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Direkte Sonnenenergie: Netzunabhängig ohne Batterie

Fri, 11 Apr 2025 00:00:00 +0000

Bild: ein Laptop der mit direkter Sonnenenergie betrieben wird. Foto: Marie Verdeil.

Herkömmliche Solaranlagen stellen unsere Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen und den daraus resultierenden energiefressenden Lebensstil nicht in Frage. Sowohl Solarzellen auf Dächern als auch große Solarparks versorgen uns mit dem Strom, den wir brauchen, auch wenn die Sonne nicht scheint. Das liegt daran, dass diese Systeme das zentrale Stromnetz, das größtenteils mit fossilen Brennstoffen betrieben wird, als eine Art Batterie zur Überbrückung von Stromengpässen nutzen.

Obwohl netzgekoppelte Solarpaneele den Verbrauch fossiler Brennstoffe in Wärmekraftwerken verringern können, werden diese Einsparungen zumindest teilweise durch die zusätzlichen fossilen Brennstoffe untergraben, die für den Bau und die Instandhaltung einer dualen Energieinfrastruktur erforderlich sind. Die Kombination von Solar- und Windenergie kann den Anteil der erneuerbaren Energien im Stromnetz weiter erhöhen, doch erfordert dies einen weiteren Ausbau der Infrastruktur. Dies erfordert nicht nur Energie, sondern auch eine Menge Geld und Zeit.

Das gleiche Problem stellt sich, wenn fossil befeuerte Kraftwerke durch Energiespeicher ersetzt werden sollen, um an sonnigen Tagen erzeugten Überschussstrom für Zeiten ohne oder mit unzureichender Sonneneinstrahlung zu speichern. Energiespeicher, ob sie nun in ein Stromnetz integriert sind oder sich in einzelnen Haushalten befinden (netzunabhängige Systeme), sind sehr teuer und kohlenstoffintensiv in Bau und Wartung.

Autonome Solaranlage

Die Herstellung von Solarmodulen kostet natürlich Geld und Energie. Die finanziellen und energetischen Kosten für die zugehörige Back-up-Infrastruktur sind jedoch um ein Vielfaches höher. Bei netzgekoppelten Solaranlagen sind diese Kosten sehr schwer genau zu berechnen, aber bei autonomen Solaranlagen (ohne Netzanschluss und mit eigener Energiespeicherung) ist es viel einfacher. Als Beispiel nehme ich daher die kleine autonome Solaranlage, die mein Wohnzimmer in Barcelona mit Strom versorgt.

Dieses System besteht aus zwei 50-W-Solarmodulen auf dem Balkon, einer 100-Ah-Blei-Säure-Batterie und einem 10-A-Laderegler. Die erzeugte Energie wird u. a. für die Beleuchtung, die Musikanlage und das Aufladen von Laptops und anderen elektronischen Geräten verwendet. Die anfängliche finanzielle Investition betrug 340 Euro: 120 Euro für die Solarmodule, 170 Euro für die Batterie und 50 Euro für den Laderegler.

Aber während die Solarmodule 30 Jahre und der Laderegler etwa 10 Jahre halten dürften, muss ich die Bleibatterie im Durchschnitt alle drei bis fünf Jahre ersetzen. ¹ Bei einer Lebensdauer von 30 Jahren belaufen sich die Kosten auf 120 Euro für die Solarmodule, 150 Euro für die Laderegler und - im günstigsten Fall - 1020 Euro für die Batterien. Auf die Batterien (und die zugehörigen Laderegler) entfallen also etwa 90 % der gesamten Lebenszykluskosten.

Die Energiespeicherung dominiert auch die graue Energie der Anlage (und die daraus resultierenden Kohlenstoffemissionen). Für die Herstellung meiner Blei-Säure-Batterie wurden 1200 Megajoule (MJ) an Energie benötigt. ² Bei einer Lebensdauer von 30 Jahren (bestenfalls sechs Batterien) entspricht das 7200 MJ. Die drei Laderegler fügen über eine Lebensdauer von 30 Jahren weitere 360 MJ hinzu, so dass sich der Gesamtenergieverbrauch für das Batteriesystem auf 7560 MJ beläuft. ³ Im Gegensatz dazu kostet die Herstellung der Solarmodule nur 2275 MJ von insgesamt 9835 MJ. ⁴ Fazit: Mehr als 75 % des gesamten fossilen Energieverbrauchs entfallen auf die Energiespeicherung.

Bild: Auf der rechten Seite des Balkons sind die zwei 50W-Solarpaneele angebracht, die mein Wohnzimmer mit Energie versorgen. Daneben ist das 30W-Solarpaneel, mit dem diese Webseite betrieben wird. Foto: Marie Verdeil.

Bild: Der Unterbau für die Solarpaneele, gebaut aus Holzabfällen. Foto: Kris De Decker.

Bild: Die 100 Ah-Blei-Säure-Batterie, die nach Sonnenuntergang das Wohnzimmer versorgt. Foto: Kris De Decker.

Andere Batterietypen würden an diesem Fazit nichts Wesentliches ändern. Bei einem vergleichbaren netzunabhängigen System mit Lithium-Ionen-Batterien würde die Energiespeicherung etwa 95 % der gesamten Lebenszykluskosten ausmachen (das ist fast doppelt so viel wie bei einem System mit Bleibatterien). Wenn man von einer optimistischen Lebensdauer (10 Jahre) ausgeht und die Laderegler einbezieht, macht die Lithium-Energiespeicherung etwa 70 % der in ein Solarnetzsystem investierten Energie aus. ⁵ ⁶ Bei Nickel-Eisen-Batterien würde die Energiespeicherung 85 % der gesamten Lebenszykluskosten ausmachen (es gibt keine Daten zu den Energiekosten). ⁷

Auch die Größe und der Standort der Solaranlage machen keinen Unterschied. Eine größere Anlage benötigt mehr Solarmodule, aber auch größere Batterien und teurere und leistungsfähigere Laderegler. Die Verhältnisse bleiben die gleichen. ⁸ Der einzige Faktor, der den Anteil der Solarmodule an den Gesamtkosten etwas erhöhen kann, sind die Strukturen, auf denen sie montiert sind. Ich berücksichtige das nicht, weil ich sie aus Holzabfällen selbst gebaut habe. Wenn die Solarmodule jedoch auf einem Dach montiert werden, ist eine Selbstbaulösung weniger naheliegend. Aber auch in diesem Fall sind die Kosten für die Energiespeicherung bei weitem der wichtigste Faktor.

Direkte Sonnenenergie: viel billiger und nachhaltiger

Im Gegensatz zu fossilen Brennstoffen sind Sonne und Wind nicht auf Abruf verfügbar. Das Problem mit unserem Ansatz für erneuerbare Energien ist, dass wir darauf bestehen, dass Energie immer unbegrenzt verfügbar sein sollte, unabhängig von Wetter, Jahres- oder Tageszeit. Eine Anpassung der Energienachfrage an das Angebot - wie in der Vergangenheit - würde zu einer dramatischen Senkung der Kosten und des Verbrauchs fossiler Brennstoffe führen.

Wenn ich zum Beispiel den Batteriespeicher meiner Solaranlage weglassen würde, wäre mein System etwa zehnmal billiger: 120 Euro statt 1.290 Euro über eine Lebensdauer von 30 Jahren. Alternativ könnte ich 1.290 Euro allein für Solarmodule ausgeben, was mir eine Solaranlage mit 1075 Watt bescheren würde. Das ist das Zehnfache der Kapazität der Anlage mit Batterien, mehr als auf den Balkon passt.

Ohne Batterie und Laderegler sinken auch die Energiekosten der Anlage von 9835 MJ auf 2275 MJ. Mit anderen Worten: ich könnte mit der gleichen Investition in fossile Brennstoffe mindestens viermal so viel Sonnenenergie erzeugen.

Wie lässt sich direkte Sonnenenergie in die Praxis umsetzen?

Schön und gut, aber die Sonne scheint nicht nach Sonnenuntergang und die Menge der Sonnenenergie schwankt im Laufe des Tages und des Jahres. Wie also kann der Einsatz von Solarmodulen ohne Batterien (oder andere Back-up-Infrastrukturen im Falle von netzgekoppelten Anlagen) praktikabel sein?

Um diese Frage zu beantworten, werfen wir einen Blick auf einen Pionier der „direkten Sonnenenergie“: die Living Energy Farm. Dieses Wohnprojekt im US-Bundesstaat Virginia ist dank der Sonnenenergie völlig „netzunabhängig“, aber nur 10 % des erzeugten Solarstroms fließen durch eine (Nickel-Eisen-)Batterie. Die Sonnenkollektoren versorgen jedoch mehrere Häuser, eine Gemeinschaftsküche, eine Metallwerkstatt und eine Farm mit Strom. ⁹ ¹⁰

Bild: Direkte Sonnenenergie im Einsatz bei der Living Energy Farm.

Die Solaranlage ist seit 2011 in Betrieb und besteht aus einzelnen Systemen mit einer Gesamtspitzenleistung von 1400 Watt. ¹¹ Zum Vergleich: Die durchschnittliche Spitzenleistung einer privaten Solaranlage in Großbritannien und den USA - für einen Haushalt - beträgt 4000 Watt bzw. 6500 Watt. Wie in meiner Wohnung wird auch in der Living Energy Farm sparsam mit Energie umgegangen, aber die Tatsache, dass kaum Batterien verwendet werden, hat andere Gründe.

Einige Geräte werden nur tagsüber benutzt

Ein erster Grund liegt auf der Hand: Einige elektrische Geräte und Maschinen werden nur tagsüber benutzt. Das gilt zum Beispiel für alle Maschinen in der Metallwerkstatt, wie Bandsäge, Kompressor, Schleifmaschine, Kreissäge, Drehbank, Fräse und Bohrmaschine. Das gilt auch für landwirtschaftliche Maschinen wie eine Getreidemühle und eine Tiefbrunnenpumpe. Diese Maschinen sind direkt an Sonnenkollektoren angeschlossen und bieten alle Möglichkeiten moderner netzbetriebener Technik, mit der Ausnahme, dass sie nur tagsüber genutzt werden können. ¹⁰

In viel kleinerem Maßstab habe ich zu Hause direkten Solarstrom für einen Lötkolben, eine Klebepistole und eine Bewässerungspumpe (für den Balkon) verwendet. Weitere Beispiele für Geräte und Maschinen, die nur tagsüber genutzt werden könnten, sind Staubsauger, Nähmaschinen, Waschmaschinen, Spielkonsolen, Laserschneider und 3D-Drucker. Es ist gar nicht so schwer, sich eine moderne Gesellschaft vorzustellen, in der Tätigkeiten wie Staubsaugen und Heimwerkerarbeiten nur noch tagsüber stattfinden. Eine Rückkehr ins Mittelalter ist das sicher nicht.

