Die Zahl der Solaranlagen in Deutschland steigt und steigt. Was Klimaschützer freut, stellt Stromnetzbetreiber vor neue Herausforderungen. Deswegen müssen sich Solaranlagen künftig an der Netzstabilisierung beteiligen.

Aus München Daniela Becker

Der rote Balken liegt zur Mittagszeit bei 12.000 Megawatt. Der Balken gehört in eine Grafik, in der die vier großen Netzbetreiber Amprion, 50Hertz, EnBW und Tennet mit einer Verzögerung von zwei Stunden die Leistung der deutschen Solarstromanlagen veröffentlichen.

Eine solche Menge Solarstrom, das hätten sich noch vor wenigen Jahren selbst die größten Verfechter der Ökoenergie kaum träumen lassen. 17.320 Megawatt beträgt die Nennleistung aller Photovoltaikanlagen zusammen. Noch vor zehn Jahren waren es nur 76 Megawatt. Und es ist Mitte April, die heiße Zeit des Jahres kommt erst noch. Dann kommen die rund 860.000 Photovoltaikanlagen in Deutschland erst richtig in Fahrt.

2010 wurden Photovoltaikanlagen mit einer Leistung von 7.400 Megawatt installiert. Diese Zahlen ermittelte die Bundesnetzagentur. "Damit war der Zubau fast doppelt so hoch wie 2009", sagte Matthias Kurth, Präsident der Regulierungsbehörde in Bonn. Im Jahr 2009 waren Sonnenkraftwerke mit einer Leistung von 3.800 Megawatt angeschlossen worden. Das bedeutet, dass bereits heute so viele Sonnenkraftwerke in Deutschland am Netz sind, wie der Regierungsplan eigentlich erst 2018 vorgesehen hatte. Das 
im 
August 
2009 erschienene 
Leitszenario 
Erneuerbare 
Energien der 
Bundesregierung ging von
 einem
 jährlichen Zubau 
der 
Photovoltaik
 von
 1.900 
Megawatt aus.

Die heißeste Zeit kommt noch: Solarstrom vom eigenen Dach. (Foto: Paul Langrock)

Der Solarboom freut Klimaschützer, doch Hans Wallner bereitet er einiges Kopfzerbrechen. Wallner ist Leiter Netzwirtschaft bei der Eon Bayern AG, die einen großen Teil der Stromnetze im Bundesland betreibt. "Es gibt immer wieder unzulässige Spannungsanhebungen und zeitweise Überlastungen", sagt Wallner. "Im schlimmsten Fall führt das zu punktuell so hohen Einspeisewerten, dass bereits einzelne Anlagen vom Netz genommen werden mussten". Besonders kritisch wird es im bayrischen Hinterland, wo sich zahlreiche Landwirte mit dem per Gesetz vergüteten Solarstrom ein Zubrot verdienen. "Dafür sind die Netze historisch einfach nicht gedacht. Die Netzkapazität der Vergangenheit reicht nicht mehr aus", sagt Wallner.

Netzstabilität und Stromverteilung müssen sich an neue Gegebenheiten anpassen

Was genau passiert im Netz? Niederspannungsnetze sind die unterste Netzebene, von der einzelne Häuser versorgt werden. Bis vor wenigen Jahren hatte diese Netzebene eine reine Verteilerfunktion. Mit der steigenden Zahl Solaranlagen wird aber nicht mehr nur Strom entnommen, sondern immer mehr eingespeist - dezentral und in der Menge stark fluktuierend. Strahlt die Sonne stark, steigt die Spannung im Netz. Damit das Netz stabil bleibt, gilt für Photovoltaik die Regel: Wird die Spannung zu hoch - etwa zur Mittagszeit, wenn die Sonne besonders stark strahlt, aber der Stromverbrauch niedrig ist - muss die Photovoltaikanlage sofort den Strom begrenzen. Vor einigen Jahren als die Anzahl Solaranlagen noch sehr gering war, stellte das keine Schwierigkeit dar. Heute ist das anderes.

