Solarforschung: “Viele wollen einfach nur Apps programmieren”

Interview mit dem Professor für Erneuerbare Energien an der Universität Paderborn Dr.-Ing. Stefan Krauter

Name Prof. Dr.-Ing. habil. Stefan Krauter

Job 
Professor und Lehrstuhlinhaber an der Universität Paderborn: Fachgebiet Elektrische Energietechnik - Nachhaltige Energiekonzepte

Alter 60

Wohnort Berlin

Credo 
100-Prozent erneuerbare Energien sind möglich. 

Projekte 
Solon AG; Mitgründung und Leitung Photovoltaik-Institut Berlin AG zur Prüfung und Zertifizierung von PV-Modulen; Konferenzen RIO 02-15; Habilitation "Energetische Bilanzierung von Photovoltaik-Kraftwerken unter Berücksichtigung der Reduktion des anthropogenen CO2-Ausstoßes”; Projektbeteiligung Microgrids im östlichen Afrika mit interdisziplinärer Zusammenarbeit - A:RT-D Grids; Vermittlung von Wissen und Richtigstellung von Falschinformation mittels You-Tube-Kanal Stefan Krauter und Twitter/BlueSky/Mastadon (@solarpapst).

Herr Krauter, Sie sind seit über 20 Jahren in der Solarforschung, was hat Sie am Anfang besonders interessiert?

Genauer gesagt, bin ich sogar 35 Jahre in der Forschung. Ich habe mich in meiner Dissertation an der TU Berlin 1993, nur zunächst mit der Photovoltaik befasst. Wie man ganz konkret in der Praxis PV-Module effizienter machen kann, um den Energieertrag zu steigern. Es ging dabei um rein physikalische Aspekte wie die optische Reflexion im Tagesverlauf und die Betriebstemperatur im Rahmen von einem Betriebsmodell für die Photovoltaik. 

Sie erforschen an der Universität Paderborn “Nachhaltige Energiekonzepte” - welchen Beitrag leisten Sie heute mit Ihrem Schwerpunkt in der Solarforschung? 

Es gibt da tatsächlich eine Entwicklung. Ganz am Anfang haben wir tatsächlich nur auf die Photovoltaik geachtet und wie man vor allem deren Energieertrag steigert. So habe ich mir in meiner Dissertation die optischen, thermischen und elektrischen Eigenschaften von Photovoltaikmodulen angeschaut und ein Betriebsmodell entwickelt, das in der energetischen Bilanz bei Photovoltaik-Kraftwerken besser funktioniert. 

Warum haben Sie das getan?

Im Laufe der Zeit sind Solarmodule extrem günstig geworden, so dass es sich aus betriebswirtschaftlicher Perspektive nicht mehr gelohnt hat, noch ein letztes Zehntel-Prozent an Wirkungsgrad aus den PV-Modulen in der Solarforschung rauszuholen. In Berlin haben wir 2006 das PI-Institut an der Technischen Universität aufgemacht, um sich mit dem Thema Qualitätssicherung zu befassen. Es ging darum, günstige Module aus Ländern wie China auf ihre Qualität nach IEC-Kriterien (Anmerkung der Redaktion: Die IEC - International Electrotechnical Commission stellt internationale Normen für das Risiko- und Qualitätsmanagement auf ) - zu prüfen und zu zertifizieren. Das brauchen wir heute nicht mehr: Die meisten Module bestehen heute den Test nach der DIN-Norm IEC 61215 für  PV-Module in Bodenanlagen. Sie können daher gut erfolgreich in PV-Projekten eingesetzt werden.

Welcher Schritt war bisher der wichtigste in der Energiewende und wie können wir in der Solarforschung dort anknüpfen? 

An sich ist eine komplett und ausschließlich auf Photovoltaik basierende Stromversorgung im Vergleich zu anderen primären Energiequellen wie Kohle, Gas eine der teuersten Energiequellen, wobei der Stromspeicher dabei momentan mit Abstand die teuerste Komponente ist. Doch Photovoltaik ist in der Erzeugung von Strom aus der primären Energiequelle Sonne nicht teuer. Die Solarmodule sind bei guten Wirkungsgraden an sich heute sehr günstig. Das war ein Meilenstein meiner Ansicht nach. Mich interessiert daher heute als Solarforscher:in, wie wir es im Energieversorgungssystem insgesamt schaffen, eine 100-prozentige Stromversorgung mit erneuerbarer Energie günstig zu realisieren. Was ich damit meine, ist in Kombination mit anderen erneuerbaren Energiequellen, wie z.B. Windenergie und Wasserkraft, ein besseres “Demand-Side-Management” unter Einsatz von minimal groEnergiespeichern.

