Digitale Tools werden dazu beitragen, dass die dezentrale Solar-PV weiterhin stark wächst

Emi Bertoli, Energieanalystin Vida Rozite, Energiepolitikanalystin Kartik Veerakumar, Energieanalystin – Asia Clean Energy Transition Commentary – 25. Juli 2023

IEA (2023), Digitale Tools werden dazu beitragen, dass die verteilte Solar-PV stark wächst, IEA, Paris https://www.iea.org/commentaries/digital-tools-will-help-keep-distributed-solar-pv-growing-strongly , Lizenz: CC BY 4.0

Der Einsatz dezentraler Solar-PV nimmt rasant zu. Im Jahr 2022 machten dezentrale PV-Anlagen – kleine Solar-PV-Anlagen, die Strom für Wohn-, Gewerbe-, Industrie- und netzunabhängige Anwendungen erzeugen – 48 % der weltweiten PV-Kapazitätserweiterungen aus, und ihr jährliches Wachstum war das höchste in der Geschichte. Laut dem neuesten Renewable Energy Market Update der IEA wird das jährliche Wachstum der dezentralen Photovoltaik in den nächsten zwei Jahren voraussichtlich noch stärker ausfallen. Im Jahr 2024 soll sie 140 Gigawatt erreichen, was einer Steigerung von mehr als 30 % gegenüber 2022 entspricht.

Australien hat weltweit den höchsten Anteil an Solardächern pro Kopf. Mit Installationen in mehr als 30 % der Haushalte des Landes lag die Kapazität im Jahr 2022 bei über 19 GW. Die geschätzten 3 GW an PV-Dächern, die allein in diesem Jahr installiert werden sollen, werden über 650.000 zusätzliche Haushalte oder etwa 6 % aller australischen Haushalte mit Strom versorgen Residenzen. Und bis 2030 werden weitere 30 GW Solaranlagen auf Dächern gebaut.

Auch in anderen Regionen schreitet die Einführung zügig voran. Die Europäische Union hat im Jahr 2022 mehr als 23 GW Solaranlagen auf Dächern hinzugefügt. In Indien sind bereits rund 16 GW dezentraler PV-Anlagen in Betrieb, das Ziel ist es, bis 2030 eine installierte Kapazität von 500 GW für Strom zu erreichen, der aus nicht auf fossilen Brennstoffen basierenden Technologien erzeugt wird . In Brasilien hat der dezentrale PV-Einsatz die Erwartungen übertroffen: Letztes Jahr wurden 7,8 GW hinzugefügt und fast 17 GW Gesamtkapazität installiert.

Mit Blick auf die Zukunft wird sich im IEA-Szenario „Netto-Null-Emissionen bis 2050“ die Zahl der Wohngebäude weltweit mit Solar-PV-Modulen vervierfachen, von 25 Millionen im Jahr 2020 auf 100 Millionen im Jahr 2030, und sich dann bis 2050 auf 240 Millionen mehr als verdoppeln. Dezentrale Photovoltaik ist dies Eine Säule des Übergangs zu sauberer Energie auf der ganzen Welt, die Vorteile für Verbraucher und das Klima bietet. Es gibt auch wirtschaftliche Vorteile: Solar-PV auf Dächern, die Stromerzeugungstechnologie, deren Installation den meisten Arbeitsaufwand erfordert, ist ein Motor für das Beschäftigungswachstum.

Die Dynamik ist erheblich. Was muss getan werden, um sicherzustellen, dass die Netze für das enorme dezentrale PV-Wachstum bereit sind?

Die boomende dezentrale PV-Einführung trägt zur Senkung der Kohlendioxidemissionen und der Verbraucherrechnungen bei und kann die Effizienz des Stromsystems fördern. Allerdings erhöht sich dadurch auch die Komplexität der Steuerung der Stromflüsse und der Aufrechterhaltung der Stabilität des Stromsystems, insbesondere wenn es um die Art und Weise der Stromverteilung geht. Daher benötigen Übertragungsnetzbetreiber und Verteilungsunternehmen Einblick in den Standort der Anlagen und deren Leistung im Laufe der Zeit.

Dezentrale Photovoltaik erfordert außerdem ausgefeiltere Prognosetools, um zu berücksichtigen, wie viel Strom durch dezentrale Photovoltaik erzeugt und lokal verbraucht wird, und um wichtige Änderungen des Wetters und der Wolkendecke zu berücksichtigen. In einer US-Studie wurde geschätzt, dass eine Fehlprognose für die Einführung dezentraler Photovoltaik die Energieversorger 7 Millionen US-Dollar pro verkaufter Terawattstunde kosten könnte.