Rund 860.000 Photovoltaikanlagen stehen derzeit insgesamt in Deutschland. (Foto: Paul Langrock)

Fällt ein konventionelles Kraftwerk auf Basis von Öl, Gas oder Atom aus, existiert ein Notfallplan. Die großen Energieversorger halten Ersatzkraftwerke vor, die sie bei Bedarf sofort anwerfen können. Dieses ausgeklügelte System ist höchst effektiv, aber weitgehend auf den bestehenden Kraftwerkspark zugeschnitten. Auch die Menge der Reserveleistung - rund drei Gigawatt, was etwa der Leistung von sechs herkömmlichen Kraftwerken entspricht - kann der fluktuierenden Solarleistung im Ernstfall kaum etwas entgegen setzen. Und Ernstfall bedeutet, dass ein schlagartiges Ausschalten der Photovoltaikanlagen theoretisch zu einem Blackout, also einem großflächigen Stromausfall, führen könnte.

Doch die Spannungshaltung vor Ort ist nicht das einzige Problem: „Wenn sehr viele kleine Anlagen bei Überfrequenz gleichzeitig abschalten kann es sogar für die Betreiber der Übertragungsnetze schwierig werden das Netz stabil zu halten. Man könnte sagen: das Netz wird dann plötzlich zu stark gebremst – wenn die Anlagen nach kurzer Zeit die Leistung erneut steigern und sich dieser Vorgang wiederholt, kann eine Schwingung entstehen, die sich weiter fortsetzt und große Störungen im gesamten europäischen Verbundnetz auslöst,“ erklärt Philipp Strauss, Bereichsleiter Anlagentechnik und Netzintegration des Fraunhofer Instituts für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES).

Sonnenstrom im EU-Verbundnetz braucht entsprechende Regulierungsmöglichkeiten

Der Europäische Photovoltaikverband (EPIA) plant in der Studie "SET for 2020" mit zwölf Prozent des europäischen Strombedarfes, der durch Solarstrom gedeckt werden soll. "Diese Menge müssen wir störungsfrei ins Netz integrieren. Das bedeutet, Solaranlagen müssen sich aktiv an der Netzregelung beteiligen", sagt Frank Greizer, Bereichsleiter Produktentwicklung der SMA Solar Technology AG. Sein Unternehmen produziert Solarwechselrichter. Das sind die Geräte, die den Solarstrom von Gleichstrom in Wechselstrom umwandeln, damit er im Stromnetz abtransportiert werden kann. Ab kommendem Jahr müssen sie bei neuen Anlagen auch die Netzfrequenz überwachen und, wenn nötig die Leistung der Anlage anpassen, oder die Spannung reduzieren.

Im Grunde sollen Anlagen und Netz miteinander kommunizieren und sich gegenseitig helfen. Ein erster Schritt in Richtung intelligentes Stromnetz, in dem die Stromerzeugung je nach Bedarf gesteuert werden kann. "Auch viele der europaweit bereits existierenden Anlagen müssten aber so eingestellt werden, dass sie nicht alle gleichzeitig abschalten wenn kritische Frequenzgrenzen erreicht werden können", sagt Philipp Strauss.

17.320 Megawatt beträgt die Nennleistung aller Photovoltaikanlagen heute. (Foto: Paul Langrock)

Natürlich werden längst Maßnahmen ergriffen, um erneuerbaren Energien in das Netz zu integrieren. "Wir bauen das Stromnetz tagtäglich weiter aus und errichten neue Trafostationen", erläutert Wallner. Nicht immer ein leichtes Unterfangen, denn Anschluss von Photovoltaikanlagen ist für den Netzbetreiber ein kaum steuerbares Verfahren. "Wir können nicht voraussehen, wann in welcher Gegend wie viele Anlagen installiert werden. Da kommt es schon mal zu Diskussionen in einer Gemeinde, wenn wir nach einem halben Jahr an der gleichen Stelle schon wieder die Straße aufreißen, um noch eine zusätzliche Stromleitung zu verbuddeln", erzählt er.

Auch die Politik hat reagiert. Mit dem novellierten Erneuerbaren-Energien-Gesetz (EEG) erhalten Solaranlagenbetreiber eine höhere Vergütung, wenn sie ihren produzierten Strom selbst verbrauchen anstatt ins öffentliche Stromnetz einzuspeisen. Auch so werden die Netze entlastet.

In den Entwicklungsabteilungen der Wechselrichterhersteller werden nun Überstunden geschoben, um die Geräte an die neuen Anforderungen anzupassen. Es geht um den Sprung in die Zukunft: Nimmt die Branche diese technische Hürde, dann steht der Nutzung von noch viel größeren Mengen erneuerbarer Energien als heute nichts mehr entgegen.