Bild: Verschiedene Werkstattwerkzeuge auf der Living Energy Farm, von denen die meisten mit direktem Solarstrom betrieben werden. Aufnahme: Alexis Zeigler.

Bild: Mit direkter Sonnenenergie betriebene Metalldrehbank, Living Energy Farm. Aufnahme: Alexis Zeigler.

Bild: Löten mit direkter Sonnenenergie. Aufnahme: Marie Verdeil. [Video](https://www.youtube.com/watch?v=qozZCJU4IOc).

Außerdem müssen nicht alle elektrischen Geräte ständig überwacht werden. Waschmaschinen oder Geschirrspüler, die sich automatisch einschalten, wenn die Sonne scheint, werden oft als Beispiele für ein „intelligentes“ Stromnetz angeführt. Dieser Ansatz setzt jedoch eine umfangreiche Infrastruktur aus Stromübertragungs- und Kommunikationsnetzen sowie elektronisch gesteuerten Geräten voraus.

Im Gegensatz dazu wird bei einem dezentralen, direkten Solaransatz die Intelligenz von der Sonne und der Drehung unseres Planeten bereitgestellt. Eine direkt solarbetriebene Wasch- oder Geschirrspülmaschine kann am Abend vollständig geladen und eingeschaltet werden. Die Maschine springt dann morgens „automatisch“ an. Sie können sogar Zeitschaltuhren (elektronisch oder mechanisch) verwenden, um verschiedene Geräte nacheinander zu betreiben.

Ob und inwieweit Wolken eine zusätzliche Einschränkung für eine direkte Solaranlage darstellen, hängt von der Größe der Solarmodule ab. Eine Verdopplung der Fläche der Solarmodule garantiert bei mäßiger Bewölkung eine ausreichende Sonnenenergie, während die Anlage viel billiger und nachhaltiger bleibt als ein System mit Batterien oder einer anderen Backup-Infrastruktur.

Eine noch größere Fläche mit Sonnenkollektoren könnte selbst bei starker Bewölkung ausreichend Energie liefern, aber eine Verzehnfachung der Größe des Systems bringt die Kosten wieder auf das Niveau eines autonomen Systems mit Batterien. Eine Vervierfachung der Fläche macht das System wieder gleichermaßen abhängig von fossilen Brennstoffen.

Viele Geräte haben bereits Batterien

Bei direkter Sonnenenergie lassen sich elektrische Geräte auch nach Sonnenuntergang nutzen. Wie bereits erwähnt, verfügt die Living Energy Farm über ein bescheidenes Batteriesystem, das nach Sonnenuntergang u. a. Strom für Beleuchtung, Ventilatoren und elektronische Geräte liefert. ¹⁰ Darüber hinaus verfügen viele moderne Geräte bereits über eingebaute Energiespeicher. Dies gilt für alle Arten von Elektrofahrzeugen, für die meisten elektronischen Geräte und für ältere Elektrogeräte mit AA-Batterien.

So können diese Geräte tagsüber mit direkter Sonnenenergie aufgeladen und nach Sonnenuntergang dank des eingebauten Akkus noch mehrere Stunden lang genutzt werden. In Kombination mit einer Lithium-Ionen-Powerbank kann ein direktes Solarpaneel USB-Geräte auch nach Sonnenuntergang laden. Das kann sogar für die Beleuchtung funktionieren, denn es gibt viele batteriebetriebene Lampen, die man als moderne Taschenlampen verwenden kann, aufgehängt an verschiedenen Stellen in Räumen und Gebäuden.

Bild: Ein mobiles Telefon, mit direkter Sonneneergie betrieben. Foto: Marie Verdeil.

Natürlich ist die Auslagerung der chemischen Energiespeicherung in das Gerät nicht die nachhaltigste Option. Für die Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien werden fossile Brennstoffe benötigt, und sie werden (im Gegensatz zu Blei-Säure-Batterien) nicht recycelt. Die beste Lösung ist natürlich, den Gebrauch von Elektrogeräten zu reduzieren. Aber sie mit direkter Sonnenenergie aufzuladen ist viel nachhaltiger und effizienter als über zusätzliche Batterien oder ein mit fossilen Brennstoffen betriebenes Stromnetz. Wenn wir schon High-Tech-Geräte verwenden, dann möglichst auf die intelligenteste Art und Weise.

Nicht-elektrische Energiespeicherung

Ein dritter Grund, warum direkte Sonnenenergie praktischer ist, als es auf den ersten Blick scheint, ist die Tatsache, dass einige elektrische Geräte dank thermischer Energiespeicherung auch nach Sonnenuntergang genutzt werden können. Dies ist viel billiger und nachhaltiger als die Speicherung elektrischer Energie. Die thermische Energiespeicherung ist für Raum- und Warmwasserheizungssysteme bereits recht gut etabliert, bei denen das solar erwärmte Wasser in einem isolierten Heizkessel oder (nur für die Raumheizung) in der Gebäudehülle gespeichert wird. Es ist keine Überraschung, dass die Living Energy Farm über solche Systeme verfügt, und die Solarthermie sorgt auch in meiner Wohnung für Warmwasser.

Der gleiche Ansatz funktioniert aber auch für zwei wichtige Haushaltsgeräte, die nach Sonnenuntergang funktionieren müssen und ebenfalls viel Strom verbrauchen: den Kühlschrank und den Herd. Anstatt den Strom aus einem Solarmodul in einer Batterie zu speichern, um dann nach Sonnenuntergang einen Kühlschrank oder einen Herd zu betreiben, verwenden diese Geräte auf der Living Energy Farm eine Wärmedämmung. Dadurch wird die Wärme im Inneren (im Falle des Herdes) oder außerhalb (im Falle des Kühlschranks) gehalten, wenn kein Strom vorhanden ist. Die Wärmedämmung sorgt auch für eine sehr hohe Energieeffizienz, so dass jedes dieser Geräte bereits mit einem Solarpaneel von nur 100-200 Watt betrieben werden kann.

Ein Kühlschrank, mit direkter Sonnenenergie betrieben

Es ist durchaus möglich, einen herkömmlichen Kühl- oder Gefrierschrank direkt an ein Solarmodul anzuschließen, aber ein solches Gerät würde sich in der Nacht sehr schnell aufheizen. Selbst Kühlschränke der energieeffizientesten Kategorie haben eine relativ geringe Isolierstärke (normalerweise 2,5 cm). Wird diese Dämmstärke jedoch auf etwa 12,5 cm erhöht, sinkt der Energieverbrauch eines Kühlschranks um das Vierfache. ¹² ¹³ Die passive Kühlleistung eines Kühlschranks kann durch Hinzufügen einer thermischen Masse in Form eines Wassertanks im Inneren des Geräts weiter erhöht werden. Tagsüber kühlt das Solarmodul das Wasser oder wandelt es in Eis um. In der Nacht verlangsamt dieses kalte Wasser oder Eis die Erwärmung des Kühlschranks. ¹⁴

Ein Kühlschrank, der mit direkter Sonnenenergie betrieben wird, lässt sich auch oben und nicht nur vorne öffnen. Kalte Luft ist schwer, und so geht auf diese Weise viel weniger Energie verloren, wenn jemand die Tür öffnet. All diese Design-Entscheidungen führen zu einer spektakulären Energieeffizienz. Eine Studie über Kühlschränke mit direkter Sonneneinstrahlung in sehr sonnigen Regionen (Texas und New Mexico, USA) zeigte, dass sie ihre Kühlleistung 6 oder 7 Tage lang ohne Stromzufuhr aufrechterhalten konnten. Die Geräte wurden das ganze Jahr über mit Sonnenkollektoren von nur 80 bis 120 Watt betrieben. ¹⁵ Die Living Energy Farm betreibt ihren Solarkühlschrank mit einem 200-W-Panel. ¹⁰

Bild: Der Sundanzer DDR165. Ein Kühlschrank, der eigens für direkte Sonnenenergie entwickelt wurde. Foto: Sundanzer.

Im Gegensatz zur solaren Heizung ist die solare Kühlung optimal auf die jahreszeitlichen Schwankungen der Sonneneinstrahlung abgestimmt. Im Sommer, wenn mehr Sonnenenergie vorhanden ist, wird mehr Energie für die Kühlung benötigt. Der oben erwähnte Kühlschrank in New Mexico verzeichnete einen Energieverbrauch von 406 Wattstunden pro Tag im Sommer und nur 230 Wattstunden im Winter. ¹⁶ Außerdem kann die Technologie in der gesamten Kühlkette eingesetzt werden, von der der Haushaltskühlschrank nur ein kleiner (aber wesentlicher) Teil ist. Eine weitere Anwendung ist die Luftkühlung, die allerdings weniger gut erforscht und schwieriger zu realisieren ist. ¹⁷

Ein Elektroherd, mit direkter Sonnenenergie betrieben

Im Prinzip kann auch ein herkömmlicher Herd direkt an ein Solarmodul angeschlossen werden, aber wie bei einem herkömmlichen Kühlschrank ist das nicht sehr praktisch. Man kann nur tagsüber kochen, und man muss viele Solarpanels installieren. Eine einzige Kochplatte benötigt 1000 Watt elektrische Leistung. Ein elektrischer Solarkocher löst diese Probleme, indem er das Kochfeld mit einer Wärmedämmung ausstattet. Die Technologie ist im Grunde eine Kombination aus einem Elektrokochfeld und einer Kochkiste.

Bild: Test eines elektrischen Solarkochers. Foto: California Polytechnic State University (Cal Poly).

Dank der Wärmedämmung speichert ein elektrischer Solarkocher tagsüber langsam Wärme, die dann nach Sonnenuntergang zum Kochen genutzt werden kann. Auf diese Weise kann eine viel geringere Stromzufuhr ausreichen, um hohe Temperaturen zu erreichen. Stellen Sie sich vor, Sie „laden“ Ihren Herd nicht mit Strom, sondern mit Wärme auf.

Forscher der US-amerikanischen California Polytechnic State University (Cal Poly) haben 2015 den ersten elektrischen Solarkocher gebaut. Ihr 12-Volt-Gerät, das inzwischen weiterentwickelt wurde, benötigt nur ein 100-W-Solarpanel, um zu funktionieren. Es kocht einen Liter Wasser in einer Stunde. Bei einem ganzen Tag Sonnenlicht können damit fast 5 kg Bohnen, Reis, Eintopf oder Kartoffeln gekocht werden. ¹⁸

Das Kochen nach Sonnenuntergang ist möglich, wenn ein Kochtopf mit einem viel dickeren Boden (5-10 kg) verwendet wird. Dem Forschungsteam des Cal Poly gelang es, die Temperatur dieses festen Wärmespeichers mit einem 100-W-Sonnenkollektor in fünf Stunden auf 250 °C zu bringen. Anschließend konnten sie einen Liter Wasser nach Sonnenuntergang in drei Sekunden zum Kochen bringen. In einem anderen Test haben sie 1 kg Gemüse in zwei Minuten angebraten. Die ideale Konfiguration besteht aus zwei Kochtöpfen: einem mit und einem ohne Wärmespeicher. So kann ein elektrischer Solarkocher sowohl langsam als auch schnell kochen, je nach Tageszeit und Gericht. ¹⁹

Bild: Das Prinzip eines elektrischen Solarkochers mit festem Wärmespeicher. Zeichnung: California Polytechnic State University (Cal Poly).

