Einfluss der Sonnenfinsternis auf die Solarstromerzeugung in Deutschland

Eine interessante Studie der Hochschule für Technik und Wirtschaft HTW Berlin untersucht die Auswirkungen der Sonnenfinsternis am 20. März 2015 auf die Stromerzeugung von Photovoltaikanlagen (PV-Anlagen). Da in Deutschland an diesem Tag zwischen 9:30 Uhr und 12:00 Uhr die Sonne teilweise durch den Mond verdeckt war, kam es während der Sonnenfinsternis zur Reduktion der solaren Bestrahlungsstärke.

Im Fokus der Studie steht die Analyse der daraus resultierenden Schwankungen in der Solarstromerzeugung. Hierzu wurde durch Simulationsrechnungen der Tagesgang der gesamten PV-Erzeugung unter Berücksichtigung der räumlichen Verteilung der PV-Anlagen innerhalb Deutschlands ermittelt. Da die Leistungsabgabe der PV-Anlagen entscheidend von der Bewölkungssituation beeinflusst wird, wurde zwischen einem wolkenlosen und bedeckten Szenario unterschieden.

Die standortaufgelösten Untersuchungen zeigen, dass während der Sonnenfinsternis der Bedeckungsgrad der Sonne durch den Mond im Norden Deutschlands größer als im südlichen Bundesgebiet ausgefallen ist. Um mögliche regionale Unterschiede in der PV-Erzeugung innerhalb Deutschlands aufzuzeigen, wurde die gesamte Erzeugungsleistung für jede Regelzone bestimmt. Die Reduktion der PV-Leistung in den vier Regelzonen ist dabei von einer hohen Gleichzeitigkeit geprägt, wodurch nur mit geringen regionalen Ausgleichseffekten während der Sonnenfinsternis gerechnet wurde.

Dies geht auch aus dem Summenprofil der gesamten PV-Erzeugung in Deutschland hervor. Bei wolkenlosem Himmel kann im Zeitraum der Sonnenfinsternis eine Abnahme der gesamten PV-Erzeugung von bis zu -272 MW/min und eine Zunahme von maximal 348 MW/min erwartet werden. Dies entspricht dem 3,5-fachen der üblichen PV-Leistungsänderungen an sonnigen Tagen.

Der Ausgleich dieser Schwankungen kann durch verschiedene Maßnahmen auf der Erzeugungs- und Nachfrageseite erfolgen. Aufgrund ihres Speicher- und Leistungsvermögens sind Pumpspeicherwerke dafür besonders geeignet. Durch deren Einsatz im Pump- und Turbinenbetrieb konnte aus technischer Sicht allein durch die in Deutschland vorhandenen Pumpspeicher die Schwankungen der Solarstromerzeugung auch bei wolkenlosem Himmel vollständig ausgleichen. Ergänzend konnten flexible Kraftwerke wie schnell regelbare Gaskraftwerke zum Ausgleich beitragen. Voraussetzung hierfür war, dass die Sonnenfinsternis in der Kraftwerkseinsatzplanung vorausschauend berücksichtigt wurde.

Somit standen verschiedene Optionen zur Verfügung, um den nötigen Ausgleichsbedarf während der Sonnenfinsternis zu decken. Die Ergebnisse der Studie lassen sich mit folgenden Kernaussagen im Vorfeld der Sonnenfinsternis zusammenfassen:

• Die Auswirkungen der Sonnenfinsternis auf die Solarstromerzeugung und auf das Stromversorgungssystem in Deutschland hängen stark von der Wetterlage ab, waren aber kalkulierbar und beherrschbar.
• Die in Deutschland vorhandenen Pumpspeicherwerke haben aus technischer Sicht das Potenzial die resultierenden Schwankungen in der Solarstromerzeugung zu glätten.
• Um die Flexibilität des konventionellen Kraftwerksparks durch schnell regelbare Gas-kraftwerke als alternative Ausgleichsoption zu nutzen, war der Grundlastanteil an der Stromerzeugung zu reduzieren.
• Damit auch zukünftig bei zunehmenden Leistungsschwankungen im Stromversor-gungssystem der Ausgleichsbedarf gedeckt werden kann, sollte ein Zubau von Spei-cherkapazitäten verfolgt werden.
  
    Autoren
   Johannes Weniger Joseph Bergner Tjarko Tjaden Prof. Dr. Volker Quaschning
  
  Hochschule für Technik und Wirtschaft HTW Berlin Fachbereich 1 – Ingenieurwissenschaften Energie und Information Wilhelminenhofstr. 75a 12459 Berlin