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Ferroni vs. Novotny / Glauben oder Wissen - Streit um energietechnische Daten und Fakten / 2. Falsche ERoEI-Berechnungsmethode der Solarlobby
Dipl. Ing. ETH Ferruccio Ferroni vs. El.-Ing. HTL Radomir Novotny
Bei der Produktion von Solarstrom in Regionen mit geringer Sonneneinstrahlung gilt es, sich Rechenschaft zu geben über eine Reihe z.T. recht komplexer Zusammenhänge (vgl. Teil 1):
Teil 2: Falsche ERoEI-Berechnungsmethode der Solarlobby
Es braucht mehr Energie zur Herstellung, Montage, Betrieb, Unterhalt usw. inkl. Speicherung von Solarpanels als damit Strom gewonnen werden kann.
Warum ist die Berechnungsmethode der Solarlobby falsch?
Bekanntlich lässt sich Energie nicht erneuern, nur umwandeln und bei jeder Umwandlung entstehen Verluste. Die Photovoltaik (PV) ermöglicht die Umwandlung der Strahlungsenergie der Sonne in elektrische Energie (Elektrizität). Diese Energieform nennt man Sekundärenergie.
Nach Shockley-Queisser beträgt der theoretisch maximalen Wirkungsgrad einer PV-Zelle – je nach Werkstoff – rund 30 %.
Nach 1990 wurden Berechnungen von ERoEI-Werten für PV-Anlagen an deutschen Öko-Instituten, wie beispielsweise in Darmstadt, durchgeführt.
Um die erneuerbaren Energien in ein gutes Licht zu rücken hat die Solarlobby die sogenannte «primärenergetische Gewichtung» eingeführt. Dabei wurden zwei Annahmen zugrunde gelegt, die noch heute verwendet werden:
- Die Stromproduktion eines PV-Moduls, beispielsweise von 100 kWh (diese Zahl entspricht ungefähr der jährlichen Durchschnittsproduktion eines PV-Moduls mit einer Fläche von 1 m2), substituiert rund 300 kWh an Wärmeenergie, die in der Folge als Primärenergie bezeichnet wird.
Diese Annahme ignoriert, dass einerseits ein PV-Modul Elektrizität nicht mit regelbarer Stromstärke produziert und anderseits dessen Leistung nicht regelbar ist, wie beispielsweise die Primärenergie von fossilen und nuklearen Brennstoffen. Daher weist die stochastisch und intermittierend anfallende PV-Stromproduktion eine schlechtere Wertigkeit auf als Strom aus wetterunabhängigen Stromquellen.
- Von der Solarlobby wird postuliert, die Umrechnung von Sekundärenergie in Primärenergie könne nach dem sogenannten IEA-Protokoll erfolgen. Damit stellt sich die grundsätzliche Frage zur korrekten Methodologie: Wie wird Primärenergie der Sonne in Solarstrom umgerechnet?
Soll man dazu den Wirkungsgrad gemäss Shockley-Queisser oder aber einen anderen Wirkungsgrad verwenden? Eine ähnliche Problematik stellt sich für Strom aus Wind und Wasser. In der Tat basieren die Regeln zur Umrechnung von Sekundär- in Primärenergie auf der Annahme von fiktiv angesetzten Wirkungsgraden. Diese sind auch die Ursache der unrealistischen ERoEI-Resultate. Internationale Organisationen benutzen ihre eigenen Umrechnungsfaktoren, welche aber teilweise nicht miteinander vergleichbar sind. Nach "Global Energy Outlooks Comparison Method", RPF Report, April 2018, sind die Wirkungsgrade für die Umrechnung von Sekundär- in Primärenergie wie folgt:
|Organisationen für globale Energiestatistiken||Nuklear||Wasserkraft||Sonne/Wind usw.|
|BP- Protokoll
||38%||38%||38%|
|IEA (International Energy Agency)-Protokoll|| 33%||100%||100%|
|US-EIA (US-Energy Information Administration)|| 33%|| 35%|| 35%|
Weiter wird argumentiert, dass für die Herstellung der PV-Module die erneuerbaren Energien Wasserkraft, Photovoltaik und Wind verwendet werden, obwohl in China der Einsatz fossiler Energien bekanntlich klar dominiert.