Thermisch oder elektrisch?

Wie die solare Warmwasserbereitung und Raumheizung können auch Kochen und Kühlen sowohl mit als auch ohne Strom funktionieren - mit PV-Paneelen einerseits und solarthermischen Kollektoren andererseits. Doch während die solare Raumheizung und Warmwasserbereitung ohne Strom kosten- und energieeffizienter sind, ist es bei der solaren Kühlung und dem solaren Kochen genau umgekehrt.

Für die Raumheizung und die Warmwasserbereitung sind relativ geringe Temperaturunterschiede erforderlich, die durch kostengünstige thermische Solarkollektoren aus Glasplatten und Wasserrohren erzeugt werden können. Zum Kühlen und Kochen hingegen sind größere Temperaturunterschiede erforderlich, für die anspruchsvollere (Vakuumröhren- oder Parabolrinnen-) Sonnenkollektoren benötigt werden - und diese sind teurer als PV-Module. ²⁰ ²¹

Die einzige Ausnahme ist ein einfacher Solarkocher - ein isolierter Kasten mit einer Glasplatte. Allerdings kann er keine so hohen Temperaturen erreichen. Außerdem hat ein elektrischer Solarkocher einige zusätzliche Vorteile. Mit einem nicht-elektrischen Gerät muss man draußen kochen, was weniger praktisch, aber auch weniger effizient ist, vor allem im Winter: Ein thermischer Solarkocher verliert mehr Wärme an die Umgebung. Ein elektrischer Solarkocher ist außerdem energieeffizienter, da er von allen Seiten isoliert ist. Er funktioniert auch besser bei bewölktem Wetter und kann nach Sonnenuntergang verwendet werden. Auf der Living Energy Farm wird der Parabolspiegel-Solarkocher nur unter optimalen Bedingungen eingesetzt - bei voller Sonne und hohen Außentemperaturen.

Worin besteht die technische Herausforderung?

Obwohl die Living Energy Farm all diese Anwendungen der direkten Sonnenenergie in die Praxis umsetzt, gibt es einige technische Herausforderungen für diejenigen, die diesem Beispiel folgen wollen. Fast alle unsere modernen Technologien sind darauf ausgelegt, mit einer stabilen und nicht unterbrochenen Stromversorgung zu arbeiten. Das muss nicht so sein, aber im Moment erfordert die direkte Sonnenenergie in der Regel etwas Bastelei. Ein direktes Solarsystem ist viel einfacher zu bauen als ein autonomes System mit Batterien, aber es erfordert oft Modifikationen auf der Geräteseite.

Einige Geräte können direkt an ein Solarmodul angeschlossen werden: Es genügt, die positiven und negativen Kontakte des Solarmoduls und des Geräts zu verbinden. Maschinen mit Gleichstrommotor zum Beispiel vertragen große Schwankungen in der Stromversorgung. Die Metallwerkstatt und die landwirtschaftlichen Maschinen auf der Living Energy Farm funktionieren auf diese Weise. Wenn die Sonne durch Wolken verdeckt wird, kann die kombinierte elektrische Last größer werden als die von den Solarmodulen gelieferte Energie, aber das stoppt die Maschinen nicht. Alle Motoren werden langsamer, weil sie sich die verfügbare Energie teilen, aber sie verrichten alle weiterhin nützliche Arbeit. ¹⁰ ²²

Das Gleiche gilt für alle Geräte, die auf der Basis von Widerstandsheizelementen arbeiten, wie Wasserkocher, Kochplatten oder elektrische Heizsysteme. Sie arbeiten unabhängig von Leistung und Spannung, nur eben langsamer oder schneller. Ein direkt solarbetriebener Kühlschrank arbeitet vorzugsweise mit einem variablen Gleichstromkompressor, der seine Geschwindigkeit an die schwankende Solarstromproduktion anpassen kann. ¹⁰ ²³

Viele andere Geräte benötigen eine bestimmte und stabile Eingangsspannung, die in der Regel nicht mit der vom Solarmodul erzeugten Spannung übereinstimmt. Dieses Problem lässt sich lösen, indem man einen DC-DC-Wandler (einen „Buck“- oder „Boost“-Wandler) zwischen das Solarpanel und das Gerät schaltet. Dabei handelt es sich um ein kleines elektronisches Modul, das die schwankende Gleichspannung eines Solarmoduls in eine konstante Ausgangsspannung für ein Gerät mit niedriger Spannung umwandelt (5 V, 12 V oder höher). ²⁴

Bild: Experimente mit direkter Sonnenenergie. Foto: Marie Verdeil.

Wenn sie zusätzlich einen Wechselrichter verwenden, können sogar Wechselstrom-Geräte direkt an einem Solarpanel betrieben werden. ²⁵ DC-DC-Wandler sind für alle Geräte, die elektronische Komponenten enthalten, unerlässlich. Das ist heute bei vielen Geräten der Fall, auch bei solchen, die bis vor kurzem noch ohne Elektronik auskamen, wie z. B. Waschmaschinen oder Kaffeemaschinen. Daher gibt es oft zwei Möglichkeiten, solche Geräte mit direktem Solarstrom zu betreiben. Entweder man baut einen Gleichspannungswandler ein oder man modifiziert das Gerät, indem man die Elektronik umgeht.

Selbstbauanleitungen und kommerzielle Geräte

Die meisten Anwendungen der direkten Solarenergie arbeiten mit Kleinspannung, so dass man in den Selbstbau einsteigen kann. Das Low-tech Magazine wird demnächst eine Anleitung dazu veröffentlichen. Die Living Energy Farm verwendet jedoch für eine Reihe von Anwendungen Gleichstrom mit höheren Spannungen. Beispiele dafür sind die Werkzeugmaschinen in der Metallwerkstatt (90V) und eine Reihe von leistungsstarken elektrischen Solarkochern (48V, 180V). Es ist keine gute Idee, diese Systeme selbst zu bauen, wenn Sie nicht die Hilfe eines qualifizierten Elektrikers haben, da diese Spannungen zu tödlichen Unfällen führen können.

Wer seinen eigenen elektrischen Solarkocher (mit niedriger Spannung) bauen möchte, findet sowohl bei Living Energy Farm als auch bei Cal Poly umfassende Anleitungen. ²⁶ Die Geräte können mit einfachen Materialien hergestellt werden. Das Isoliermaterial sollte feuerfest sein. Beispiele sind Steinwolle, Glasfaser, Naturwolle oder Ton.

Für Heizelemente können verschiedene Technologien verwendet werden, aber das Einbetten von Nickelchromdrähten in Zement ist die einfachste Möglichkeit. Diese Drähte können von einer Vielzahl von Geräten wie Toastern, Öfen und Kochplatten übernommen werden. Im Prinzip können die Heizdrähte direkt am Kochtopf angebracht werden, aber es ist praktischer, ein beheiztes „Nest“ zu bauen, in das ein Topf gestellt werden kann.

Bild: Von der Arbeit von Cal Poly inspiriert entwickelte Living Energy Farm auch eine gewisse Zahl von elektrischen Solarkochern. Einer wird [auf ihrer Website zum Verkauf angeboten](https://livingenergylights.com/product/roxy-solar-electric-oven/). Der "Roxy Oven" kann als Kochplatte oder als Ofen verwendet werden, zum Beispiel, um Brot zu backen. Die Tür bleibt auch dann geschlossen wenn das Gerät als Kochplatte genutzt wird. Dieser Solarkocher speichert keine Energie.

Bild: Der "Roxy Oven" ohne Tür und mit Sicht auf die Isolierung mit Glaswolle. Das Gerät - das in der Metallwerkstätte mit direkter Sonnenenergie hergestellt wurde - benötigt 48V und ein Solarpanel mit 200 bis 500 Watt. Living Energy Farm bietet außerdem den Solarkühlschrank von Sunstar [im online-Verkauf an](https://livingenergylights.com/product/sunstar-direct-drive-8-cuft-chest-style-refrigerator-freezer/).

Wird Energie verschwendet bei direkter Sonnenenergie?

Die Nachhaltigkeit einer Solaranlage hängt nicht nur von der Energie ab, die für die Herstellung und Wartung der Infrastruktur benötigt wird, sondern auch von der Energie, die von den Solarmodulen während ihrer Lebensdauer erzeugt wird. Einige mögen argumentieren, dass die direkte Nutzung von Solarenergie in dieser Hinsicht herkömmlichen netzgekoppelten oder batteriebetriebenen Solaranlagen unterlegen ist.

Schließlich werden Staubsauger, Waschmaschine und Bohrmaschine nicht jeden Tag benutzt, und wenn kein elektrisches Gerät angeschlossen ist, wird auch ein Solarmodul keinen Strom erzeugen. Folglich nimmt die vom Modul erzeugte Strommenge im Laufe seiner Lebensdauer ab, während der Energiebedarf für die Herstellung des Moduls gleich bleibt. Dies macht den Strom aus einem direkten Solarmodul kohlenstoffintensiver.

Da jedoch die Energiespeicherung in Batterien (oder die netzgekoppelte Alternative) einen so großen Anteil an der investierten Gesamtenergie ausmacht, kann ein eigenständiges Solarmodul ziemlich viel Energie verschwenden, bevor es weniger nachhaltig ist als sein Gegenstück mit Batteriespeicher oder Netzanschluss.

Außerdem entfallen bei der direkten Nutzung von Solarstrom die durch Batterien verursachten Lade- und Entladeverluste oder die Energieverluste in der Übertragungsinfrastruktur bei netzgekoppelten Systemen. Beides muss durch zusätzliche Solarmodule ausgeglichen werden. Außerdem vergeuden an Batterien oder das Netz angeschlossene Solarmodule auch Energie - eine Folge des großen Unterschieds in der Energieerzeugung zwischen Sommer und Winter.

Maximierung der direkten Sonnenenergie mit kollektiven Dienstleistungen

Dennoch ist es wichtig, die Energieproduktion eines direkten Solarmoduls zu maximieren. In diesem Zusammenhang ist es sinnvoll, kurz auf das ursprüngliche Beispielsystem auf meinem Balkon zurückzukommen. Direkte Sonnenenergie könnte eine schöne Ergänzung zu diesem System sein, insbesondere für den Kühlschrank und den Herd. Wegen dieser Geräte bin ich 2016 zu dem Schluss gekommen, dass es unmöglich ist, meine Wohnung vollständig vom Stromnetz zu trennen.

