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Warum billigere Solar-Photovoltaik der Schlüssel zur Bekämpfung des Klimawandels ist
Die schnell sinkenden Preise für Solarenergie haben unsere Einstellung zu sauberer Energie verändert. Aber es muss noch viel billiger werden.
30. Juni 2021
Andrea Daquino
Ende 2007, weniger als 10 Jahre nach Bestehen des Unternehmens, trat Google an der Front für saubere Energie auf. Unter einer Fanfare von Beifall im Silicon Valley und weit darüber hinaus erklärte RE
Es wäre allzu leicht, dies als Eingeständnis des Scheiterns zu sehen – Big Tech spielt in einer Arena, von der es nichts wusste, mit der Hybris, für die das Silicon Valley bekannt ist. Aber es ging noch etwas anderes. Der Strategiewechsel von Google spiegelte den wachsenden Erfolg der Solarbereich . Google erkannte, dass seine Energie besser darauf gerichtet war, bestehende erneuerbare Technologien, deren Preis gesunken war, massiv zu erweitern, anstatt neue zu erfinden.
Diese Geschichte war Teil unserer Juli-Ausgabe 2021
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Während Google den Wechsel von Forschung und Entwicklung zur Bereitstellung geschafft hat, hat es wohl immer noch viel darauf gesetzt, die falsche Technologie zu skalieren. In den frühen 2010er Jahren sah das Solarrennen wie ein enger Wettbewerb aus Solar-Photovoltaik (PV) und Konzentrierte Solarenergie im Versorgungsmaßstab (CSP), das von der Sonne erhitzte Flüssigkeiten zum Antrieb von Kraftwerksturbinen verwendet. Google investierte schnell mehr als 1 Milliarde US-Dollar in eine Reihe von Unternehmen und Versorgungsunternehmen für erneuerbare Energien, darunter große Investitionen in die CSP-Unternehmen BrightSource Energy und eSolar. Ein Jahrzehnt später sehen solche Entscheidungen nicht vielversprechend aus, da auch CSP durch den anhaltenden schnellen Kostenrückgang von PV verloren hat.
Google ist nicht der Einzige, der den Preisverfall von Solarzellen in den letzten Jahrzehnten und seine Auswirkungen auf unsere Einstellung zu sauberer Energie immer wieder falsch eingeschätzt hat. Die Kosten für Solar-PV sind in den letzten zehn Jahren ungefähr um den Faktor 10 gesunken, zusätzlich zu den bereits beeindruckenden Kostenrückgängen bis zu diesem Zeitpunkt, was einen Gesamtrückgang um den Faktor 100 bedeutet, seit US-Präsident Jimmy Carter Solarmodule im Weißen Haus enthüllte im Jahr 1979. (Ronald Reagan nahm sie 1986 während seiner zweiten Amtszeit als Präsident zu Fall.)
Um es ins rechte Licht zu rücken: Wenn Benzin im Vergleich zu den Niveaus von 1979 in ähnlicher Weise im Preis gefallen wäre, würde es heute ein paar Cent pro Gallone kosten. Benzin ist natürlich ein Rohstoff, dessen Preise aus einer Reihe von technologischen, wirtschaftlichen und politischen Gründen schwanken. Die Solar-PV-Preise werden ebenfalls von all diesen Faktoren bestimmt, aber im Laufe der Jahre hat die Technologie eindeutig dominiert. (In diesem Jahr sind die Preise für Solar-PV-Module aufgrund einer vorübergehenden Krise in der Silizium-Lieferkette um rund 18 % gestiegen.)
In seinem neuesten Jahrbuch Weltenergieausblick , erklärte die Internationale Energieagentur Solar-PV zur günstigsten Stromquelle der Geschichte für sonnige Orte mit niedrigen Finanzierungskosten. Diese beiden Qualifikationen sind wichtig. Sonne ist offensichtlich – Solarenergie wird in Phoenix, Arizona, immer billiger sein als in New York City – aber der Bericht kam zu dem Schluss, dass Solarenergie jetzt vielerorts billiger ist als Kohle und Erdgas.
Solar muss so billig sein, dass es finanziell sinnvoll ist, neue Solarkapazitäten zu bauen und Kohle- und Gaskraftwerke zu schließen, die ihren Eigentümern noch Geld einbringen.
Die Finanzierung ist der Schlüssel dafür, warum dies wahr ist. Solar-Photovoltaik und andere erneuerbare Energien wie Windkraft haben niedrige oder nahezu null Betriebskosten – die Vorabkosten waren schon immer die große Hürde, und die Finanzierung war ein wichtiger Grund dafür. Teilweise dank verschiedener staatlicher Maßnahmen sind Solarinvestitionen in den letzten zehn Jahren viel weniger riskant geworden, wodurch billiges Geld freigesetzt wird.