Wie beurteilen Sie den Wettbewerb der einzelnen erneuerbaren Energiequellen bei fallenden Kosten plus guter Produktqualität ?

Sonnen- und Windenergie ergänzen sich in Deutschland saisonal ganz gut. Im Winter hat man weniger Sonne und im Sommer hat man halt eher Sonne und mehr Wind. Man kann Stromspeicherkapazität einsparen, wenn man mit Energiemanagement-Systemen die Energienutzung besser organisiert. E-Autos nachts zu laden zum Beispiel ist nicht sinnvoll. Jene sollten tagsüber geladen werden, wenn es viel Sonne hat. Das hat sich bei den Verantwortlichen noch nicht ganz durchgesetzt. Die Frage insgesamt ist, was muss ich tun, damit wir 100 Prozent Erneuerbare wenigstens beim Strom haben. Es geht auch darum, die autonomen Stromerzeuger - zum Beispiel die privaten Haushalte mit PV - und die Netzbetreiber - sinnvoll zu verbinden. Ich sehe da keine große Konkurrenz, falls eine gute Kooperation angestrebt wird.

Welche Faktoren sind aus Sicht der Solarforschung für Sie entscheidend, damit die Energiewende gelingt? 

Dass man den Stromverbrauch mit einbindet in ein nachhaltiges Gesamt-System. Es geht dabei um Fragen, wie man den Stromverbrauch der einzelnen Haushalte und Industrie netzdienlich gestaltet. 

Was meinen Sie damit konkret?

Das heißt konkret, wie kann ich den Verbrauch von erneuerbarer Energie erhöhen und gleichzeitig die Stabilität des Stromnetzes insgesamt gewährleisten. Wenn der Strom billig ist, dann stammt er heute meistens aus erneuerbarer Energie, wie Wind- und Solarkraft. Daher sollten wir, wenn die Sonne nicht scheint und der Wind Flaute hat, insgesamt weniger Strom verbrauchen. Eventuell muss zur Netzstabilität momentan auch noch begrenzt Kohlekraft eingesetzt werden. Was den Einsatz von erneuerbaren Energien als hauptsächliche Energiequelle im Stromnetz betrifft, haben wir bereits eine feste Lernkurve, wie wir wirtschaftlich handeln können und den Anteil an erneuerbaren Energien im Stromnetz erhöhen. Es gibt viele Möglichkeiten: Der Einsatz von E-Autos als mobile Tages-Speicher ist nur eine von vielen. 

Was ist für Sie aus Sicht der Solarforschung bisher das größte Hindernis bei der Energiewende in Deutschland?

Die Desinformation auf vielen Kanälen. Als Wirtschafts- und Klimaminister Robert Habeck die Wärmepumpen einführen wollte, ist dies als überhaupt nicht sinnvoll in vielen Medien dargestellt worden. Nach meiner Einschätzung sind Wärmepumpen in Häusern durchaus sinnvoll. Trotzdem werden er und das Thema verteufelt, als ob er etwas ganz Böses macht. Diese Umstellung ist zwar schwierig in manchen Gebäuden, aber machbar. 

Ist es Lobbyismus gegen die derzeitige grüne Regierungspolitik? 

Es ist inzwischen viel Ideologie in der Diskussion, dass man grundsätzlich gegen alles ist, was einen grünen Touch hat. Sehr wahrscheinlich ist diese Ideologie vom Fossil-Lobbyismus initiiert. 

Wünschen Sie sich von der Wirtschaft und in der Politik mehr sachliche Entscheidungen?

Ja, es wird zur Zeit gar nicht auf die wissenschaftlichen und technologischen Argumente gehört, die für viele technische Lösungen in der Energiewende sprechen. Vieles, was das Wirtschafts- und Klimaministerium macht, wird grundsätzlich schlecht geredet und es wird viel zu ideologisch diskutiert. 

Meinen Sie damit dezentrale Smart-Grids aus erneuerbaren Energiequellen?

Ja, sie zu optimieren ist viel wichtiger momentan. Ich sehe nicht die Notwendigkeit für noch intensivere Solarforschung, zumindest was die Solarzellen betrifft. Bei den Solarzellen ist bei Wirkungsgraden der Zellen schon fast alles ausgereizt. Wichtig sind jetzt die Energiesysteme.

Was muss seitens des Gesetzgebers für Sie als Solarforscher passieren? 

