Im Alltag können Solaranlagen einen derart störenden Einfluss auf die Stromflüsse im System haben, dass die Versorger gezwungen sind, Fähigkeiten zu entwickeln, um die Produktion aus anderen Quellen schnell zu drosseln und überschüssigen Strom für eine spätere Nutzung zu speichern.
Die daraus resultierende Flexibilität und der aufkommende Einfallsreichtum im gesamten Energiesektor tragen ihrerseits dazu bei, die globale Energiewende zu beschleunigen, indem sie die Stromsysteme dazu zwingen, große Schwankungen in der Erzeugung von sauberem Strom effizienter zu bewältigen.
Da die Versorgung mit allen Formen erneuerbarer Energien rasch zunehmen wird, werden Versorgungsunternehmen, die heute lernen, das Volumen der Solarenergie innerhalb der Erzeugungssysteme zu maximieren, am besten in der Lage sein, die weitere Entwicklung der Energiesysteme in den kommenden Jahrzehnten voranzutreiben.
SAUBERER, ABER UNBESTÄNDIGER
Keine andere saubere Energiequelle bietet auch nur annähernd die Chancen und Herausforderungen, die das schnell wachsende Angebot an Solarstrom mit sich bringt.
Der Gesamtanteil der Solarenergie an der US-Stromerzeugung mag derzeit noch gering sein, aber er wächst schnell. Laut der U.S. Energy Information Administration (EIA) wird die Produktion zwischen 2018 und 2023 um 155% steigen.
Diese Wachstumsrate steht im Vergleich zu einem 56%igen Anstieg der Windenergie und einem 22,4%igen Anstieg der erdgasbefeuerten Produktion im gleichen Zeitraum.
Um das wachsende Angebot an erneuerbaren Energien auszugleichen und die Verpflichtungen zur Verringerung der Emissionen im Energiesektor einzuhalten, haben die US-Versorgungsunternehmen die Kohleverstromung von 2018 bis 2023 um 41% reduziert, wodurch der Anteil der Kohle am Strommix von rund 30% auf 16% gesunken ist.
Da jedoch ein so großer Teil der Grundlaststromerzeugung aus Kohle durch wachsende Mengen an intermittierendem erneuerbarem Strom aus Solarparks ersetzt wurde, ist das US-Stromsystem in den letzten fünf Jahren sowohl volatiler als auch sauberer geworden.
MACHT DEN WEG!
Das kalifornische Stromsystem ist das beste Beispiel für die Volatilität, die durch den raschen Anstieg der Solarstromerzeugung entsteht.
Als größter Solarstromproduzent in den USA hat Kalifornien seine Solarstromproduktion von 2018 bis 2023 um 72% gesteigert und ist laut der Energie-Denkfabrik Ember für rund 28% der Stromversorgung auf Solarstrom angewiesen.
Auf den Bundesstaat entfallen außerdem rund 25 % der nationalen Stromerzeugung aus Solarenergie.
Aber es ist eine ständige Herausforderung, die reichlich vorhandene Sonne in nutzbaren Strom umzuwandeln, ohne die Strommärkte zu verzerren.
Als in den letzten zehn Jahren immer mehr Solaranlagen an das kalifornische Stromnetz angeschlossen wurden, gerieten die Strompreise in Kalifornien in der Mitte des Tages, wenn die Solarproduktion ihren Höhepunkt erreicht, zunehmend unter Druck.
Erschwerend kommt hinzu, dass sich die Spitzenzeiten der Solarproduktion mit den Zeiten überschneiden, in denen die Nachfrage im Netz traditionell am niedrigsten ist. Daher waren die Energieversorger gezwungen, die Strompreise zu senken, um den Bedarf des Netzes auszugleichen, bis die Solarproduktion im Laufe des Tages zurückgeht.
Die daraus resultierende "Entenkurve" der Strompreise wurde in den letzten Jahren zu einem bekannten Phänomen. Die unbeabsichtigte Verzerrung der Marktdynamik durch überschüssigen Solarstrom wurde 2023 von den Gegnern der Energiewende weithin verspottet.
Das Volumen der kalifornischen Solarstromerzeugung hat im Jahr 2024 bisher weiter zugenommen. Laut LSEG-Daten lag die Solarstromerzeugung bis zum 23. Mai um 27 % über der des gleichen Zeitraums im Jahr 2023.
Die ungleichmäßige Verteilung dieser Leistung führt zu täglichen Verwerfungen im Stromerzeugungsmix des Bundesstaates, wobei der Anteil der Solarenergie an der Stromerzeugung vor Sonnenaufgang 0 % und während der sonnigsten Tageszeiten über 70 % beträgt.
Und die kalifornischen Strompreise stehen während der Spitzenzeiten der Solarproduktion weiterhin unter starkem Druck und drehen regelmäßig zeitweise in den negativen Bereich, da der Marktpreismechanismus versucht, die Nachfrage anzulocken und die Produktion aus anderen Quellen zu verhindern.
BATTERIE-STÜTZPFEILER
Um die Auswirkungen des durch die unkontrollierte Solarproduktion verursachten Systemungleichgewichts abzumildern, haben die kalifornischen Energieversorger ein Netz von Batterien eingerichtet, die den überschüssigen Strom während der Spitzenzeiten der Solarproduktion aufnehmen und bei Sonnenuntergang wieder entladen können.
Das Batterienetz befindet sich noch im Aufbau, deckt aber bereits etwa 20 % des kalifornischen Strombedarfs während der Nachfragespitzen ab, die kurz nach dem Ende der Solarenergie auftreten, wenn die von der Arbeit zurückkehrenden Menschen den Strombedarf der Haushalte in die Höhe treiben.
Die Batterien verringern auch den Bedarf an Stromimporten in Kalifornien während dieser Spitzenbedarfszeiten, was die regionale Energieversorgung entlastet und Kalifornien hilft, bei der Stromversorgung weniger abhängig von den Nachbarstaaten zu sein.
Das kalifornische Batteriesystem dient auch als Lernwerkzeug für andere Stromnetze, die ebenfalls mit den Auswirkungen einer zu frühen Einspeisung von Solarstrom zu kämpfen haben.
Und zusammen mit dem verstärkten Einsatz intelligenter Stromzähler - die die Verbraucher dazu anregen, den Stromverbrauch zu erhöhen, wenn das Angebot am größten ist - lernen alle US-Versorgungsunternehmen, wie sie das rasche Wachstum der Solarenergie bewältigen und sich für weitere Fortschritte bei der Energiewende wappnen können.