Die Living Energy Farm zeigt jedoch, dass das möglich ist: Auf dem Balkon ist Platz für weitere 200 Watt Solarmodule (4 x 50 W), genug, um sowohl einen wärmeisolierten Kühlschrank als auch ein Kochfeld zu betreiben. Eine zusätzliche Batteriekapazität wäre nicht erforderlich.

Für andere Geräte ist direkter Solarstrom in meinem Fall jedoch kaum von Nutzen. Es wäre nicht sehr effizient, ein zusätzliches Solarpanel für die Waschmaschine oder die Bohrmaschine zu installieren, da sie nur gelegentlich benutzt werden. Das scheint einem „intelligenten“ Stromnetz in die Hände zu spielen, denn auf diese Weise können viele Haushalte denselben Solarstrom nutzen - es gibt immer jemanden, der Wäsche waschen oder ein Loch bohren muss.

Ein solches intelligentes Netz erfordert jedoch eine umfangreiche Infrastruktur, selbst wenn direkte Sonnenenergie in dieser Größenordnung genutzt werden würde. Es braucht vielleicht keine Batterien oder fossile Brennstoffe als Backup, aber es braucht eine Übertragungs- und Kommunikationsinfrastruktur.

Bild: Ein Schallplattenspieler, mit direkter Sonnenenergie betrieben. Foto: Marie Verdeil. [Video](https://www.youtube.com/watch?v=_LjSigJv0-0).

Die Living Energy Farm zeigt eine alternative Lösung: die gemeinschaftliche Organisation von Haushaltsaufgaben und Arbeit. Anstelle eines kommunalen Stromnetzes, das Energie an viele einzelne Haushalte verteilt, können wir kollektive Dienste mit dezentraler Energieerzeugung einrichten.

In der Gemeinschaftswerkstatt der Living Energy Farm kann direkter Solarstrom viel effizienter genutzt werden als in einer einzelnen Werkstatt, die nur gelegentlich genutzt wird. Eine kollektive Wäscherei in jeder Straße würde ebenfalls die direkte Sonnenenergie viel effizienter nutzen. Außerdem sparen wir auf diese Weise eine Menge Energie bei der Herstellung von Geräten und gewinnen eine Menge Platz.

Direkte Windenergie?

Diese Strategie wird noch wichtiger, wenn wir uns nicht für direkte Sonnenenergie, sondern für direkte Windenergie entscheiden - oder für eine Kombination aus beidem. Die Living Energy Farm befindet sich in einer sonnigen Region, aber der gleiche Ansatz könnte auch an windigen Orten funktionieren.

Es gibt jedoch einen wichtigen Unterschied zwischen Solarenergie und Windenergie. Der Wirkungsgrad eines Solarmoduls hängt nicht von seiner Größe ab, was die Solarenergie ideal für die dezentrale Energieerzeugung macht. Im Gegensatz dazu steigt der Wirkungsgrad einer Windturbine mit zunehmendem Rotordurchmesser überproportional. Viel besser als eine Windturbine pro Haushalt ist daher eine etwas größere Windturbine für eine Gemeinschaft von Haushalten, z. B. für den Betrieb einer gemeinsamen Wäscherei oder Werkstatt.

