- Die Kosten sind so weit gesunken, dass der Großteil der Weltbevölkerung mit einer Kombination aus Solarenergie und Batterien allein günstig mit Strom versorgt werden kann
- Bis 2030 können 80 % der Bevölkerung bei höchstens 80 €/MWh, bis 2050 86 % bei höchstens 60 €/MWh 90 % Stromautarkie erreichen
- In Regionen mit hohen Breitengraden sind die Backup-Kosten wegen geringer Wintersonne höher, können aber durch Wind- und Wasserkraft gemildert werden
- 90 % der Weltbevölkerung leben innerhalb von ±45° um den Äquator, wo die Solarstromausbeute hoch ist und Netzkosten minimiert werden können
- Solar- und Batteriesysteme werden als Schlüsseltechnologie für eine saubere Stromautarkie ohne fossile Brennstoffe bewertet
Möglichkeit einer weltweiten Stromversorgung mit Solarenergie und Batterien
- Durch die sinkenden Kosten von Solarenergie und Batterien kann der Großteil der Bevölkerung günstig mit Strom versorgt werden
- Im Jahr 2030 können bei 90 % Stromversorgung durch die Kombination aus Solarenergie und Batterien 80 % der Bevölkerung Strom zu Kosten von höchstens 80 €/MWh erhalten
- Werden zusätzliche Energiequellen wie Wind- und Wasserkraft ergänzt, sinken die Kosten weiter
- In Regionen mit hohen Breitengraden sind die Backup-Kosten wegen geringer Wintersonne höher, können aber durch Wind- und Wasserkraft gemildert werden
- Bis 2050 können 86 % der Bevölkerung bei höchstens 60 €/MWh zu 90 % mit Strom versorgt werden
- Solar- und Batteriesysteme können in den meisten Regionen zur führenden Technologie für eine günstige und saubere Stromversorgung werden
Zentrale Schlussfolgerungen
- Solarenergie und Batterien können in den meisten Regionen der Welt zum wichtigsten Mittel der Stromversorgung werden
- In Regionen mit ausreichend Platz ist eine direkte Stromerzeugung nahe am Verbrauchsort möglich, wodurch Netzkosten minimiert werden
- Nördliche Hochbreitenregionen benötigen wegen saisonaler Schwankungen Ergänzungen durch Wind- und Wasserkraft
- Die letzten 5–10 % der Stromversorgung können kurzfristig durch fossile Brennstoffe, langfristig durch Langzeitspeichertechnologien oder E-Biokraftstoffe ersetzt werden
Technische Details
- Das Modell basiert auf model.energy, Wasserstoffspeicherung ist ausgeschlossen
- Installationskosten für Solarenergie: 2030 384 €/kWp, 2050 293 €/kWp
- Installationskosten für Lithium-Ionen-Batterien: 2030 157 €/kWh, 2050 83 €/kWh
- Wechselrichterkosten: 2030 177 €/kW, 2050 66 €/kW
- Batteriewirkungsgrad 96 %, Kapitalzins 5 %, Wirkungsgrad von Backup-Generatoren 50 %
- Backup-Brennstoffkosten 30 €/MWhth, Kosten für Backup-Anlagen 1000 €/kWel
- Die Kosten des Backup-Beitrags liegen je nach Backup-Anteil x % bei (11.5 + 0.6x) €/MWh
- Die Berechnungen wurden in 9196 Gittern von 1°×1° mit mehr als 10.000 Einwohnern durchgeführt und decken 99,86 % der Weltbevölkerung ab
- 90 % der Bevölkerung leben innerhalb von 45 Grad um den Äquator, wo die Solarstromausbeute hoch ist
Warnungen und Grenzen
- Nachfrageschwankungen nicht berücksichtigt: Das Modell geht von einem über das Jahr konstanten Strombedarf aus
- Kühlbedarf passt gut zu Solarenergie, beim Heizbedarf kann es im Winter zu Engpässen kommen
- Hohe Sensitivität gegenüber Batteriekosten: Weitere Rückgänge würden die Gesamtsystemkosten zusätzlich senken
- Mit Veränderungen der Bevölkerungsverteilung und zunehmender Bevölkerung in niedrigen Breitengraden dürfte der Anteil günstiger Regionen steigen
- Abweichung zwischen Stromnachfrage und Bevölkerungsverteilung: Stromintensive Industrien wie Rechenzentren können in kostengünstige Regionen verlagert werden
- Nachfragesteuerung und regionale Vernetzung bieten weiteres Kostensenkungspotenzial
- Bei den Netzkosten wurden nur 50 €/kW angesetzt, regionale Unterschiede bestehen