Bei einer Gleichsetzung der eingesetzten Energien würde beispielsweise gelten: Für die Herstellung von 1 Quadratmeter PV-Modul sind - nach aktuellen Daten aus chinesischen Fabriken - rund 1´100 kWh Sekundärenergie notwendig. Dies entspräche somit laut IEA-Protokoll 1´100 kWh an investierter Primärenergie. Während einer Lebensdauer der Anlage von 25 Jahren werden mit 1 m2 Fläche rund 7´500 kWh Primärenergie produziert, der ERoEI-Wert betrüge daher 6.8.
Würde man das BP-Protokoll zu Grunde legen oder richtigerweise die Sekundärenergien vergleichen, so ergäbe sich ein entsprechend tieferer ERoEI-Wert von rund 2.3. Dabei ist – wie wir in einem späteren Beitrag zeigen werden – rund die Hälfte der investierten Energie nicht eingeschlossen.
Anfangs des 21. Jahrhunderts wurden viele Studien unter Anwendung einer rein primärenergetischen Betrachtung veröffentlicht, welche über optimistische ERoEI-Werte von 6 bis 10 berichteten bei der lediglich die Herstellung der PV-Module berücksichtigt wurden.
Novotny hat unsere Studien als Fake-News tituliert und vertritt die Meinung von Raugei et al., deren Resultate sind aber falsch und somit begeht Novotny eine arglistige Irreführung der Strom-Konsumenten, die durch die erhöhte Preise einen Vermögensschaden erleiden.
Novotny, hat in seinem Artikel behauptet, bei unserer Studie handle es sich um einen isolierten «Ausreisser» in der internationalen Fachdiskussion. Dies trifft ganz klar nicht zu und wir wehren uns gegen derartige Unterstellungen. Nachstehend folgt eine Liste aller Forschergruppen die sehr niedrige ERoEI-Werte errechnet haben. Keine Gruppe hat die falsche Berechnungsmethode der Solarlobby angewendet.
- Im Jahr 2013 erschien das Buch von Pedro A. Prieto und Charles A.S. Hall « Spain's Photovoltaic Revolution - The Energy Return on Investment». Prieto war Projektleiter bei vielen PV-Projekten in Spanien und verwendete für seine Berechnungen effektiv gemessene Daten für Energieaufwendungen und Stromproduktion. Die Resultate unter spanischen Verhältnissen zeigten einen durchschnittlichen ERoEI-Wert von ca. 2.45. Diesem Wert wurde nicht widersprochen, da es sich nicht um ein «peer reviewed» Dokument handelte. Vereinfachend gesagt: Prieto hatte eine eher primärenergetische Gewichtung nach dem BP-Umrechnungs-Protokoll vorgenommen. Der ermittelte Wert von ca. 2.45 ergibt unter Berücksichtigung der klimatischen Verhältnisse nördlich der Alpen, neuer Werte für Herstellung von PV-Modulen und Strom-Speicherung einen ERoEI-Wert von < 1.
- Eine Forschergruppe des «Institut für Festkörper-Kernphysik» in Berlin hat im Jahr 2013 unter der Leitung von D. Weissbach in der Zeitschrift «Energy» folgenden «peer reviewed» Beitrag publiziert:«Energy intensities, EROIs (energy returned on invested), and energy payback times of electricity generating power plants, Energy, 52 (2013) 210-221». Dabei wird nicht die Methode der primärenergetischen Gewichtung angewendet, sondern eine Exergie-Gewichtung (Exergie ist Energie in hochwertiger Form, geeignet zum Leisten von mechanischer Arbeit). Der errechnete ERoEI-Wert für die Verhältnisse in Deutschland war 1.6, ohne Berücksichtigung von Arbeit und Kapitalbedienung und mit eher optimistischen Annahmen für die Herstellung von PV-Modulen und deren spezifischer Ertrag. Unter Berücksichtigung der letztgenannten Faktoren würde der ERoEI-Wert unterhalb von 1 sinken. Die Solarlobby unter der Leitung von M. Raugei hat mit einer Replik darauf reagiert, da es sich um ein «peer reviewed» Paper handelte. Darauf folgte eine Duplik, dann im Jahre 2015 die Triplik, ohne eine Einigung zwischen den Parteien zu finden.