Die Lebensdauer von Blei-Säure-Batterien hängt von vielen Faktoren ab. Wenn sie zu tief entladen oder nicht regelmäßig vollständig aufgeladen werden, kann die Lebensdauer kürzer als drei Jahre sein. Andererseits kann eine Blei-Säure-Batterie, die kaum oder gar nicht entladen wird, viel länger als fünf Jahre halten. In der Fachliteratur wird jedoch eine Lebenserwartung von drei bis fünf Jahren angegeben, und dies ist auch meine Erfahrung mit den Batterien, die ich seit 2016 verwende. Siehe, zum Beispiel “Optimal Sizing and Life Cycle Assessment of Residential Photovoltaic Energy Systems With Battery Storage”, A. Celik, in “Progress in Photovoltaics: Research and Applications”, 2008. und “Energy pay-back time of photovoltaic energy systems: present status and prospects”, E.A. Alsema, in “Proceedings of the 2nd World Conference and Exhibition on photovoltaics solar energy conversion”, July 1998. ↩︎
Um eine Blei-Säure-Batterie herzustellen (in weiten Teilen aus wiederverwendetem Material) braucht es etwa 1 MJ Energie je Wattstunde Speicherkapazität. Meine Batterie mit 100 Ampèrestunden entspricht einer Speicherkapazität von 1200 Wattstunden, und demnach beträgt die graue Energie 1200 MJ. In 30 Jahren brauche ich im besten Fall sechs dieser Batterien, das ergibt also 7200 MJ insgesamt. Quelle: “Energy Analysis of Batteries in Photovoltaic systems. Part one (Performance and energy requirements)” and “Part two (Energy Return Factors and Overall Battery Efficiencies)” (PDF). Energy Conversion and Management 46, 2005. ↩︎
Über die graue Energie von Ladereglern gibt es nicht viel Forschung. Die klarste Aussage, die ich gefunden habe, geht von einem Wert von 1 MJ pro Watt Spitzenleistung aus: Kim, Bunthern, et al. “Life cycle assessment for a solar energy system based on reuse components for developing countries.” Journal of cleaner production 208 (2019): 1459-1468. Bei einer Leistung von 120W (mein Laderegler hat eine Maximalleistung von 10A x 12V = 120W), entspricht dies 120 MJ. Die geschätzte Lebensdauer wird mit Werten zwischen 7 und 12.5 Jahren angegeben: gleiche Literatur wie oben und außerdem: Kim, Bunthern, et al. “Second life of power supply unit as charge controller in PV system and environmental benefit assessment.” IECON 2016-42nd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society. IEEE, 2016. Deshalb habe ich eine geschätzte Lebensdauer von 10 Jahren berechnet. ↩︎
Nawaz, I., and G. N. Tiwari. “Embodied energy analysis of photovoltaic (PV) system based on macro-and micro-level.” Energy Policy 34.17 (2006): 3144-3152. Folgt man dieser häufig zitierten Quelle braucht man 3500 MJ, um 1 qm Solarpanelfläche herzustellen. Meine zwei Solarpaneele haben zusammen eine Fläche von 0,65 qm, was Gesamtenergiekosten von 2275 MJ entspräche. Eine neuere Literaturübersicht schätzt die Energiekosten für die Herstellung verschiedenartiger Solarpaneele auf den Bereich zwischen 1034 and 5150 MJ/qm. Die dort enthaltenen jüngsten Untersuchungen zu Solarmodulen aus Silizium schätzen die Energiekosten auf etwa 1000 MJ/qm, viel geringer als die Zahl, die ich verwende. Siehe: Ludin, Norasikin Ahmad, et al. “Prospects of life cycle assessment of renewable energy from solar photovoltaic technologies: A review.” Renewable and Sustainable Energy Reviews 96 (2018): 11-28. ↩︎
Lithium-Ionen-Batterien sind wesentlich teurer als Blei-Säure-Batterien, aber im Gegensatz zu Blei-Säure-Batterien können sie tiefer entladen werden (bis zu 15 % ihrer Gesamtkapazität) und haben eine längere Lebensdauer (7 bis 10 Jahre). Folglich werden weniger und kleinere Batterien benötigt. Unter Berücksichtigung dieser Faktoren belaufen sich die Kosten für die Lebensdauer der Batterie auf 750 Euro im Vergleich zu 1020 Euro für Bleibatterien. Andererseits erfordern Lithium-Ionen-Batterien einen anspruchsvolleren und teureren Laderegler: Ein 10-A-Laderegler kostet je nach Qualität zwischen 200 und 600 Euro. Geht man von einem Preis von 400 Euro für den Laderegler und einer Lebensdauer von 10 Jahren sowohl für die Batterie als auch für den Laderegler aus, so macht die Batteriespeicherung 95 % der Gesamtkosten über die gesamte Lebensdauer aus (insgesamt 2070 Euro, viel mehr als die Gesamtkosten für das System mit Blei-Säure-Batterien). Quellen: https://www.lithiumion-batteries.com/products/product/12v-50ah-lithium-ion-battery & https://www.lithiumion-batteries.com/products/12v-lithium-ion-battery-chargers/ ↩︎
Die Herstellung einer Lithium-Ionen-Batterie kostet zwar mehr Energie als die einer Blei-Säure-Batterie (1,4-1,9 MJ/Wh gegenüber 1 MJ/Wh), doch wird dies durch eine längere Lebensdauer und eine höhere Entladekapazität ausgeglichen. Die Energiekosten von Lithium-Ionen-Batterien über eine Lebensdauer von 30 Jahren liegen dann bei etwa 3000 MJ und damit deutlich unter denen eines vergleichbaren Blei-Säure-Batteriesystems. Im Gegensatz dazu enthält der Laderegler eine komplexere Elektronik. Leider gibt es keine Angaben zu den Energiekosten eines solchen Ladereglers. Es bleibt also nichts anderes übrig, als die Energiekosten auf der Grundlage der finanziellen Kosten zu schätzen, die vier- bis zwölfmal so hoch sind wie die eines Ladereglers für eine Blei-Säure-Batterie. Geht man von viermal höheren Kosten aus, steigt die eingebettete Energie des Ladereglers auf 480 MJ bzw. 1440 MJ über einen Zeitraum von 30 Jahren. Die Gesamtenergiekosten für das System betragen dann 6685 MJ, weniger als bei einem vergleichbaren System mit Blei-Säure-Batterien. Davon entfallen fast 70 % auf den Batteriespeicher. ↩︎
Nickel-Eisen-Batterien sind noch größer und schwerer als Blei-Säure-Batterien und müssen regelmäßig gewartet werden. Aber sie können vollständig entladen werden und haben eine sehr lange Lebensdauer (20 Jahre). Außerdem können sie mit denselben Ladereglern wie Blei-Säure-Batterien verwendet werden. Die Lebensdauerkosten über 30 Jahre für die Batterie betragen 750 € und sind damit günstiger als die sechs Bleibatterien mit ähnlicher Kapazität. Die Gesamtkosten für die Lebensdauer eines Nickel-Eisen-Batteriesystems mit 100-W-Solarmodulen belaufen sich auf 1.020 €, wovon 85 % auf die Energiespeicherung entfallen. Leider sind Nickeleisenbatterien schwer zu finden, vor allem die kleineren Modelle. Quellen: https://beyondoilsolar.com/product/nickel-iron-battery-industrial-series/ und https://beyondoilsolar.com/product-category/batteries/nickel-iron/ ↩︎
Bei einer etwas größeren Solaranlage wäre der Preis der Solarmodule proportional sogar noch geringer. Das liegt daran, dass Solarmodule mit kleinen Abmessungen (z. B. 50 W) pro Watt Spitzenleistung proportional teurer sind als Solarmodule mit herkömmlichen Abmessungen (ab 250 W). Mehr oder weniger dasselbe gilt für die Energiekosten. ↩︎
https://livingenergyfarm.org ↩︎
Alexis Zeigler, der Gründer der Living Energy Farm, hat ein Buch über das Projekt geschrieben, das online erhältlich ist: Empowering Communities. A Practical Guide to Energy Self Sufficiency and Stopping Climate Change. Es kann auch als gedrucktes Buch bestellt werden. ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
Da bei direkter Sonnenenergie kein Laderegler für jedes einzelne System erforderlich ist, verursacht die Aufteilung einer Solaranlage keine zusätzlichen Kosten und keinen zusätzlichen Energieverbrauch. ↩︎
Untersuchungen zeigen, dass eine Verdoppelung der Isolierstärke von 2,5 cm (Standardisolierung) auf 5 cm den jährlichen Stromverbrauch eines Kühlschranks (50 Liter Fassungsvermögen) von 250 auf 125 Kilowattstunden reduziert. ¹³ Bei einer Dämmdicke von 10 bis 12,5 cm halbiert sich der Stromverbrauch nochmals auf etwa 60 Kilowattstunden pro Jahr. Eine noch dickere Isolierung führt zu einer geringeren Verringerung des Stromverbrauchs und ist nicht mehr attraktiv, da eine dickere Isolierung auch die Kosten und die Größe des Kühlschranks erhöht. Die Studie bezieht sich auf einen solarbetriebenen Wechselstrom-Kühlschrank, der mit einem Wechselrichter und einer Batterie betrieben wird, was weniger energieeffizient ist als ein direkt solarbetriebener Kühlschrank. ↩︎
Gupta, B. L., Mayank Bhatnagar, and Jyotirmay Mathur. “Optimum sizing of PV panel, battery capacity and insulation thickness for a photovoltaic operated domestic refrigerator.” Sustainable Energy Technologies and Assessments 7 (2014): 55-67. ↩︎ ↩︎
Diese thermische Masse kann im wahrsten Sinne des Wortes ein Behälter mit Wasser sein, der im Inneren des Kühlschranks platziert wird, oder einige Wasserflaschen zum Trinken. Das Wasser kann aber auch in Behältern an der Seite des Geräts aufbewahrt werden, hinter einer Innenverkleidung, die sie an Ort und Stelle hält und vor Blicken verbirgt. Wasser hat eine höhere Wärmespeicherdichte als Luft und hält die Temperatur länger stabil. ↩︎
Ewert, M., et al. “Photovoltaic direct drive, battery-free solar refrigerator field test results.” Proceedings of the solar conference. American solar energy society; American institute of architects, 2002. ↩︎ ↩︎
Dieser Vorteil gilt nur, wenn der Kühlschrank in einem unbeheizten Raum aufgestellt wird. Die moderne Gewohnheit, einen Kühlschrank in einer beheizten Küche aufzustellen, wenn die Außentemperatur im Winter gleich oder niedriger ist als die Temperatur im Kühlschrank, ist natürlich eine absurde Verschwendung. Aber auch in tropischen Ländern, in denen das ganze Jahr über hohe Temperaturen herrschen, gilt dieser Vorteil nicht. ↩︎
Die Nutzung direkter Sonnenenergie zur Raumkühlung wurde nicht so gründlich untersucht wie die Nutzung von Haushaltskühlschränken. Siehe: Luerssen, Christoph, et al. „Life cycle cost analysis (LCCA) of PV-powered cooling systems with thermal energy and battery storage for off-grid applications.“ Applied Energy 273 (2020): 115145. Darüber hinaus ist es unwahrscheinlich, dass damit gleichgroße Energieeinsparungen erzielt werden. Ein Kühlschrank ist immer isoliert, aber im Falle eines luftgekühlten Raums oder Gebäudes ist dies nicht unbedingt der Fall. Außerdem wird ein Kühlschrank in einem Raum aufgestellt, in dem eine stabile Temperatur herrscht. Ein Gebäude ist größeren Temperaturschwankungen unterworfen und kann auch durch direkte Sonneneinstrahlung aufgeheizt werden. Die direkte solare Luftkühlung ist also viel komplizierter. Siehe: Qi, Ronghui, Lin Lu, and Yu Huang. “Parameter analysis and optimisation of the energy and economic performance of solar-assisted liquid desiccant cooling system under different climate conditions.” Energy conversion and management 106 (2015): 1387-1395. ↩︎
Solarelektrisches Kochen, Pete Schwartz, Cal Poly Physics. Siehe auch diese Präsentation vom gleichen Autor. ↩︎
Isolierter Solarelektrischer Kocher mit Wärmespeicherung, Andrew McCombs et al., 2022. Siehe auch dieses Video. ↩︎
Siehe: Ferreira, Carlos Infante, and Dong-Seon Kim. “Techno-economic review of solar cooling technologies based on location-specific data.” International Journal of Refrigeration 39 (2014): 23-37. ///// Riffat, James, et al. “Development and testing of a PCM enhanced domestic refrigerator with use of miniature DC compressor for weak/off grid locations.” International Journal of Green Energy 19.10 (2022): 1118-1131. ///// Du, Wenping, et al. “Dynamic energy efficiency characteristics analysis of a distributed solar photovoltaic direct-drive solar cold storage.” Building and Environment 206 (2021): 108324. ///// Alsagri, Ali Sulaiman. “Photovoltaic and photovoltaic thermal technologies for refrigeration purposes: an overview.” Arabian journal for science and engineering 47.7 (2022): 7911-7944. ↩︎
Mangels Forschungsergebnissen ist nicht klar, ob dies auch für die graue Energie gilt. ↩︎
In beiden Fällen ist es jedoch notwendig, den Schalter des Geräts zu umgehen, da Gleichstrom mehr Wärme erzeugt als Wechselstrom. Stattdessen kann ein geeigneter externer Schalter helfen, aber damit umgeht man den Sicherheitsmechanismus des Geräts, was natürlich ein Risiko darstellt. ¹⁰ Auch dies muss nicht der Fall sein: Es ist technisch möglich, Geräte zu bauen, die für direkten Solarstrom geeignet sind. ↩︎
Ein Kompressor mit fester Drehzahl kann nur 50 % des erzeugten Solarstroms sinnvoll nutzen, während ein Kompressor mit variabler Drehzahl etwa 75 % sinnvoll nutzt. ¹⁵ Ein Kondensator wird benötigt, um dem Kompressor in der Startphase einen Energieschub zu geben. ↩︎
Anstelle eines DC-DC-Wandlers können Sie auch eine kleine „Pufferbatterie“ und einen Laderegler einbauen. Wie ein Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler sorgt der Laderegler für eine stabile Ausgangsspannung. Darüber hinaus kann die kleine Batterie einen begrenzten Energiespeicher bereitstellen, der nützlich sein kann, um kurze Stromspitzen zu verarbeiten. Einige Geräte weisen beispielsweise beim Aufladen eine Stromspitze auf. Der Nachteil einer Pufferbatterie ist, dass die Kosten und die eingebaute Energie steigen und zusätzliche Komponenten ausfallen können. Ein Kondensator wäre eine andere Technologie zum Abfangen von Stromspitzen. ↩︎
Die Verwendung von Niederspannungs-Gleichstromgeräten ist jedoch wesentlich energieeffizienter, da Solarmodule ebenfalls Niederspannungs-Gleichstrom erzeugen: https://qelnixcor.cloud/2016/04/slow-electricity-the-return-of-dc-power/ ↩︎
Bauanleitung für isolierten Solarkocher, Living Energy Farm. Bedienungsanleitung für isolierten Solarkocher, Pete Schwartz, Cal Poly Physics. Bedienungsanleitung Roxy Oven, Living Energy Farm. Videopräsentation solarelektrische Kocher, Alexis Zeigler, Living Energy Farm. Video-Handbuch für die Herstellung von Heizdrähten. Thermische Wärmespeicherung: Isolierter solarelektrischer Kocher mit Wärmespeicher, Andrew McCombs et al., 2022. Siehe auch dieses Video. ↩︎

Manche Lichter anlassen: eine Neudefinition der Sicherheit der Energieversorgung

Sun, 09 Dec 2018 00:00:00 +0000

Es ist unmöglich, eine stetige Versorgung mit einem endlichen Gut dauerhaft aufrechtzuerhalten.Image: [Camilla MP](https://www.flickr.com/photos/dieknochenblume/8454004839/in/photolist-nJrNa3-z9St6d-vicpX8-bjNYMa-CNWajb-PKUbFu-8TqWZX-qzaoch-r3Gb3J-28jYUV3-p3gMD1-snwVj-2chyArN-4ehCVH-cWuLz-dT3Z78-pnFKK9-5qGDSP-hxU2d7-24uoKVs-f7CoCe-93ZqZQ-jPMVaK-T4yoN-4HiX59-97Kq68-23hFdSw-jE59uD-9aFpr7-68DbEo-NvymKZ-335BtT-8RtT65-a6Jut4-nt2zNy-qrkSGP-HPM9ee-bcdyA2-5Fy731-FGSpvq-eqKSpH-8jGFmq-qcFSw4-6USSog-dJEYby-jk3JQ2-7BMzWV-jetX2F-hLnHJy-5SHzAW).

Während eine Gesellschaft für ihr tägliches Funktionieren mehr und mehr von Energiequellen abhängt, wird sie für Unterbrechungen der Energieversorgung anfälliger. Diese offensichtliche Tatsache wird in den aktuellen Strategien zur Sicherheit der Energieversorgung ignoriert, was diese Strategien kontraproduktiv macht.

Was bedeutet „Sicherheit der Energieversorgung“?

Was bedeutet es für eine Gesellschaft, einen Zustand der “sicheren Energieversorgung” zu erreichen? Obwohl es mehr als vierzig verschiedene Definitionen dieses Konzepts gibt, haben sie alle das grundsätzliche Kriterium gemein, dass das Angebot an Energieversorgung immer die Nachfrage nach Energie erfüllen sollte. Das impliziert auch, dass die Energieversorgung konstant sein soll - es darf keine Versorgungsunterbrechungen geben. ¹ ² ³ ⁴ Die internationale Energieagentur (IEA, international energy agency) definiert Sicherheit der Energieversorgung beispielsweise als “die ununterbrochene Verfügbarkeit von Energiequellen zu einem günstigen Preis”; das US-Ministerium für Energie und Klimawandel (DECC, department of energy and climate change) definiert das Konzept durch die Bedeutung, dass “die Risiken der Unterbrechung der Energieversorgung niedrig” sein sollen; und die EU definiert sie über eine “stabile und üppige Versorgung mit Energie”. ⁵ ⁶ ⁷

Historisch wurde eine Sicherheit der Energieversorgung über die Sicherung des Zugangs zu Wäldern und Torfmooren für thermische Energie, und zu Menschen-, Tier-, Wind- oder Wasserkraft als Quellen für mechanische Energie hergestellt. Mit dem Beginn der industriellen Revolution verschob sich der Begriff der Sicherheit der Energieversorgung zur Versorgung mit fossilen Brennstoffen. Als theoretisches Konzept ist die Sicherheit der Energieversorgung am engsten verbunden mit den Ölkrisen der 1970er Jahre, als Embargos und Preismanipulationen die Verfügbarkeit von Ölprodukten in westlichen Staaten begrenzten. Es ist eine Folge dieser Zeit, dass die meisten Industriestaaten immer noch Ölreserven in Höhe eines mehrmonatigen Verbrauchs vorhalten.