Wenn der Einsatz nicht angemessen gemanagt wird, kann es zu technischen Problemen kommen, darunter Störungen im Netz, etwa durch Überschreitungen der Spannungsgrenzen auf der Verteilungsebene. Oder wenn die dezentrale PV-Produktion den Bedarf übersteigt, könnte überschüssiger Strom nach oben fließen (von der Nieder- zur Mittel- oder Hochspannung) und Umspannwerke und andere Netzanlagen beschädigen.

Das Fehlen eines angemessenen Managements der dezentralen PV-Einrichtung und -Integration kann auch zu wirtschaftlichen Herausforderungen führen, sowohl für Verteilungsunternehmen als auch für Stromverbraucher. Verteilungsunternehmen erhalten einen Ausgleich für die Kosten für die Wartung, den Betrieb und die Investitionen in Netze durch Netztarife und -entgelte, die von den an das Netz angeschlossenen Verbrauchern bezahlt werden. Wenn diese Gebühren nicht angemessen an Verbraucher weitergegeben werden, die dezentrale PV nutzen, besteht die Gefahr einer Diskriminierung, da Verbraucher ohne dezentrale PV diese Kosten möglicherweise durch höhere Netztarife und Gebühren auf ihrer Seite kompensieren müssen.

Für eine effektive dezentrale PV-Bereitstellung und -Integration in großem Maßstab sind daher moderne, digitalisierte Netze und digitale Tools erforderlich. Diese Innovationen werden die Herausforderungen bei der Verwaltung der zunehmenden verteilten PV-Kapazität lindern und gleichzeitig eine höhere Systemeffizienz fördern.

Die Digitalisierung wird bereits durch die Notwendigkeit unterstützt, technische und kommerzielle Verluste zu reduzieren, kommerzielle Abläufe zu optimieren und Kosten zu senken. Die Instrumente zur Bewältigung dieser Probleme sind jedoch möglicherweise nicht geeignet, die Integration dezentraler Photovoltaik in den Versorgungsmix zu erleichtern. PV-spezifische Ansätze sind unerlässlich, beispielsweise die Abstimmung der überschüssigen Solar-PV-Erzeugung tagsüber mit Elektrofahrzeugen durch intelligentes Laden oder die Kombination dezentraler PV mit Batteriespeicher. Diese Lösungen können eine Drosselung der PV-Erzeugung vermeiden, Spitzenlasten reduzieren und die Ausgaben für die Stärkung der Stromnetze optimieren.

Zu den verfügbaren Tools gehören auch digital unterstützte verteilte PV-Register, auf die Benutzer über Online-Portale und Apps zugreifen können. Diese Register stellen die Informationen bereit, die für eine bessere Bereitstellung dezentraler PV-Anlagen und die Verwaltung des gesamten Energiesystems erforderlich sind.

Intelligente Wechselrichter wandeln Gleichstrom von PV-Modulen in den Wechselstrom um, den das Stromnetz benötigt, und können die Leistung automatisch anpassen, um die Netzstabilität aufrechtzuerhalten. Diese Wechselrichter können die Spannungs- und Frequenzregelung unterstützen, Energieverluste reduzieren, eine detaillierte Ressourcenverwaltung ermöglichen und eine effektivere Fehlererkennung und anschließende Wiederherstellung des Betriebs ermöglichen. Eine in Kalifornien durchgeführte Studie schätzt, dass intelligente Wechselrichter durch eine höhere Zuverlässigkeit, Stromqualität und Systemeffizienz zu jährlichen Einsparungen von bis zu 1,4 Milliarden US-Dollar führen könnten. In einer anderen Studie in Australien wurde geschätzt, dass die Kombination intelligenter Wechselrichter mit optimal dimensionierten Batteriespeichern die Stromausfälle um 47 % reduzieren könnte.

Digitale Tools zur Analyse von Daten von bidirektionalen intelligenten Zählern (die sowohl den Stromfluss vom Netz zu den Verbrauchern als auch von der dezentralen PV-Anlage zum Netz messen) können dabei helfen, den Standort verteilter PV-Anlagen zu ermitteln und Transparenz über die Erzeugungs- und Verbrauchsmuster der Kunden zu schaffen. Dies kann die Zuweisung von Netztarifen und -entgelten besser unterstützen und Verteilungsunternehmen und Übertragungsnetzbetreibern dabei helfen, Prognosen und Systemeffizienz zu verbessern. Diese Tools ermöglichen es Eigentümern verteilter PV-Anlagen auch, in Echtzeit auf Anreize zu reagieren, Dienste für das Netz bereitzustellen und Peer-to-Peer-Handel zu betreiben. Ein Pilotprojekt in Australien zeigte, dass die mit herkömmlichen Methoden prognostizierte Erzeugung um 200 MW höher war als die mit granularen Smart-Meter-Daten prognostizierte Erzeugung nahezu in Echtzeit. In Verbindung mit Echtzeit-Messaging führte dies zu einer Reduzierung der Energiekosten um 35 %.

