Die Photovoltaik entwickelt sich schneller und die Kosten sinken stärker als von Experten geschätzt – die Modellierung auf Grundlage empirischer Daten liefert bessere Prognosen

Expertenprognosen zur Energiewende haben sich in der Vergangenheit regelmäßig als falsch erwiesen. Der weltweite Wandel der Energieversorgung erfolgt grundsätzlich schneller als von Experten prognostiziert. Obwohl das bekannt ist, resultiert es bisher kaum zu realistischeren Prognosen. In führender Forschung zeigt sich die empirisch basierte Modellierung als wesentlich zuverlässiger. Deshalb haben wir sie auf die Prognose der Photovoltaik-Entwicklung bis 2030 angewandt, mit überraschenden Resultaten.

Die Erfahrung aus zurückliegenden Technologietransitionen zeigen durchgängig einen einheitlichen Verlauf auf. Charakteristisch ist zu Beginn ein exponentielles Wachstum, gefolgt von einer Phase linearen Wachstums, um anschließend bei Annäherung an die Marktsättigung abzuflachen. Dieser Verlauf ähnelt einem nach rechts geneigen S, daher auch der Name des Verlaufs, S-Kurve. Zahlreiche Technologietransitionen untermauern dieses, wie eine aktuelle Studie von Doyne Farmer (Oxford Universität) und seinem Team zu empirisch basierten Technologiewandeln zeigt.

Seit 48 Jahren hat sich das global das installierte Photovoltaik-Volumen etwa alle zwei Jahre verdoppelt. Gleichzeitig sank der Preis bei jeder Verdoppelung um rund 23 Prozent. Der Trend in Volumen und Preis erweist sich als sehr stabil mit geringer Volatilität.

Natürlich wachsen auch bei der Photovoltaik die Bäume nicht in den Himmel und um die Grenzen exponentieller Entwicklung wissen wir alle. Aber wo liegen die Grenzen der Entwicklung in der Photovoltaik, wann werden sie erreicht und was sind die Kosten einer derartigen Transition?

Auch hier hilft die Erfahrung weiter. Aber zunächst ein Blick auf das inzwischen Erreichte. Die Entwicklung hat bereits zu einer einschneidenden Veränderung des Energiesektors geführt, wie die nachfolgende Graphik aus dem ersten Halbjahr 2022. Unter Berücksichtigung der aktuellen Preise der Photovoltaik-Module wären die aufgeführten Kosten deutlich niedriger.

In nahezu allen industrialisierten Ländern ist Wind- oder Solarenergie die günstigste Stromquelle aus neuen Großanlagen. Mit Photovoltaik-Kraftwerken wurden bereits Gestehungskosten von etwa 1 US-Dollarcent pro Kilowattstunde im Jahr 2020 in sonnigen Regionen unterboten und die aktuelle Preisentwicklung in Photovoltaik ermöglicht inzwischen sogar noch geringere Gestehungskosten. Die in der Bloomberg-Grafik aufgeführten Durchschnittskosten der letzten Jahre lassen sich mit neuen Photovoltaik-Anlagen deutlich unterbieten. Allein seit November 2022 sind die Photovoltaik-Modulpreise um rund 50 Prozent auf ein rekordtiefes Niveau gefallen. Zur Einordnung: Die Börsenstrompreise an der EEX in Leipzig lagen 2020 im Mittel bei 30 Euro pro Megawattstunde und seit März 2023 zwischen 77 und 102 Euro pro Megawattstunde. Der Photovoltaik-Strom aus großen Anlagen ist somit nicht nur längst konkurrenzfähig, er ist inzwischen mit Abstand die günstigste Stromquelle aus neuen Anlagen.

In Kleinanlagen ist die Preissituation eine andere, hier ist der Strom-Endverbrauchspreis die entscheidende Grösse. Die Netzparität (gleicher Preis für Solarstrom wie der Netzpreis) wurde in fast allen Ländern bereits unterschritten, selbstproduzierte Solarstrom ist somit günstiger als der Strom aus dem Netz. Eigene Photovoltaik-Anlagen sind ökonomisch attraktiv, auch wenn der selbstproduzierte Strom weitem nicht die Preise aus neuen Großanlagen erreicht.