- Im Jahr 2014 hat eine Gruppe von deutschen Professoren unter der Leitung von H. Niederhausen und A. Burkert das Buch «Elektrischer Strom - Gestehung, Übertragung, Verteilung, Speicherung und Nutzung elektrischer Energie im Kontext der Energiewende», Springer Vieweg, 783 S. herausgegeben. Angaben im Text weisen nach Anpassungen einen ERoEI-Wert von 0.83 nach, ohne Berücksichtigung der Speicherung.
- In den Jahren 2016-2017 hat eine schweizerische Forschergruppe in der Zeitschrift «Energy Policy» folgende «peer reviewed» Beiträge «Energy Return on Energy Invested (ERoEI) for photovoltaic solar systems in regions of moderate insolation, F. Ferroni, R.J. Hopkirk, Energy Policy 94 (2016), pp. 336-344» und die Duplik «Further considerations to: Energy Return on Energy Invested (ERoEI) for photovoltaic solar systems in regions of moderate insolation, F. Ferroni, A. Guekos, R. J. Hopkirk, Energy Policy 107 (2017), pp. 498-505» veröffentlicht. Dabei wird die sekundärenergetische Gewichtung, ähnlich der Methode von Weissbach, angewendet. Das Resultat unter Berücksichtigung alle Energieaufwendungen ergab einen ERoEI-Wert von 0.82, d.h. es wird keine Nettoenergie produziert. Es entstehen vielmehr Energieverluste.
Diese Methode wird auch von der deutschen Statistik-Organisation AGEB (Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen e.V., Berlin) empfohlen. AGEB schreibt: «Um die Bedeutung der Energieträger vergleichend beurteilen zu können, ist es daher in vielen Sachzusammenhängen sinnvoller, statt der ggf. fiktiv angesetzten Primärenergie die real erzeugte Endenergie zu vergleichen, im Strombereich also die von den verschiedenen Energiearten (fossil, atomar, erneuerbar) erzeugten Netto-Strommengen».
Unsere Methode vergleicht richtigerweise Äpfel mit Äpfeln. Natürlich wurden unsere Resultate und unser Beitrag von der Solarlobby nicht gerne gesehen. Raugei zusammen mit anderen Autoren haben eine Replik in Energy Policy veröffentlicht, die dann durch eine Duplik widerlegt wurde. Raugei hat daraufhin auf eine Triplik verzichtet.
- Im September 2018 wurde in der Zeitschrift «BioPhysical Economics and Resource Quality » ein Paper von C. de Castro und I. Capellan-Pérez "Concentrated Solar Power: Actual Performance and Foreseeable Future in High Penetration Scenarios of Renewable Energies" veröffentlicht. Darin wurden auch für solarthermische Kraftwerke in Gegenden mit hoher Sonneneinstrahlung (z.B. Spanien, Süden der USA) tiefe ERoEI-Werte errechnet. Der ERoEI-Wert für Endkunden beträgt ungefähr 1. Bezogen auf PV-Anlagen und für unsere klimatischen Verhältnisse ergibt sich ein ERoEI-Wert <1.
- Prof. Dr. Dietrich Pelte hat keine quantitativen Analysen publiziert aber in seinem Buch «Die Zukunft unserer Energieversorgung»Springer Vieweg, 2014, 347 S. klar festgehalten, dass «die Nutzung der PV nicht nachhaltig sei».
- Der Forscher Ted Trainer hat in vielen Papers immer wieder nachgewiesen und mit aller Deutlichkeit seine Beurteilung der erneuerbaren Energien abgegeben: «deren Machbarkeit sei nicht gegeben».