- Fester Panelwinkel von 35 Grad; mit nachgeführten Systemen wären weitere Kostensenkungen möglich
- Kleine Haussysteme kosten 2- bis 3-mal so viel wie Großanlagen
- Flächenbeschränkungen: In dicht besiedelten Regionen ist die Versorgung aus direkter Nähe schwierig, daher ist Übertragung aus benachbarten Regionen nötig
- Für die Einstrahlungsdaten wurden ECMWF-ERA5-Reanalyse-Daten verwendet, gewisse Fehler sind möglich
- Die Kosteneinheiten basieren auf Euro von 2020; umgerechnet auf 2026 ergibt sich ein Anstieg von 20–25 %
- Die Backup-Brennstoffkosten basieren mit 30 €/MWhth auf fossilem Gas; externe Kosten wie Klimaschäden sind nicht enthalten
- Bei Anwendung von sozialen Kohlenstoffkosten von 300 €/tCO₂ kämen 60 €/MWhth hinzu
- Durch die Angriffe der USA und Israels auf Iran im Jahr 2026 stiegen die Gaspreise auf 50–60 €/MWhth
- Die Kapitalkosten (WACC) unterscheiden sich je nach Region; in Afrika und anderen Regionen liegen sie höher
Offener Code und Daten
- Der gesamte Berechnungscode ist unter einer offenen Lizenz veröffentlicht
- GitHub-Repository
- Die Szenarioergebnisse sind im Zenodo-Datensatz verfügbar
Flächen- und Ressourcennutzung
- Wenn 8 Milliarden Menschen weltweit jährlich 10 MWh pro Kopf Strom verbrauchen, werden insgesamt 80.000 TWh benötigt
- Um 90 % davon mit Solarenergie und Batterien zu decken, wären bis 2050 69 TWp Solarleistung und 72 TWh Batteriekapazität erforderlich
- 70 TWp Solarleistung beanspruchen 1.400.000 km² (etwa 1 % der Landfläche der Erde), entspricht 3,7 % der Weideflächen
- In dicht besiedelten Regionen ist wegen Flächenmangels eine Stromübertragung aus benachbarten Regionen nötig
- Die Fertigungskapazität für Solaranlagen liegt bei über 1 TWp pro Jahr und konzentriert sich größtenteils in China
- Die Produktionskapazität für Lithium-Ionen-Batterien wird für 2030 auf 7 TWh/Jahr geschätzt (IEA, 2023)
- Die Fördermengen für Mineralien der erneuerbaren Energien sind deutlich geringer als bei fossilen Brennstoffen
- Silizium ist reichlich vorhanden, der Silberverbrauch ging zwischen 2005 und 2020 um das Siebenfache zurück, Kupfer und Aluminium können es ersetzen
-
Ersatztechnologien für Batteriematerialien
- Kobalt → Lithium-Eisenphosphat (LFP)
- Graphit → teilweiser Ersatz durch Silizium
- Natrium-Ionen-Batterien sind für stationäre Speicher vielversprechend
Weitere Ergebnisse
-
Bevölkerungsdichte und Systemkosten
- Der Großteil der Bevölkerung lebt innerhalb von ±45° um den Äquator; in diesen Regionen bleiben die Kosten auch mit Solarenergie und Batterien allein niedrig
- In Breitengraden über 45 Grad senkt zusätzliche Windkraft die Kosten deutlich
-
2050-Szenario mit günstigen Batterien
- Die Grundannahme liegt bei 83 €/kWh, mit Natrium-Ionen-Batterien wären jedoch 29–52 €/kWh möglich
- Dadurch werden weitere Rückgänge der Gesamtsystemkosten erwartet
-
Kostenänderung ohne Windkraft
- Für 2030 steigen die Systemkosten ohne Windkraft, besonders deutlich in nördlichen Hochbreitenregionen
-
Karten und kumulierte Kosten nach Szenario
- Es werden Karten für die Szenarien nur Solarenergie sowie Solarenergie+Windkraft für 2030 und 2050 bereitgestellt
- Enthalten ist auch ein Vergleich der kumulierten Kosten der Szenarien 90 % Solar-Batterie und 99 % Solar-Wind-Batterie (günstige Batterien) für 2050
- Zusammenfassung:
- Durch den raschen Kostenrückgang bei Solarenergie und Batterien kann der Großteil der Weltbevölkerung ab 2030 mit dieser Kombination günstig und sauber mit Strom versorgt werden. Regionen mit hohen Breitengraden benötigen Ergänzungen durch Wind- und Wasserkraft, insgesamt zeigt sich jedoch das Potenzial für einen Übergang zu einer Struktur, die Stromautarkie ohne Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen ermöglicht.