Infolgedessen hat der Einsatz von Solar-PV schnell zugenommen; Es ist jetzt die am schnellsten wachsende Stromquelle weltweit und wird es voraussichtlich noch einige Zeit bleiben. Es beginnt mit einer niedrigen Basis installierter Kapazität, liegt jedoch weit hinter Kohle, Gas, Wasserkraft, Kernkraft – sogar Wind, der schon länger billig ist. Und darin liegt eines der größten Probleme für Solar-PV. Es mag für viele die billigste Form von Strom sein, aber das allein macht die Umstellung auf saubere Energie nicht annähernd schnell genug.
Wir brauchen immer weitere technologische Fortschritte. Warum bei der Netzparität aufhören, dem Punkt, an dem der Bau und Betrieb von PV-Anlagen genauso günstig ist wie die Versorgung mit Strom aus fossilen Energiequellen? Warum nicht 10 % günstiger? Warum nicht danach streben, die Kosten innerhalb eines Jahrzehnts um den Faktor 10 zu senken? Solche Senkungen sind notwendig, weil das geheiligte Ziel der Netzparität irreführend ist – die eigentliche Frage ist, an welchem Punkt die Energieversorger tatsächlich bestehende Kohlekraftwerke aufgeben und auf Solarenergie umsteigen werden, anstatt nur zu vermeiden, neue Kohlekapazitäten hinzuzufügen. Solar muss so billig sein, dass es finanziell sinnvoll ist, neue Solarkapazitäten zu bauen und Kohle- und Gaskraftwerke zu schließen, die ihren Eigentümern noch Geld einbringen.
All dies erfordert, dass die Politik sowohl die bestehende Solartechnologie vorantreibt als auch die Forschung und Entwicklung in neuen Technologien unterstützt. Das Gesamtpaket umfasst Technologieforschung, -entwicklung, -demonstration, -bereitstellung und -verbreitung. Jeder Schritt entlang dieser Kette verdient direkte staatliche Unterstützung, wobei zu bedenken ist, dass es auch immer teurer wird, je weiter man sich in der Kette bewegt.
Wie man billiger wird
Um Investitionen besser zu optimieren, um zu noch günstigeren Solarenergien zu gelangen, lohnt es sich zu verstehen, welche Faktoren die Kosten für erneuerbare Energien in den letzten Jahrzehnten gesenkt haben.
Energiesystemwissenschaftler am MIT Jessika Trančik und ihre Gruppe stellen fest, dass der dramatische Kostenrückgang bei Solarzellen im Laufe von drei Jahrzehnten größtenteils auf drei Faktoren zurückzuführen ist: Forschung und Entwicklung, die direkt zu Verbesserungen der Moduleffizienz führt (wie viel Sonnenlicht in Strom umgewandelt wird) und andere grundlegende technologische Fortschritte ; Skaleneffekte, die auf die Größe der Produktionsanlagen für Solarzellen und die zunehmende Menge an Inputs wie Silizium zurückzuführen sind; und Verbesserungen, die durch Learning by Doing erreicht werden.
Nichts davon ist allzu überraschend, aber was weniger offensichtlich ist, ist, dass der relative Beitrag jedes einzelnen im Laufe der Zeit stark variiert. Von 1980 bis 2000 entfielen etwa 60 % des Kostenrückgangs auf F&E, wobei Skaleneffekte 20 % und Learning by Doing a Distance Third etwa 5 % ausmachten; andere weitgehend nicht zurechenbare Faktoren sind für den Rest verantwortlich. Das macht Sinn; Es war eine Zeit beeindruckender Fortschritte bei der Effizienz von Solarzellen, aber keine Zeit bedeutender Herstellung und Bereitstellung. Seitdem hat sich das Pendel von Forschung und Entwicklung und grundlegenden technologischen Verbesserungen hin zu Skaleneffekten in der Fertigung bewegt, die nun für über 40 % der Kostensenkungen verantwortlich sind. Es ist jedoch erwähnenswert, dass Fortschritte in der Forschung immer noch für etwa 40 % der Rückgänge verantwortlich sind.
Die Lektion für zukünftige Investitionen, die darauf abzielen, Solarenergie noch billiger zu machen: Alle drei sollten direkt unterstützt werden, wobei Skaleneffekte im Vordergrund stehen. Die Ergebnisse von Trancik betrachten nur das Solar-PV-Modul selbst. Bleiben noch die Installation, der Anschluss an das Stromnetz und andere Faktoren, die die Gesamtsystemkosten ausmachen. Dies sind Bereiche, die wahrscheinlich verbessert werden, wenn Techniker und Unternehmen erfahrener werden. Während die Ergebnisse der Subventionen für den Ausbau von Solar-PV-Installationen bestenfalls gemischt zu sein scheinen, sind Maßnahmen wie Einspeisetarife, die Solar-PV-Produzenten günstige langfristige Verträge bieten, und Standards für erneuerbare Energien oder saubere Energie, die Mengenziele festlegen Erneuerbare Energien, zeigen deutliche Ergebnisse bei der Förderung des Gesamteinsatzes.