Das starke Wachstum der global installierten Photovoltaik-Leistung wäre ohne die erhebliche Reduktion der der Modulpreise nicht möglich gewesen. Seit 1976 beträgt die Preisreduktion mehr als 99,8 Prozent. In der Vergangenheit haben sich Expertenschätzungen grundsätzlich als bei weitem zu zurückhaltend erwiesen. In umfangreichen wissenschaftlichen Analysen mit fast 3000 Prognosen zeigten sich die Schwächen. Bezüglich des Preisrückgangs in Photovoltaik zwischen 2010 und 2020 haben die progressivsten Experten 6 Prozent jährlich prognostiziert, der Durchschnitt sogar nur 2.6 Prozent. In Realität waren es 15 Prozent. Somit ist es nicht überraschend, dass auch die Modelle, die auf Expertenschätzungen setzen, nicht zu besseren Prognosen gelangen. Hier sind insbesondere die in der ökonomischen Modellierung vorherrschenden Integrated Assessment Modelle (IAM) zu nennen. pv magazine berichtete über die schwachen Prognosen zur Transition in Erneuerbare, besonders prominent waren diejenigen der IEA [Kommentar: https://www.pv-magazine.de/2018/11/20/iea-und-photovoltaik-das-geht-einfach-nicht-zusammen/;   https://www.pv-magazine.de/2015/09/22/studie-iea-rechnete-jahrelang-photovoltaik-und-windkraft-schlecht/; https://www.pv-magazine.de/2023/08/03/wood-mackenzie-prognostiziert-270-gigawatt-globalen-photovoltaik-zubau-in-diesem-jahr/]

Aber wenn Expertenschätzungen hinsichtlich der zukünftigen Entwicklung nicht verlässlich sind, was wären Alternativen?

Empirisch fundiert verhalten sich Technologietransitionen wie folgt: Zu Beginn ist das Wachstum exponentiell. Ab der Hälfte des Marktes wird das Wachstum linear, um in der Schlussphase abzuflachen. Basierend darauf und auf der umfassenden mathematischen Modellierung ergibt somit ein Anhalten des exponentiellen Trends über das Jahr 2030 hinaus. Exakt diese empirische Basis hat mein Team für die Modellierung genutzt. Die Modellergebnisse für das Jahr 2030 liefern als Erwartungswert folgendes: Die global installierte Photovoltaik-Leistung wird wahrscheinlich von etwa 1240 Gigawatt 2022 auf rund 14.000 Gigawatt im Jahr 2030 ansteigen und der Photovoltaik-Modulpreis von 22 Cent pro Wattpeak im Sommer 2023 auf 9,7 Cent pro Wattpeak fallen. Das globale Volumen wird bis 2030 somit um den Faktor elf wachsen und der Preis in etwa halbiert werden. Die nachfolgende Grafik zeigt das erwartete Volumenwachstum und die damit einhergehende Preisreduktion, ab 2023 als Prognose auf der Basis der bisherigen Entwicklung.

Damit wären nach vorsichtiger Schätzung Photovoltaik-Stromgestehungskosten in Mitteleuropa von durchgängig unter zwei Cent pro Kilowattstunde und in Südeuropa von unter einem Cent pro Kilowattstunde möglich.

Gegenüber den Expertenschätzungen haben sich die empirisch basierten mathematischen Modelle nicht nur als weitaus verlässlicher erwiesen, wie die Oxford Universität aufzeigt. Die Modellierung zeichnet sich durch transparente nachvollziehbare Annahmen und im Vergleich zu den sonst üblichen Modellen auch durch eine geringe Komplexität, d.h. die Vermeidung von Überkomplexität und damit eine geringe Fehleranfälligkeit aus. Die von unserem Team, unabhängig von der Oxford Universität, entwickelte Modellierung liefert grundsätzlich identische Ergebnisse zur Oxford Modellierung. Somit kann unsere Methodik als durch die der Oxford Universität als unabhängig bestätigt betrachtet werden. Während viele andere Modelle noch nicht einmal darauf abzielen, auf die historische Entwicklung anwendbar zu sein, integriert die empirische Modellierung die Historie, sie baut darauf auf.

Das vorstehend aufgezeigte Szenario reflektiert den Erwartungswert der Entwicklung. Die Modellierung beruht auf einer Vielzahl von erfolgreichen Technologietransitionen. Abweichungen vom Trend sind möglich, nach oben wie nach unten. Die Entwicklung kann schneller oder langsamer verlaufen, der Trend liefert jedoch den Erwartungswert/die Prognose von global 14.000 Gigawatt und einen Modulpreis von 9,7 Cent pro Wattpeak. Die Modellierung zeigt den erwarteten globalen Trend auf. Aussagen zu nationalen oder regionalen Entwicklungen leiten wir an dieser Stelle nicht daraus ab.