Obwohl das Öl für industrialisierte Länder vor allem für den Transport- und Agrarsektor so wichtig ist wie in den 1970ern, hat man inzwischen erkannt, dass Sicherheit der Energieversorgung in modernen Gesellschaften auch mit anderen Infrastrukturen zu tun hat, zum Beispiel denen zur Versorgung mit Gas, Strom und sogar Daten. Darüberhinaus sind diese Infrastrukturen in zunehmendem Maße verbunden und hängen voneinander ab. Gas ist zum Beispiel ein wichtiger Brennstoff zur Stromgewinnung, während Stromversorgung zum Betrieb von Gaspipelines notwendig ist. Das Stromnetz ist eine Voraussetzung zum Betrieb von Datennetzen, und Datennetze sind nötig, um Stromnetze zu verwalten.

Das Stromnetz ist eine Voraussetzung zum Betrieb von Datennetzen, und Datennetze sind nötig, um Stromnetze zu verwalten.

Dieser Artikel untersucht das Konzept der Sicherheit der Energieversorgung mit einem schwerpunktmäßigen Blick auf das Stromnetz, welches für industrialisierte Gesellschaften genauso lebenswichtig geworden ist wie Öl. Die Elektrifizierung wird außerdem als ein Weg gesehen, die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu reduzieren - man denke nur an Elektroautos, Wärmepumpen und Windkraftwerke.

Die “Sicherheit” oder “Zuverlässigkeit” eines Stromnetzes kann mit Indikatoren der Kontinuität genau bestimmt werden, so wie zum Beispiel der Wahrscheinlichkeit des Lastverlusts (LOLP, loss-of-load probability) und dem Index für durchschnittliche Systemunterbrechungsdauer (SAIDI, system average interruption duration index). Mithilfe dieser Indikatoren kann man nur zum Schluss kommen, dass die Stromnetze in industrialisierten Ländern sehr sicher sind. In Deutschland beispielsweise ist elektrische Energie 99,996% der Zeit verfügbar, das bedeutet eine Unterbrechung der Versorgung für weniger als eine halbe Stunde pro Kunde pro Jahr. ⁸ Selbst die Länder mit der schlechtesten Verfügbarkeit in Europa (Lettland, Polen, Litauen) haben Versorgungsunterbrechungen von nur acht Stunden pro Kunde pro Jahr, was einer Verfügbarkeit von 99,90% entspricht. ⁸ Das Stromnetz der USA liegt zwischen diesen beiden Werten, mit Unterbrechungen von weniger als vier Stunden pro Kunde pro Jahr (99,96% Verfügbarkeit). ⁹

Wie sicher ist ein Stromnetz mit erneuerbaren Energien?

So wie die Infrastrukturen derzeit betrieben werden, leben wir mit der Vorstellung, dass Kunden Zugang zu soviel Strom, Gas, Öl, Daten oder Wasser haben können und auch sollen, wie sie möchten, wann sie möchten, und wie lange sie möchten. Die einzige Bedingung ist, dass sie die Rechnung bezahlen. Wenn wir uns den Versorgungssektor anschauen, ist diese Vision von Sicherheit der Energieversorgung aus verschiedenen Gründen ziemlich problematisch. Zunächst einmal sind die meisten Quellen, auf denen sich die Stromversorgung aufbaut, endlich - und es ist natürlich nicht möglich, eine stetige Versorgung mit einem endlichen Gut auf Dauer aufrechtzuerhalten. Auf lange Sicht muss diese Strategie zur Aufrechterhaltung eine sicheren Energieversorgung versagen. Auf kürzere Sicht kann sie das Klima schädigen und bewaffnete Konflikte herbeiführen.

Die internationale Energieagentur (IEA), welche nach der ersten Ölkrise in den frühen 1970er Jahren gegründet wurde, fördert den Einsatz von erneuerbaren Energiequellen, um die Energieversorgung zu diversifizieren, also auf mehrere Beine zu stellen, und langfristig so ihre Sicherheit zu verbessern. Ein Stromnetz mit erneuerbaren Energien ist weder abhängig von Energieimporten aus dem Ausland, noch empfindlich gegenüber Manipulationen der Treibstoffpreise - welche in einer Infrastruktur basierend auf fossilen Brennstoffen zu den Hauptsorgen gehören. Solarpanels und Windkraftwerke haben natürlich eine begrenzte Lebensdauer und müssen hergestellt werden, wozu auch Ressourcen erforderlich sind, welche aus dem Ausland kommen oder die selbst irgendwann erschöpft sein können. Sobald sie installiert sind, sind erneuerbare Energiesysteme aber “sicher” auf eine Weise und für eine Zeitspanne, wie das für fossile Brennstoffe (und auch für Atomenergie) nicht der Fall ist.

Erneuerbare Energiequellen bedeuten grundsätzliche Herausforderungen für das aktuelle Verständnis von Sicherheit der Energieversorgung

Darüberhinaus bieten Solar- und Windenergie mehr Sicherheit gegen Systemausfälle und Sabotage, und dies sogar noch mehr, wenn die Systeme dezentralisiert sind. Kraftwerke für erneuerbare Energie haben niedrigere laufende CO2-Emissionen als fossil betriebene. Durch den Klimawandel verursachte Extremwetterereignisse bedrohen selbst auch die Sicherheit der Energieversorgung. Trotz all dieser Vorteile bedeuten erneuerbare Energiequellen aber auch grundsätzliche Herausforderungen für das aktuelle Verständnis der Versorgungssicherheit. Am wichtigsten dabei ist die Feststellung, dass die Energiequellen mit dem größten Potenzial - Sonne und Wind - nur mit Unterbrechungen verfügbar sind und außerdem vom Wetter und den Jahreszeiten abhängen. Das bedeutet, dass Sonnen- und Windenergie nicht das Kriterium erfüllen, welches alle Definitionen von Sicherheit der Energieversorgung für essenziell halten: die Notwendigkeit ununterbrochener und unbegrenzter Verfügbarkeit von Energie.

Image: [Eduard Bezembinder](https://www.flickr.com/photos/bezembinder/3560945758/in/photolist-6qEM7w-7urQui-iSeKZ-8VjqeD-dUgKQ-e4ybCy-eke2Zk-ekeCdc-eke4NV-qBE1z-6Dfw5n-68EJKh-ekk6Rs-qBE2V-NqkS-oWp8Du-psYQc1-pCDop-5JSFFH-9fr321-oguPbE-6pZ6MT-dZ9YLx-vhpHJb-3oeLdu-69J2h1-7hatWp-d26CpQ-27dVzAC-5BEpZz-sUBfz-7B8zeq-HkygG-bHhG5R-2UoYjD-bRCZnx-o1e2oL-4LcBmy-69vhwD-ekz9ec-bLqreV-5jtvAp-2GUCLK-GpCny7-s36gn-dy6aBU-8moRHP-8rrRxd-5BJJyC-8KdmGR).

Die Zuverlässigkeit eines Stromnetzes mit hohem Anteil von Solar- und Windenergie läge signifikant niedriger als die heutigen Standards zur Verfügbarkeit. ¹⁰ ¹¹ ¹² ¹³ ¹⁴ In einem solchen erneuerbaren Stromnetz könnte eine Stromversorgung rund um die Uhr nur zu sehr hohen Kosten gewährleistet werden, da dazu eine umfangreiche Infrastruktur für Energiespeicherung, -Übertragung und Spitzenlastkapazität nötig wären. Durch diese zusätzliche Infrastruktur könnte die Nachhaltigkeit eines erneuerbaren Stromnetzes zunichte gemacht werden, denn oberhalb einer bestimmten Schwelle werden für den Aufbau, die Installation und Wartung dieser Infrastruktur größere Mengen an fossiler Energie aufgewendet, als durch den Betrieb der Solarpanels und Windkraftwerke über ihre Lebendauer eingespart werden können.

Quellen erneuerbarer Energie wie Wind und Sonne haben Vorteile, die von den gängigen Definitionen von Sicherheit der Energieversorgung nicht erfasst werden

Unterbrechungen sind nicht der einzige Nachteil erneuerbarer Energiequellen. Obwohl viele Medien und Umweltorganisationen ein Bild von Solar- und Windenergie als hochverfügbare Energiequellen zeichnen (“die Sonne strahlt in einer Stunde mehr Energie auf die Erde, als auf der ganzen Welt in einem Jahr verbraucht wird”), ist die Wirklichkeit komplexer. Die Brutto-Verfügbarkeit von Sonnen- und Windenergie ist in der Tat enorm. Aufgrund ihrer niedrigen Energiedichte werden aber um Größenordnungen mehr Material und Fläche gebraucht als bei fossilthermischen Kraftwerken, um diese Energie nutzbar zu machen, und zwar selbst dann noch, wenn der Bergbau und Transport der fossilen Brennstoffe diesen zugerechnet wird. ¹⁵ Daher kann ein erneuerbares Stromnetz selbst bei optimalen Wetterbedingungen nicht garantieren, dass Verbraucher Zugang zu soviel elektrischer Energie erhalten wie sie wollen.

Wie sicher ist ein Inselnetz?

Die heutigen Regeln für Energieversorger versuchen, drei Ziele unter einen Hut zu bringen: eine ununterbrochene und unbegrenzte Stromversorgung, günstige Verbraucherstrompreise und Nachhaltigkeit. Ein Stromnetz, welches hauptsächlich auf fossilen Brennstoffen und Atomenergie aufgebaut ist, kann das Nachhaltigkeitsziel nicht erreichen, und es kann die anderen Ziele nur solange erreichen, wie ausländische Zulieferer die Versorgung aufrechterhalten und die Preise der Grundstoffe konstant halten (oder solange, bis die nationalen oder internationalen Reserven erschöpft sind).