1 Kommentare
Hacker-News-Kommentare
Eine interessante Tatsache: Derzeit werden etwa 12 Millionen Hektar Land für die Produktion von Maisethanol genutzt.
Dieses Ethanol wird am Ende für die Benzinproduktion verwendet. Den Rest kann sich jeder selbst denken.
Verwandter Artikel
Wenn man dieses Land vollständig mit Solarmodulen bedecken würde, könnte man weit mehr Strom erzeugen, als die USA derzeit an Energie benötigen.
Es ist töricht, auf Energiequellen zu beharren, die laufend Rohstoffabbau erfordern. Wenn man die anfänglichen Ressourcen einmal investiert, kann man über Jahrzehnte hinweg stabile Solar- plus Batteriespeicher-Energie erhalten.
Sobald der Recycling-Kreislauf geschlossen ist, lässt sich auch der zukünftige Rohstoffabbau minimieren.
Vor jeder Debatte sollte man sich unbedingt dieses Video ansehen.
Solaranlagen müssen nicht auf Ackerland installiert werden. Mais wird neben Ethanol auch als Protein-, Fett- und Faserquelle für Tierfutter genutzt.
Regierungen legen Wert auf Ernährungssicherheit, daher ist es effizienter, überschüssige Nahrung in Ethanol umzuwandeln, als sie zu lagern.
Im Notfall kann man weiterhin Nahrung produzieren, ohne Solarmodule abzubauen. Hier werden also Solarenergie und Ethanol durcheinandergebracht.
Hätte man Motoren für reines Ethanol konstruiert, könnte man Autos womöglich sogar mit Schnaps aus Gartenabfällen fahren.
Ich halte den Artikel für falsch, insbesondere weil er Heizenergie kaum anspricht.
Ich wohne in einem Haus mit einer 30-kWh-Batterie und 24 kW Solarleistung. Das Licht bleibt an, aber Heizen ist nicht möglich.
Ein Solar- plus Batteriespeicher-System verlangt große Trade-offs bei Lebensqualität und zeitlicher Verlagerung von Aktivitäten.
Ein richtig gedämmtes Haus braucht fast keine Heizung oder Kühlung. Gibt man 50.000 Dollar für Dämmung aus, hält das ein Leben lang; gibt man dieselbe Summe für Heiztechnik aus, kostet der Betrieb am Ende das Zehnfache mehr.
Ein modernes Haus in mildem Klima kann auch ohne Zentralheizung auskommen. An kalten Tagen reichen dann 500-W-Heizgeräte pro Raum.
Mein Haus verbraucht nur 60 kWh im Monat; mit drei Stunden deiner Produktion käme ich einen Monat lang aus.
Selbst in einer Region mit Temperaturen bis minus 25 Grad liegen die Heizkosten mit einer Wärmepumpe mit COP über 2 bei etwa 118 Euro pro Monat.
Im Sommer kann ich mein Elektroauto sogar kostenlos laden. Die Behauptung eines Verlusts an Lebensqualität ist übertrieben.
Selbst wenn man tagsüber 66 °F und nachts 60 °F einstellt, ist es morgens noch warm.
Bei Batterien gibt es noch Spielraum für einen Preisrückgang um den Faktor 10, und am Ende wird eine Kostenstruktur mit Nullmarge gewinnen.
Unser Ferienhaus läuft das ganze Jahr mit einer 15-kWh-Batterie; an kalten Tagen hilft ein kleiner Holzofen nach.
