Potentials and applications of solar energy in the decarbonized German energy system

Diese Dissertation untersucht das techno-ökonomische Potenzial von Photovoltaik (PV) auf Dächern und Freiflächen sowie deren Wechselwirkung mit dem Energiesystem auf dem Weg zur Klimaneutralität. Durch die Analyse von der städtischen bis zur nationalen Ebene adressiert sie Fragen von direkter Relevanz für politische Entscheidungsträger und Akteure im Energiesektor. Die zentralen Ergebnisse zeigen die Unterschiede auf, die die Potentiale von Dach- und Freiflächen-PV begrenzen. Der Energieetrag aus Dach-PV wird in erster Linie durch die verfügbare Dachfläche und die Dachausrichtung begrenzt. Solare Einstrahlung und größenabhängige Skaleneffekte, die sich auf die spezifischen Investitionskosten auswirken, sind die Hauptfaktoren für die Stromgestehungskosten (LCOE) von Dach-PV. Dies führt zu “Hockey-Stick”-Kosten-Potenzial-Kurven. Wenn die besten Standorte bebaut wurden, beginnen die LCOE deutlich zu steigen, während gleichzeitig Modulpreisreduktionen diesen Anstieg abmildern. Freiflächen-PV unterliegt hingegen kaum einer technischen Obergrenze, ist jedoch stark vom politischen und gesellschaftlichen Willen abhängig, Flächen für die Energieerzeugung bereitzustellen. Ein wesentlicher Beitrag dieser Arbeit liegt in der Betrachtung der systemweiten Folgen eines umfangreichen PV-Ausbaus. Es wird durch die Kombination verschiedener Modellierungsergebnisse aufgezeigt, dass für das Erreichen der deutschen Klimaziele sowohl ein angemessener Ausbau von Freiflächen-PV durch die Zuweisung ausreichender Flächen notwendig ist, als auch die Sicherstellung, dass Dach-PV – da hier keine Konkurrenz zu anderen Flächennutzungen besteht – durch verschärfte Auflagen für Neubauten und Sanierungen einen größeren Teil des nationalen Strombedarfs decken kann. Gleichzeitig setzt der starke nationale Ausbau von PV Flexibilität auf der Nachfrageseite voraus, was sich unter anderem in Anteilen von Speichern und Elektrolyse bis zu 30 % der Gesamtsystemkosten äußert. Diese Erkenntnisse verdeutlichen die Notwendigkeit integrierter Politik, die Importe grüner Energie, Politik zur Flächennutzung und Auflagen für den Neubau und die Sanierung aufeinander abstimmt.