Ein Stromnetz basierend auf erneuerbaren Energiequellen kann diese drei Ziele aber genausowenig in Einklang bringen. Um eine uneingeschränkte 24/7-Verfügbarkeit zu erreichen, muss die Infrastruktur überdimensioniert werden, wodurch sie teuer und weniger nachhaltig wird. Ohne eine solche Infrastruktur könnte ein erneuerbares Stromnetz zwar günstig und nachhaltig Strom liefern, aber es könnte niemals eine uneingeschränkte Verfügbarkeit rund um die Uhr bieten. Wenn wir also eine Infrastruktur zur Stromlieferung wollen, die günstig und nachhaltig ist, müssen wir das Konzept der Sicherheit der Energieversorgung neu definieren - und das Kriterium der unbegrenzten und unterbrechungsfreien Energieversorgung hinterfragen.

Wenn wir uns jenseits der typischen, großen, zentralisierten Infrastrukturen in industrialisierten Ländern umsehen, dann wird es klar, dass keineswegs alle Versorgungssysteme eine unbegrenzte Menge an Ressourcen liefern können. Mikroerzeugung in Inselnetzen - die lokale Erzeugung und Speicherung von elektrischer Energie mit Batterien und Solarpanels oder Windgeneratoren - ist ein Beispiel. Im Prinzip können Inselsysteme ohne Netzanschluss so dimensioniert werden, dass sie “immer an” sind. Dafür kann man sich an der “Methode des schlechtesten Monats” orientieren, wodurch die Erzeugungs- und Speicherkapazität zum Beispiel bei einer Solaranlage so überdimensioniert wird, dass das Energieangebot den Verbrauch auch an den kürzesten und dunkelsten Tagen des Jahres abdecken kann.

Wenn die Stromerzeugung zu allen Zeiten dem Verbrauch angepasst wird, wird ein Inselnetz dadurch sehr teuer und verliert seine Nachhaltigkeit, besonders in Klimazonen mit ausgeprägten Jahreszeiten

Genau wie es bei einem imaginären großen erneuerbaren Stromnetz der Fall wäre, wird ein Inselnetz sehr teuer, wenn die Stromerzeugung zu allen Zeiten nach dem maximalen Verbrauch dimensioniert wird, besonders in Klimazonen mit ausgeprägten Jahreszeiten. ¹⁶ ¹⁷ ¹⁸ Daher werden die meisten Inselsysteme ohne Netzanschluss nach einer Methode skaliert, die auf einen Kompromiss zwischen Zuverlässigkeit, wirtschaftlichem Aufwand und Nachhaltigkeit abzielt. Die “Bemessungsmethode nach Wahrscheinlichkeit des Lastausfalls” spezifiziert eine Anzahl von Tagen pro Jahr, an welchen die Versorgung die Nachfrage nicht abdeckt. ¹⁹ ²⁰ ²¹ Mit anderen Worten: das System wird nicht nur nach einer vorhergesagten Energienachfrage skaliert, sondern auch nach dem verfügbaren Budget und Bauraum.

Image: [Stephen Yang / The Solutions Project](https://www.flickr.com/photos/149368236@N06/33068752693/in/photolist-Sob15v-bBnpyx-keyKG-cuaVX3-nuP1zk-U2eVh7-cuaWEf-pskKMf-cuaswE-p27cJW-cu9SQu-cuaMky-mCLFCt-ajiCfB-4AFrsp-943usV-TyoqrN-pu9HK-erKVcJ-aYHgDT-7zrUXc-tQv77b-6xot6g-baF4gg-Xjymka-qHgAkg-ii2jys-9eD7tj-9fJDFi-Ge2Mn-guUowg-amvdKB-cvDZ15-79wfLn-c6XjSS-ddFjjF-9KYuQV-8Zp8z6-guV3wK-9P1nHp-q5c2cz-9RCRVu-cD8w4d-9YDNzC-7ehy1e-4obYkG-8tkNMS-cvDZru-4obYtN-23Aqhr).

Wenn ein System ohne Netzanschluss auf diese Weise bemessen wird, führt das zu einer signifikaten Kosteneinsparung, selbst wenn der Parameter Verfügbarkeit nur wenig zurückgefahren wird. Die Kalkulation für ein Inselnetz in einem Haus in Spanien zeigt zum Beispiel, dass durch das Zurückfahren der Verfügbarkeit von 99,75% auf 99,0% die Anschaffungskosten um 60% geringer ausfallen, mit entsprechendem Nutzen für die Nachhaltigkeit durch geringeren Materialeinsatz. Die Versorgung wäre für 87,6 Stunden pro Jahr unterbrochen, verglichen mit 22 Stunden für das System mit höherer Verfügbarkeit. ¹⁶

Gemäß dem derzeitigen Verständnis der Versorgungssicherheit gelten Inselnetze, welche auf diese Art skaliert sind, als Versager: die Verfügbarkeit der Energieversorgung deckt nicht immer die Nachfrage. Tatsächlich scheinen Menschen, die Inselnetze betreiben, sich aber nicht über Energiemangel zu beklagen - ganz im Gegenteil. Dafür gibt es einen einfachen Grund: sie passen ihre Nachfrage einer begrenzten und manchmal unterbrochenen Versorgung an.

In ihrem Buch Off-the-Grid: Re-Assembling Domestic Life aus dem Jahr 2015 dokumentieren Phillip Vannini und Jonathan Taggart ihre Reise durch Kanada, auf der sie Menschen in etwa 100 Haushalten ohne Netzanschluss befragt haben. ²² Mit eine ihrer wichtigsten Beobachtungen ist es, dass Menschen mit Energieversorgung im Inselnetz insgesamt weniger Strom verbrauchen und routinemäßig ihre Energienutzung dem Wetter und den Jahreszeiten anpassen.

Menschen in einer selbstgewählten Inselsituation nutzen insgesamt weniger Strom und passen routinemäßig ihre Energienutzung dem Wetter und den Jahreszeiten an.

Waschmaschinen, Staubsauger, Elektrowerkzeuge, Toaster oder Spielkonsolen werden entweder gar nicht genutzt, oder aber nur während Phasen sehr guter Energieversorgung, wenn die Speicherbatterien bereits voll aufgeladen sind. Bei bedecktem Himmel ändern Menschen in Inselnetzen ihr Nutzungsverhalten, um weniger Leistung zu verbrauchen und so noch Energie für den folgenden Tag übrig zu haben. Vannini und Taggart beobachten ebenfalls, dass Inselnutzer sich mit einem Niveau von Beleuchtung und Heizung zufriedengeben, welches von den typischen Standards abweicht, die viele Menschen in der westlichen Welt inzwischen voraussetzen. Dies zeigt sich oft daran, dass Aktivitäten bewusst um zentrale Quellen von Wärme und Licht herum verlagert werden. ²²

Ähnliche Beobachtungen kann man an Orten machen, wo die Menschen unfreiwillig von Infrastrukturen abhängen, die nicht immer in Betrieb sind. Wenn in weniger industrialisierten Ländern Wasser-, Strom- und Datennetze vorhanden sind, dann weisen diese oft mehr oder weniger häufige Versorgungsausfälle auf. ²³ ²⁴ ²⁵ Trotz der niedrigen Zuverlässigkeit dieser Infrastrukturen - jedenfalls gemäß den typischen Indikatoren der Versorgungssicherheit - geht das Leben weiter. Die täglichen Haushaltsroutinen werden um Versorgungsunterbrechungen herum organisiert, welche als normal und als akzeptierter Teil der Lebensrealität gesehen werden. Wenn zum Beispiel Strom, Wasser oder Internet nur zu bestimmten Stunden des Tages verfügbar sind, werden Hausarbeiten entsprechend für diese Zeit geplant. Insgesamt verbrauchen die Menschen auch weniger Energie: die Infrastruktur erlaubt einfach keinen ressourcenintensiven Lebensstil. ²³

Verfügbarer, aber weniger sicher?

Die sehr hohe Verfügbarkeit der Energieversorgungsnetze in industrialisierten Gesellschaften wird begründet durch eine Bewertung mit dem “Wert des Lastverlusts” (value of lost load). Dieser setzt finanzielle Verluste durch Energiemangel in Beziehung zu den zusätzlichen Investitionen, die nötig wären um diesen Mangel zu verhindern. ¹¹⁰ ²⁶ ²⁷ ²⁸ ²⁹ Allerdings hängt der Wert des Lastverlusts stark davon ab, wie eine Gesellschaft organisiert ist. Je höher die Abhängigkeit von der Stromversorgung, desto höher werden die finanziellen Folgen von Stromausfällen sein.

Aktuelle Definitionen der Versorgungsssicherheit gehen davon aus, dass die Versorgungs- und die Nachfrageseite nicht voneinander abhängen, und fokussieren sich fast ausschließlich darauf, die Energieversorgung zu sichern. Alternative Formen von Infrastrukturen wie die oben beschriebenen zeigen aber, dass Menschen ihre Erwartungen einer begrenzten und nicht immer verfügbaren Energieversorgung anpassen können. Mit anderen Worten: es ist nicht nur möglich, die Versorgungssicherheit zu verbessern indem man die Verfügbarkeit erhöht, sondern auch indem man die Abhängigkeit von Energie reduziert.

Image: Erdgasterminal. [Jason Woodhead](https://www.flickr.com/photos/woodhead/7150825737/in/photolist-bTTRmV-85JomL-jysSQn-fw7gTZ-5Jkm2T-eDueWy-ohYc4x-fFxZCm-eD8VG8-eDfhqy-8pCnxZ-qPTdqx-22WNtVf-fFybmb-fFxRVG-fFyhCf-mGNU1p-24mDPG2-8efS2s-fFguSX-nN4pMi-fFgpjT-6br69i-hVGdgU-9DSQQ5-cDwVt-EqVP-dp7vJX-fwmwQh-oHAfHH-fFy6QS-fFgvS8-aaCofJ-fFxW5L-agEkAL-eDfonE-fFgrrn-eD9m9a-PLLffy-fFggcX-fFgka6-nRdzs-fFgwFH-88JrU8-nN4epz-2atchc9-nN523B-24mDNL4-2atciAb-GFzRM).

Auch in 24/7-Stromversorgungsnetzen hängen Nachfrage und Versorgung voneinander ab und beeinflussen einander - aber mit dem gegenteiligen Effekt. Genauso, wie “unzuverlässige” Inselnetze einen Lebensstil fördern, der weniger von der Energieversorgung abhängt, so fördern “zuverlässige” Infrastrukturen einen Lebensstil, der über die Zeit immer mehr von der Energieversorgung abhängt.