Im Gegensatz zu der empirisch basierten Modellierung liefern prominente aktuelle Schätzungen beispielsweise für 2030 eine global installierte Photovoltaik-Leistung von lediglich 3.650 Gigawatt wie auch pv magazine unter Bezug auf den Wood Mackenzie «Q3 2023 Global solar market outlook update» berichtete. Demgegenüber liefert die empirisch basierte Modellierung allein für das Jahr 2029 einen Zubau von 2800 Gigawatt und eine global installierte Kapazität von 14.000 Gigawatt bis 2030. Die Diskrepanz ist unübersehbar.

Natürlich stellt sich die Frage, wie realistisch die empirische Modellierung ist. Insbesondere vor dem Hintergrund der oft diskutierten Speicherthematik der erneuerbaren Energien erscheint die Prognose als viel zu optimistisch. Aber diese Thematik ist vom Grundsatz her gelöst. Die Kombination zweier bewährter Technologien beweist dies. Zum einen das «Gemini»-Solarprojekt von Warren Buffett. Es stellt 24/7 Solarstrom, unterstützt durch Akkuspeicherung, zu Kosten von 3,3 Cent pro Kilowattstunde bereit. Zum anderen ist es die von der ABB in China installierte Ultra-Hochvolt-Gleichstrom-Übertragung. Mit dieser Technologie lässt sich Strom verlustarm über große Distanzen übertragen. In China sind es 3200 Kilometer, zwischen Changji und Guquan. Mit der Kombination dieser beiden Technologien lässt sich 24/7 Solarstrom an fast jedem Punkt der Erde wirtschaftlich bereitstellen. Das Vereinigte Königreich hat das bereits aufgegriffen und plant das Xlinks Morocco–UK Power Project. Ägypten, Zypern und Griechenland planen vergleichbares. Wirtschaftlich ist da dabei unerheblich, ob der Strom aus den Halbwüsten Südeuropas oder aus anderen Regionen stammt.

Ein Verlangsamen des globalen langjährigen exponentiellen Trends wird, empirisch basiert, kaum vor Ende des Jahrzehnts und wahrscheinlich nicht vor 2034 eintreten, allein schon aufgrund der vorteilhaften Preise von Solarstrom aus neuen Anlagen. Wie sich dieser globale Trend fortsetzt, ob er sich zunehmend auf sonnenreiche Regionen fokussiert und diese uns zukünftig die Energie in Form von Strom verkaufen oder ob der Photovoltaik-Strom vor Ort produziert und gespeichert wird, liegt auch an der Politik hierzulande.

Die Erneuerbaren haben nicht nur das Potential, eine CO₂ neutrale Ökonomie zu ermöglichen. Sie sind bereits eine Basis für ein stabiles ökonomisches Wachstum auf dem Weg zur globalen Klimaneutralität und sie helfen, die Energiekosten zu reduzieren. Wir sollten die sich bietenden Möglichkeiten nutzen, auch in Sinne der Begrenzung des Klimawandels und unserer Verantwortung für den Planeten.

— Der Autor Uwe Dahlmeier ist promovierter Mathematiker und Inhaber einer auf mathematische Modellierung und Risikomanagement spezialisierten Firma. Mit seinem Team hat er ein empirisch basiertes mathematisches Modell entwickelt, um Umfang, Geschwindigkeit und Kosten der Energietransition hin zu einer CO₂ neutralen Ökonomie verlässlich zu prognostizieren. Gute Prognosen sind unabdingbare Voraussetzung für das Risikomanagement der Transition zur CO₂ neutralen Ökonomie. Zu den Risiken der Transition/Energiewende gehören nicht nur die verpassten Chancen, die sich aus den nicht realisierten wirtschaftlichen Vorteilen einer kosteneffizienten Energieversorgung ergeben. Der gesamte Energiemarkt wird in wenigen Jahren vor großen Umwälzungen, vor Disruptionen, stehen. Diese gilt es rechtzeitig zu erkennen, um Maßnahmen zur Begrenzung zu ergreifen. —