Grundlast mit Photovoltaik bereitstellen

1. Einleitung

Industrieanlagen, Rechenzentren und weitere energieintensive Wirtschaftsbereiche sind auf eine ganztägige und ganzjährige, kontinuierliche Stromversorgung angewiesen. Diese Anforderung wird traditionell durch grundlastfähige Erzeugungseinheiten erfüllt, beispielsweise in Österreich überwiegend durch Wasserkraft, in Deutschland historisch durch fossile Braunkohlekraftwerke sowie Kernenergie.

Photovoltaikanlagen leisten bereits heute insbesondere in den Sommermonaten einen signifikanten Beitrag zur Stromerzeugung. Ihre Einsatzmöglichkeiten sind jedoch durch ausgeprägte tageszeitliche und saisonale Ertragsschwankungen begrenzt. Vor diesem Hintergrund stellt sich die zentrale Frage, ob und unter welchen technischen, systemischen und infrastrukturellen Bedingungen Photovoltaiksysteme künftig zur Bereitstellung einer elektrischen Grundlast beitragen können.

Zur Konkretisierung der Fragestellung wird eine konstante elektrische Grundlast von 1 MW angenommen. Diese Referenzgröße liegt im unteren Leistungsbereich industrieller Anwendungen und ermöglicht eine quantitative Bewertung der erforderlichen Erzeugungs-, Speicher- und Systemkomponenten. Die Ergebnisse sind grundsätzlich auf höhere Leistungsbereiche skalierbar.

Neben industriellen Anwendungen gewinnt die Grundlastproblematik auch im Residentialbereich zunehmend an Bedeutung. Mit der fortschreitenden Elektrifizierung des Wärmesektors, insbesondere durch den verstärkten Einsatz von Wärmepumpen, steigt der Bedarf an kontinuierlich verfügbarer elektrischer Energie deutlich an. Wärmepumpen stellen im Winter keine kurzzeitige Spitzenlast dar, sondern verursachen über längere Zeiträume eine nahezu konstante elektrische Zusatzlast. In diesem Sinne besitzen sie grundlastähnlichen Charakter und erhöhen die Anforderungen an eine verlässliche Stromversorgung insbesondere in den ertragsarmen Wintermonaten.

Die in dieser Arbeit betrachtete elektrische Leistung von 1 MW entspricht – abhängig vom Gebäudestandard und der Jahresarbeitszahl der eingesetzten Wärmepumpen – der Versorgung von deutlich mehr als 500 Wohneinheiten. Damit erlaubt die Untersuchung auch Aussagen zur grundlastnahen Versorgung von Raumwärme mittels Photovoltaik.

Eine kontinuierliche Grundlast von 1 MW entspricht einem jährlichen Energiebedarf von 8,76 GWh, basierend auf 8 760 Betriebsstunden pro Jahr. Photovoltaikanlagen können in den Sommermonaten, abhängig von Standort, Ausrichtung und Systemkonfiguration, Tageserträge von etwa 8 bis 10 Volllaststunden erreichen. Um einen täglichen Energiebedarf von 24 MWh bilanziell zu decken, wäre unter idealisierten sommerlichen Bedingungen eine installierte Photovoltaikleistung von etwa 2,4 bis 3 MWp erforderlich. Diese Auslegung ermöglicht jedoch lediglich eine energetische Tagesbilanz und berücksichtigt keine zeitliche Entkopplung zwischen Erzeugung und Verbrauch.

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