Kein freies Mittagessen
Trotz sinkender Preise für Solarenergie wird der Übergang zu erneuerbaren Energien immer noch kostspielig sein. Die große Frage ist natürlich, wie teuer im Vergleich zu was – auch der Klimawandel ist mit Kosten verbunden. Billige Solarenergie wird für Entwickler finanziell noch attraktiver, wenn die sozialen und ökologischen Kosten der CO2-Emissionen aus fossilen Brennstoffen berücksichtigt werden.
Hier hängt viel von den sozialen Kosten von Kohlenstoff (SCC) ab, einer Zählung des finanziellen Schadens, den jede heute ausgestoßene Tonne Kohlendioxid für Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt verursacht – und im weiteren Sinne, wie viel jede Tonne CO2 emittiert sollte kosten. Eine Zahl, die viel über die wahren Kosten von Kohle und anderen fossilen Brennstoffen aussagt – und über die angemessene Förderung von Photovoltaik und anderen erneuerbaren Energien.
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Wie sinkende Solarkosten die Hoffnungen auf sauberen Wasserstoff erneuert haben Während die Nationen hart rechnen, wie sie ihre Klimaziele erreichen können, erscheint grüner Wasserstoff zunehmend unverzichtbar.Der neueste US-SCC , berechnet von der Biden-Administration, beziffert die Zahl auf etwa 50 US-Dollar für eine Tonne CO2, die jetzt emittiert wird. Aber das ist sicherlich eine Unterschätzung. Einige berechnen, dass der SCC über 300 Dollar pro Tonne CO2 liegt, nachdem die zukünftigen Schäden durch Kohlenstoffemissionen und die Unsicherheiten über den Klimawandel vollständig berücksichtigt wurden.
Für welche Zahl Sie sich auch entscheiden, es bedeutet, dass Kohle, Öl und Erdgas viel teurer sein werden, wenn Sie die vollen Kosten der Treibhausgasemissionen berücksichtigen. Nur dann werden kohlenstoffarme Technologien auf dem gleichen Spielfeld wie fossile Brennstoffe sein.
Ein expliziter CO2-Preis über ein Steuer- oder Emissionshandelssystem sollte zu diesen Schritten gehören – aber dabei sollte es nicht bleiben. Zum einen legen auch erneuerbare Portfolios oder Standards für saubere Energie einen Preis für CO2 fest. Die derzeitigen Standards für erneuerbare Energien in den USA auf Bundesstaatsebene führen zu äquivalenten CO2-Preisen von etwa 60 bis 300 US-Dollar pro Tonne CO2, was deutlich im Bereich der jüngsten SCC-Schätzungen liegt. EIN Bundesstandard für sauberen Strom , Teil des von der Biden-Regierung vorgeschlagenen amerikanischen Beschäftigungsplans, könnte in einem ähnlichen Bereich liegen und wäre auf der Grundlage aktualisierter SCC-Bereiche ähnlich vertretbar.
Ein solcher föderaler Standard für sauberen Strom wäre ein echter Segen für Solar-Photovoltaik und andere erneuerbare Energien, aber die Klimapolitik darf nicht mit der Bepreisung von Kohlenstoff enden. Es muss auch direkte Subventionen für den Einsatz und die Unterstützung von F&E beinhalten.
Die produktivste politische Abfolge könnte etwa so aussehen: Zuerst die Kosten für erneuerbare Energien senken, um eine wirtschaftlich tragfähige Alternative zu kohlenstoffreichen Kraftstoffen zu schaffen, dann den Preis für Kohlenstoff über einen direkten Preis, einen Standard für sauberen Strom oder ähnliches festlegen. Die Kombination aus beidem sollte dann zu einem raschen großflächigen Einsatz erneuerbarer Energien führen. In vielerlei Hinsicht ist genau das passiert, und es weist auf die klare Notwendigkeit hin, dass die Biden-Regierung und andere auf einen Preis für Kohlenstoff drängen, in welcher Form auch immer.
Aber wenn weit billigere Solar-PV das Ziel ist, wird es auch entscheidend sein, die Forschung und Entwicklung zu verstärken, um die Effizienz von Solarzellen weiter zu verbessern und Herstellungsfortschritte zu finden, die noch größere Einsparungen ermöglichen. Und es ist wichtig, die wissenschaftlichen Grenzen auf der Suche nach anderen Solarmaterialien zu erkunden, die eines Tages noch effizienter und billiger sein könnten.
Solar-PV ist billig, aber es ist nicht kostenlos. Den Preis zu zahlen, um es immer billiger zu machen, wird die Kosten wert sein.
Gernot Wagner lehrt Klimaökonomie an der New York University. Er ist der Autor des bevorstehenden Geoengineering: Das Glücksspiel.