Es ist unangemessen, aus der Selbstversorgung eines einzelnen Haushalts Rückschlüsse auf das gesamte Stromnetz zu ziehen.
Ich baue Off-Grid-Campervans und installiere darin Solar- plus Lithium-Batterie-Systeme.
Die Technik hat sich in den letzten Jahren stark weiterentwickelt. Das Problem ist nicht die Technik, sondern das Mindset, bei dem Kunden ihren tatsächlichen Verbrauch überschätzen.
Wenn sich diese Denkweise auf die nationale Ebene überträgt, wird dasselbe Problem entstehen.
Er wird vollständig mit Solar geladen, und der Camper dient sogar als Ladestation für das Elektroauto der Nachbarn.
Mit einem selbst entwickelten parallelen Lade-/Entladesystem erreichen wir 20.000 Zyklen Lebensdauer bei LFP-Batterien.
Lithium-titanate battery Wiki
Wir brauchen DC-Lösungen für Privathaushalte.
Meiner Ansicht nach liegt das größte Verbesserungspotenzial in der Deregulierung von Dachsolar.
Genehmigung und Installation sollten innerhalb einer Woche möglich sein, und die Kosten müssten etwa halb so hoch sein.
Derzeit gehen Wirtschaftlichkeit und Nutzen wegen Regulierung und Komplexität verloren.
Langfristig sind jedoch große Solarparks effizienter.
Das sind kleine Systeme, die wie in Europa einfach in die Steckdose gesteckt werden und ohne Genehmigungsverfahren installiert werden können.
Das Problem ist, dass manche Leute übermäßig große Systeme installieren und damit das Stromnetz belasten.
Verwandter Artikel
Aber selbst für kleine Systeme sind die Genehmigungsverfahren viel zu aufwendig.
Die Weltwirtschaft basiert immer noch auf Öl und Gas.
Der Umstieg auf alternative Energien ist nicht nur ein technisches Problem, sondern bedeutet auch eine Neuordnung geopolitischer Beziehungen.
Ich bin für erneuerbare Energien, halte aber eine gemischte Energiestrategie für optimal.
90 bis 95 % sollten aus erneuerbaren Energien kommen, der Rest kurzfristig aus Gas und langfristig aus Kernenergie.
Mit Nord-Süd- und Ost-West-Netzverbindungen lassen sich saisonale und tageszeitliche Schwankungen ausgleichen.
Außerdem kann man das Problem der Grundlast mit flexiblem Demand Management und automatisierter Preissteuerung lösen.
Die letzten 10 % sind teuer, aber dafür reichen bestehende Gaskraftwerke aus.
Wenn es Unternehmen gibt, die dieses Ziel tatsächlich vorantreiben, würde ich gern mit ihnen arbeiten.
Ich habe mit großen Solar-, Batterie- und EV-Unternehmen zusammengearbeitet und Analysesoftware für die Clean-Energy-Transformation entwickelt.
Als nächsten Schritt möchte ich dazu beitragen, fossile Brennstoffe zu verdrängen.
matthewgerring.com
Ich würde gern gemeinsam in den US-Markt expandieren.
Die Solarmodule, die China im vergangenen Jahr produziert hat, werden über ihre Lebensdauer hinweg ungefähr so viel Strom erzeugen wie der jährliche weltweite Ölverbrauch an Energie entspricht.
Wenn die Batterieproduktion weiter skaliert, könnten Öl, Gas und Kohle innerhalb von zehn Jahren größtenteils ersetzt werden.
Dass Skeptiker das nur schwer glauben können, liegt daran, dass der Artikel die Gegenargumente nicht behandelt.
Module sind billig, aber Installation und Wartung sind weiterhin teuer. Es gibt auch Risiken wie Blitzeinschläge.
Auf nationaler Ebene fehlen Flächen, Kapital und Fachkräfte, und nicht alle Länder haben ausreichend Sonneneinstrahlung.
Letztlich könnten wohl nur 10 bis 20 Länder innerhalb von zehn Jahren auf ein überwiegend erneuerbares System umsteigen.
Nur weil 90 % des Stroms gedeckt werden, würde ich noch nicht sagen, dass man damit „die Welt antreibt“.
Es braucht kostengünstige Langzeitspeichertechnologien, die Batterien ergänzen.
Schon 90 % zu erreichen, wäre bedeutsam genug.