Es muss mehr auf der Anwendungsseite passieren. Beispielsweise, dass man die Arbeitgeber dazu bringt, Ladestationen am Arbeitsplatz zu haben, anstatt dass die Menschen zuhause eine Wallbox haben müssen. So kann man relativ viel an umweltfreundlicher Energie nutzen, durch einfache, zeitliche Lastenverschiebung. Es braucht noch viel politische Arbeit und das nicht nur für Solarparks. 

Welches sind denn Beispiele für einfach zu beseitigende Probleme durch die Politik ? 

Zum Beispiel die Option, selbst erzeugten Strom an die Nachbarn zu verkaufen. Dass Bürokratie insgesamt abgebaut wird. Es sollte allgemein für dezentrale Solarenergie weniger Steine in den Weg gelegt werden, ob es jetzt die Photovoltaik im Denkmalschutz ist oder das Aufheben des Verbots von Peer-to-Peer-Lösungen im Energiehandel. 

Und seitens der EU?

Zum Beispiel sollte die minimale Ladegeschwindigkeit reduziert werden, so dass man auch mit einem kleinen PV-System sein Auto direkt laden kann. Es sollte grundsätzlich möglich sein, das E-Auto auf der Arbeit zu laden ohne steuerliche Nachteile, wie den einer Versteuerung des geldwerten Vorteils. 

Wer soll denn mit diesen politischen Hürden in Deutschland und der EU geschützt werden? 

Ich bin kein Jurist, um das klar beantworten zu können. Es ist nur leider so, dass diese Hürden nicht dem Ausbau der erneuerbaren Energien in Europa helfen und die alten Energieversorgerstrukturen erhalten.

Sie arbeiten in internationalen Forschungsprojekten in Tansania und Brasilien. Welche Lehren ziehen Sie daraus für die Zukunft?

International ist es oft einfacher, neue Konzepte umzusetzen, wenn es kaum existierende Energiestrukturen gibt. Ganz wichtig ist, dass überall erneuerbare Energien weiter ausgebaut werden. Momentan sind wir in Deutschland bei einer Quote zwischen 50 und 60 Prozent. Wir müssen grünen Stahl herstellen können, am besten mit dem Einsatz von grünem Wasserstoff, damit sich zukünftig größere Wasserstoffspeicher wirtschaftlich lohnen. Momentan werden sehr wenig Energiespeicher gebaut, weil die Nutzung im Augenblick zu niedrig wäre.

Es sind also rein rechnerische Probleme?

Gäbe es mehr Strom aus erneuerbarer Energie, dann wäre das Nutzungsverhältnis von Speichern besser und auch das Businessmodell würde besser funktionieren. Momentan wird hier bei den Kapazitäten in der Elektrizität eher nach einem Modell auf Sicht geplant. In Brasilien gibt es solche langfristigen Modelle: Dort ist ein 30-Jahre-Energieplan festgelegt worden. Das gibt es in Deutschland nicht. Hier wird alles für eine Legislaturperiode entschieden. 

Ist Wasserstoff als Energieträger nicht ein Thema, was die Menschen in der Energiewende trennt? 

Als nicht primäre Energiequelle, sollte Wasserstoff nur da eingesetzt werden, wo es keine andere Lösung gibt, als Ersatz für fossile Brennstoffe. Das könnte zum Beispiel im Flugzeug der Fall sein, denn dort können derzeit keine entsprechenden leistungsstarken Batterien mitgenommen werden. Ein anderes Beispiel ist die Chemieindustrie. Allerdings, wo der Einsatz von grünem Wasserstoff sich vermeiden lässt, sollte dies geschehen, da die Produktion noch sehr teuer ist. 

Ist Wasserstoff sozusagen die grünere Zwischenlösung für die Atomenergie? 

Das ist ein großer Unterschied. Atomkraft ist ein primärer Stromerzeuger. Wasserstoff ist ein Energiespeicher. Man kann Wasserstoff zum Beispiel auch aus Erdgas herstellen - nur dann ist es halt kein grüner Wasserstoff. Da kann man dann auch gleich Erdgas nehmen, von der Klimaneutralität der Emissionen her gesehen. Wasserstoff ist wirklich immer nur eine Notlösung. Rein technisch sehe ich viele Synergiemöglichkeiten, wenn man die vorhandenen Gaspipelines nutzt. Für die chemischen Industrie kann dem normalen Erdgas bis zu 50 Prozent Wasserstoff zugeführt werden. Das Stadtgas hatte bereits vor 50 Jahren zur Hälfte Wasserstoff. Es ist nur lange so getan worden, als wären das zwei völlig getrennte Wege. Wir müssen einiges berücksichtigen: Das Heizen, Verkehr und Gebäude. Wärmepumpen in Gebäuden wären ein erster Schritt weg vom Gas, hin zur effizienten Elektrizität, gewesen. 

