonomischen Wissens sowie methodische Fortschritte, die eine realistischere Beschreibung der Photovoltaik im Energie-Industrie-System ermöglichen.
In den modernsten Analysen von 100 % erneuerbaren Energiesystemen kann die Photovoltaik mit bis zu acht Systemanwendungen beschrieben werden und verwendet eine stündliche Auflösung sowie vernetzte Multi-Knoten-Studiendesigns; die Modelle können alle Sektoren abdecken – Strom, Wärme, Verkehr, Industrie, Meerwasserentsalzung und CO₂-Entnahme – und gleichzeitig vollständige Power-to-X-Pfade sowie Flexibilitätskombinationen aus Netz, Speicher und Nachfragesteuerung sowie vielfältige Sektorkopplungs- und Energieumwandlungspfade berücksichtigen. Allerdings ist die Unterscheidung zwischen bodenmontierten, großflächigen und Dach-Photovoltaiksystemen noch lange nicht Standard – nur 16 % aller Studien nehmen diese Unterscheidung vor. Weltweit zeigen Studien zunehmend, dass die Photovoltaik bis zur Mitte des Jahrhunderts oder danach 60 bis 80 % der gesamten Energieversorgung ausmachen wird; der durchschnittliche Prognosewert der Transformationsstudien liegt bei 61 %.
Die Zuordnung der 29 Meilenstein-Artikel zu den verschiedenen Elementen ergibt: 13 stehen im Zusammenhang mit visionären Ansätzen, 16 mit Fortschritten bei Photovoltaik-Systemanwendungen, 15 mit der Erweiterung des ökonomischen Wissens, 13 mit methodischen Fortschritten und 4 mit anderen spezifischen Beiträgen; ein Artikel kann gleichzeitig mehreren Kategorien zugeordnet werden. Zeitlich betrachtet dominierten in den 1970er-Jahren visionäre Ansätze; von den 1980er- bis in die 2000er-Jahre war die Forschungsaktivität in diesem Bereich begrenzt; in den 2010er-Jahren entstanden vielfältige methodische Fortschritte, die die Grundlage für moderne Analysen von 100 % erneuerbaren Energiesystemen legten; in den 2020er-Jahren erweitern fast alle Meilensteine die Methoden, das ökonomische Wissen und die Vielfalt der Photovoltaiksysteme.
Die als Meilensteine betrachteten Artikel trieben die Forschungsperspektive Ende der 1970er-Jahre durch konzeptionelle Grundlagen und Mitte der 1990er-Jahre durch quantitative Analysen auf sehr hohe Photovoltaikanteile. Die Einführung der stündlichen Auflösung ermöglichte detaillierte technische Machbarkeitsanalysen; der Wert der dezentralen Dach-Photovoltaik wurde früh erkannt und schließlich als Teil von kostengünstigsten Energiesystemlösungen quantifiziert, obwohl die Stromgestehungskosten großer Photovoltaikanlagen niedriger sind. Nach der Einbeziehung vielfältiger Power-to-X-Pfade und Flexibilitätsoptionen in Optimierungsmodelle mit dem Ziel der Kostenminimierung sowie unter Berücksichtigung technologiespezifischer und gesellschaftlicher Beschränkungen zeigen die Studien ein Beitragspotenzial der Photovoltaik von 60 bis 80 % zur Deckung des gesamten menschlichen Energiebedarfs. Die Forschung der letzten fünf Jahrzehnte legt das Fundament für umfassende Analysen und Prognosen mit Photovoltaikanteilen von 61 % oder mehr und trägt auch zum Verständnis der Rolle der Solarphotovoltaik beim Aufbau einer nachhaltigen Zivilisation bei – dem Beginn des Solarzeitalters.