Politische Entscheidungsträger und Regulierungsbehörden verfügen über eine Reihe von Möglichkeiten, die Digitalisierung zu nutzen, um das Wachstum der dezentralen Photovoltaik besser zu steuern und ihr volles Potenzial zur Unterstützung des Übergangs zu sauberer Energie auszuschöpfen.

Zu den Maßnahmen können Mandate zur Erstellung von Registern für verteilte PV-Systeme auf Versorgungsebene, im gesamten Bundesstaat oder auf nationaler Ebene gehören, wie dies in Australien, im Vereinigten Königreich und in Kalifornien in den Vereinigten Staaten der Fall ist. Auch die Einführung intelligenter Wechselrichter kann erforderlich sein, wie in Australien, Italien und den US-Bundesstaaten Kalifornien, Hawaii und New Mexico, wobei Brasilien und Indien ähnliche Maßnahmen diskutieren. Schließlich können Mandate den Einsatz intelligenter Zähler für verteilte PV-Anlagen und die Schaffung von Plattformen für die Verwaltung, den Austausch und die Analyse von Daten unterstützen.

Politische Entscheidungsträger können stärkere institutionelle Verbindungen und eine besser koordinierte Planung zwischen Übertragungsnetzbetreibern und Verteilungsunternehmen fördern – der Schlüssel zur Integration höherer Anteile dezentraler PV. Dies würde auch die Einführung einer integrierten Energiesektorplanung erleichtern, die ein breiteres Spektrum an Echtzeitdatensätzen und fortschrittlichen Analysen nutzt.

Politische Entscheidungsträger und Regulierungsbehörden können mithilfe digitaler Instrumente finanzielle Anreize entwickeln, beispielsweise Einzelhandelspreissignale, die insbesondere in Spitzenzeiten die Maximierung des individuellen oder kollektiven Eigenverbrauchs in den Vordergrund stellen. Sie können es auch ermöglichen, dass dezentrale PV-Anlagen Hilfsdienste für Stromsysteme bereitstellen und so dazu beitragen, dass das Stromnetz das Gleichgewicht zwischen Erzeugung und Nachfrage aufrechterhält. Durch die Bereitstellung solcher Dienste können verteilte PV-Eigentümer oder Aggregatoren – Unternehmen, die ein Portfolio mehrerer verteilter Ressourcen verwalten, um Dienste wie Flexibilität für Stromversorgungssysteme anzubieten – für solche Dienste vergütet werden. Politische Entscheidungsträger können auch innovative Geschäftsmodelle fördern, die Energiegemeinschaften und den Peer-to-Peer-Handel von dezentraler PV-Energie zwischen Verbrauchern und Prosumern (Verbrauchern, die auch Strom erzeugen) ermöglichen.

Der dezentrale PV-Einsatz nimmt schnell zu, beschleunigt den Übergang zu sauberer Energie und erfordert gleichzeitig eine stärkere Konzentration auf die Bewältigung dieses Wachstums. Die Digitalisierung, ein integraler Bestandteil der energiepolitischen Gestaltung, wird sicherstellen, dass die durch den schnellen dezentralen PV-Einsatz entstehenden Risiken bewältigt werden und die Vorteile voll ausgeschöpft werden.

Die IEA arbeitet im Rahmen ihrer Initiative „Digital Demand-Driven Electricity Networks“ (3DEN) mit Ländern auf der ganzen Welt zusammen, um das Bewusstsein zu stärken, Wissen zu erweitern und Kapazitäten aufzubauen, was zu neuen und verbesserten Richtlinien zur Unterstützung des Einsatzes und der Nutzung digitaler Technologien führt saubere Energiewende. Weitere Einzelheiten finden Sie im Leitbericht der Initiative „Unlocking Smart Grid Opportunities in Emerging Markets and Developing Economies“, der im Juni auf einer Sonderveranstaltung zum Thema Digitalisierung für Effizienz, Resilienz und Dekarbonisierung vorgestellt wurde.

Diese Arbeit ist Teil der Digital Demand-Driven Electricity Networks Initiative, die vom Clean Energy Transitions Programme unterstützt wird, der Flaggschiff-Initiative der IEA, um Energiesystemen weltweit dabei zu helfen, eine sichere und nachhaltige Zukunft für alle zu schaffen.

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