Werden in der Zukunft grenzüberschreitende Großprojekte - wie einst DESERTEC- wieder eine Rolle spielen? 

Solche Projekte wie die Industrieinitiative DESERTEC (siehe Kasten) scheitern oft an den hohen Gewinnerwartungen und Margen der Grosskonzerne. Die Firma Siemens war einst der weltgrößte Photovoltaik-Hersteller. Die eigentliche Energiewende in Deutschland haben zunächst mittelständische Firmen wie Solon und Solar Fabrik vorangetrieben. Auch im Windbereich war es anfangs ähnlich. Großfirmen sind oft zu träge und zu teuer für die Umsetzung von Innovationen. Es gibt auch heute viele Startups in Deutschland mit interessanten Innovationen aus der Solarforschung. Mir fällt da zum Beispiel Sono Motors ein, die leider das Solarauto nicht bauen, aber jetzt einen ausländischen Investor - einen Hedgefonds aus den USA  - für das PV-Integrations-Know-How gefunden haben.

Die Umsetzung von Innovationen aus Startups ist in Deutschland oft noch zu kleinteilig. In China läuft das anders, da wird bei neuen Entwicklungen in die Solarwirtschaft gleich viel Geld großskalig investiert. Eine prima Entwicklung aus Europa könnte zum Beispiel ein Wohnmobil sein, das mit Solarzellen auch bewegt wird. Dass man wirklich Autarkie hat und autonom ist auf langsamen Reisen. 
 

Ist das Thema Mobilität eines der Schlüsselthemen in der Solarforschung? 

Ja, in gewisser Weise. Solarzellen könnten auch einen gewissen Stromanteil für Züge erzeugen, doch leider geht die Entwicklung in die Richtung von Einsatz von Wasserstoff in Zügen momentan. 

Welche Innovationen aus dem Bereich Solarforschung sehen Sie in der Photovoltaik am Kommen?

Bifacial Module sind ein Trend. Das sind Module, die man von vorne und von hinten für die Erzeugung von Solarstrom beleuchten kann. Vorne mit der direkten Sonneneinstrahlung und hinten zusätzlich durch das indirekte Licht. Vor allem Photovoltaik-Projekte in der Landwirtschaft lassen sich hiermit mit hohem Ertrag realisieren. Ein deutscher Hersteller, der mir einfällt, ist die Firma Solarwatt aus Dresden. Diese Module können Dächer ersetzen, da jene eine "Allgemeine Baurechtliche Zulassung” des Deutschen Instituts für Bautechnik haben.

Was sind die Lieblingsthemen der Studierenden, die bei Ihnen in der Solarforschung graduiert haben? 

Früher haben die Student:innen zum Beispiel selbst gelötet und u.a. Datenerfassungsanlagen gebaut. Aktuell wollen alle am liebsten ihre wissenschaftlichen Arbeiten mithilfe des Einsatzes von Künstlicher Intelligenz - wie zum Beispiel dem Programm Chat GPT der Firma OpenAI- schreiben lassen. Die Student:innen interessieren sich wenig für die konkrete Umsetzung des Wissens aus der Solarforschung in der Praxis. Die meisten wollen in der Solarforschung einfach nur Apps programmieren oder nur anwenden. Man sieht den Mangel an Umsetzungswillen auch am Handwerkermangel zur Installation von PV-Anlagen. Die Solarmodule sind günstiger als je zuvor und die Gesetzgebung wird immer besser, doch wir haben weiterhin Wartezeiten von bis zu einem Jahr, bis ein Dach mit Solarmodulen eingedeckt ist. Es fehlt weiter an qualifizierten Handwerker:innen, teilweise auch in der Solarforschung.

Herr Krauter, wir danken Ihnen für das Gespräch!

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7. Solarindustrie: Interview mit Carsten Körnig, Geschäftsführer des Bundesverbandes Solarwirtschaft e.V.
8. Solarforschung: Interview mit Prof. Dr.-Ing. Stefan Krauter
9. Photovoltaik Handwerker: Interview mit Genc Hoxha
10. Schöne, neue Energiewelt: Zusammenfassung der Interviews und Fazit