Industrialisierte Gesellschaften mit “zuverlässigen” Stromnetzen sind bei Stromausfällen am schwächsten und zerbrechlichsten

In ihrem Buch Infrastructures and Practices: the Dynamics of Demand in Networked Societies aus dem Jahr 2018 argumentieren Olivier Coutard und Elizabeth Shove, dass eine unbegrenzte und unterbrechungsfreie Stromversorgung es den Menschen in industrialisierten Gesellschaften ermöglicht hat, eine Vielzahl von Technologien einzusetzen, die von Stromversorgung abhängen. Waschmaschinen, Klimaanlagen, Kühlschränke, automatische Türen, rund um die Uhr verfügbarer Internetzugang sind “normal” und zentrale Bestandteile des täglichen Lebens geworden. Gleichzeitig sind alternative Lösungen für diese Aufgaben - das Wäschewaschen mit der Hand, die Lagerung von Lebensmitteln ohne Elektrizität, Raumkühlung ohne Klimaanlage, Navigation und Kommunikation ohne Smartphones - immer seltener geworden oder schon verschwunden. ³⁰

Als Ergebnis ist die Versorgungssicherheit in Inselnetzen und “unzuverlässigen” zentralen Versorgungsinfrastrukturen tatsächlich höher, während industrialisierte Gesellschaften mit “zuverlässigen” Stromnetzen bei Stromausfällen am schwächsten und zerbrechlichsten sind. Was allgemein als Nachweis der Versorgungssicherheit gesehen wird - eine unbegrenzte und unterbrechungsfreie Stromversorgung - macht im Grunde die industriellen Gesellschaften immer verwundbarer gegenüber Stromausfällen: die Menschen verlernen die Fähigkeiten und den Gebrauch der Technologien, mit denen sie ohne kontinuierliche Stromversorgung auch recht gut leben könnten.

Versorgungssicherheit neu definieren

Um eine brauchbarere Definition der Versorgungssicherheit zu erhalten, muss sie über Energiedienste, sozialen Nutzen oder Grundbedürfnisse definiert werden, und nicht über Massengüter wie Kilowattstunden Strom. ¹ Menschen benötigen keinen Strom. Sie müssen Lebensmittel lagern, Wäsche waschen, Türen öffnen und schließen, miteinander kommunizieren, von A nach B gelangen, im Dunkeln sehen und so weiter. All diese Dinge können sowohl mit als auch ohne Elektrizität bewältigt werden. Selbst wenn wir von einer Lösung der Aufgaben mit Elektrizität ausgehen, dann geht es noch mit mehr oder deutlich weniger.

Wenn wir sie auf diese Weise definieren, dann geht es bei der Versorgungssicherheit nicht nur darum, die Versorgung mit elektrischem Strom zu gewährleisten, sondern auch darum, die Resilienz der Gesellschaft zu erhöhen, damit diese ihre Abhängigkeit von einer unterbrechungsfreien Stromversorgung verringert. Dies schließt die Resilienz der Menschen ein (haben sie die Fähigkeiten, um ohne Elektrizität auszukommen?), ebenso die Resilienz von Geräten und technischen Systemen (wie kommen diese mit Unterbrechungen klar?), und schließlich auch die Resilienz von Institutionen (was bedeutet es rechtlich, ein Versorgungsnetz zu betreiben, welches nicht immer verfügbar ist?). Abhängig vom Grad der Resilienz der Gesellschaft kann eine Unterbrechung der Stromversorgung in mehr oder weniger ausgeprägter Weise zu einer Unterbrechung von Energiediensten und von bestimmten Aspekten des täglichen Lebens führen.

Obwohl zum Beispiel unser System der Lebensmittelverteilung von Kühlketten abhängt, welche eine unterbrechungsfreie Stromversorgung erfordern, gibt es auch viele Alternativen dazu. Wir könnten Kühlgeräte besser isolieren, um sie an eine weniger zuverlässige Stromversorgung anzupassen. Wir könnten wieder Kühl- und Eiskeller nutzen (welche Lebensmittel auch ohne Stromversorgung frisch halten). Wir können auch ältere Methoden der Lebensmittelkonservierung wie zum Beispiel Fermentierung stärker nutzen. Wir können auch darauf hinwirken, den Menschen wieder das Kochen mit frischen Nahrungsmitteln nahezubringen; einen Wechsel hin zur Ernährung ohne Tiefkühlkost oder sogar ganz ohne Lebensmittel, die Kühlung benötigen. Auch der häufigere, lokale Einkauf von Lebensmitteln könnte gegenüber dem Wocheneinkauf in großen Supermärkten bevorzugt werden.

Um die Versorgungssicherheit zu erhöhen, müssen wir die Verfügbarkeit der Infrastrukturen verringern.

Wenn wir das Konzept der Versorgungssicherheit in einer ganzheitlicheren Weise angehen und dabei sowohl Angebot als auch Nachfrage betrachten, wird rasch klar dass die Versorgungssicherheit in industrialisierten Ländern tatsächlich abnimmt. Wir delegieren mehr und mehr Aufgaben an Maschinen, Computer und großflächige Infrastrukturen und erhöhen so unsere Abhängigkeit von der Stromversorgung. Darüberhinaus wird das Internet genauso essenziell wie das Stromnetz, und Trends wie Cloud Computing, das Internet der Dinge und autonomes Fahren basieren allesamt auf mehreren, miteinander verbundenen Lagen von unterbrechungsfreien Infrastrukturen.

Image: Ein verlassener Strommast. [Miura Paulison](https://www.flickr.com/photos/paulisson_miura/10318768955/in/photolist-gHQovz-kCLi9r-82pqq6-f4539G-6i3Aih-5m5G9b-6RkZvr-6V6k85-2b9wdNP-4DvxJx-WfvmJT-5CGLgF-5C1ojh-eANWrM-kjDG4Z-9QKWz-DnnTH9-ntvKWL-82sxbf-UssMS3-deJRBD-d6qh1S-5C1ooU-tkcYLj-MpbqCB-84zF9u-5CM5d7-5CM51J-82ppX6-a1H2sr-Rd9o59-a1LEed-6W3He9-VCD56X-bg3vgT-5BW5CT-82sxDb-2b1hTxi-6hpZ1g-8d19tj-qm9Cy-cgpx3-gszM15-eANtbt-MpbCWK-98h2dj-7HyrGe-5md8aD-d9fLdq-2cyGoSv).

Da Nachfrage und Angebot einander beeinflussen, kommen wir zu einer Schlussfolgerung, die der Intuition zu widersprechen scheint: um die Versorgungssicherheit zu erhöhen, müssen wir die Verfügbarkeit des Stromnetzes verringern. Dadurch würden die Resilienz und die Nutzung von Ersatztechnologien gefördert, und auf diese Weise könnte die Verwundbarkeit industrialisierter Gesellschaften gegenüber Versorgungsausfällen verringert werden. Coutard und Shove argumentieren: “es wäre sinnvoll, den Innovationspotenzialen mehr Beachtung zu schenken, die sich ergeben wenn große Netzwerke geschwächt und aufgegeben werden, oder wenn ihre Zuverlässigkeit sinkt”. Sie fügen noch hinzu, dass die Erfahrung von Menschen, die selbstgewählt in Inselnetzen leben “verschiedene Einsichten in die Konfigurationen bieten, um die es geht”. ³⁰

Für eine weniger verfügbare Energieversorgung zu argumentieren, löst natürlich Kontroversen aus. “Die Lichter anlassen” ist eine Phrase, die gern verwendet wird um Energiereformen wie den Neubau oder die Verlängerung der Lebenszeit von Atomkraftwerken über ihre geplante Lebensdauer hinaus zu begründen. Um aber wirkliche Versorgungssicherheit zu erreichen, sollte “Die Lichter anlassen” durch Sätze wie “Manche Lichter anlassen”, “welches Licht schalten wir als nächstes aus?” oder vielleicht auch “was kann ein bisschen mehr Dunkelheit uns schon schaden?” zu ersetzen. ³¹ Offensichtlich würde eine weniger verfügbare Stromversorgung auch fundamentale Veränderungen an Routinen und Technologien bedeuten, gleich ob es um Haushalte, Fabriken, Transportsysteme oder auch Kommunikationsnetzwerke geht – aber das ist genau der springende Punkt. Die derzeitige Lebensweise in den industrialisierten Ländern ist einfach nicht nachhaltig.

Dieser Artikel wurde ursprünglich für das UK Demand Centre geschrieben.

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Wie viel Energie brauchen wir?

Wed, 24 Jan 2018 00:00:00 +0000

Foto: [Azuri Technologies](http://www.azuri-technologies.com/)

Originalübersetzung: BUZZN People Power.

Da Energie sowohl die menschliche Entwicklung fördert als auch Umweltschäden verursacht, kommen sich gesetzliche Vorschriften zur Senkung des Energiebedarfs und Gesetzesentwürfe zur Armutsbekämpfung in die Quere. Die Erreichung beider Ziele kann nur funktionieren, wenn der Energieverbrauch in höherem Maße gleichberechtigt auf die Länder verteilt wird.

Es ist weitläufig bekannt, dass ein Teil der Weltbevölkerung in ‚Energiearmut‘ lebt, aber das Gegenteil davon, nämlich ‚Energieexzess‘ oder ‚Energiedekadenz‘, findet weitaus weniger Aufmerksamkeit. Wissenschaftler haben die Mindestwerte an Energie errechnet, die für ein menschenwürdiges Leben benötigt werden, aber wie sieht es mit den Höchstwerten aus?

Energieverbrauch pro Kopf

Die Menschheit muss ihren Energieverbrauch drastisch senken, wenn wir einen gefährlichen Klimawandel abwenden und die Erschöpfung aller nicht erneuerbaren Ressourcen und die Zerstörung der Natur vermeiden wollen, die wir zum Überleben brauchen. ¹ Die Ziele zur Reduzierung des Kohlendioxidausstoßes und des Energieverbrauchs werden in der Regel als prozentuale Senkung der landesweiten und internationalen Werte ausgedrückt, aber der Pro-Kopf-Verbrauch der Weltbevölkerung ist, ganz gleich, wie er errechnet wird, je Land und sogar innerhalb eines Landes sehr unterschiedlich. ²

Wenn wir die gesamte Primärenergienutzung pro Land durch die Einwohnerzahl teilen, lässt sich erkennen, dass der durchschnittliche Nordamerikaner mehr als doppelt so viel Energie verbraucht wie der Durchschnittseuropäer (6.881 kgoe gegenüber 3.207 kgoe, was für kg der Erdöläquivalenz steht). In Europa verbraucht der durchschnittliche Norweger mit 5.818 kgoe fast drei Mal so viel Energie wie der durchschnittliche Grieche (2.182 kgoe). Der wiederum verbraucht drei bis fünf Mal mehr Energie als der durchschnittliche Angolaner (545 kgoe), Kambodschaner (417 kgoe) oder Nicaraguaner (609 kgoe), der doppelt bis drei Mal so viel Energie verbraucht wie der durchschnittliche Einwohner von Bangladesch (222 kgoe). ³

In diesen Zahlen sind nicht nur die direkt in Privathaushalten verbrauchte Energie, sondern auch die im Verkehrswesen, in der Fertigung, Energieproduktion und in anderen Sektoren verbrauchte Energie berücksichtigt. Diese umfassendere Berechnung verschafft einen besseren Überblick als nur der Energieverbrauch aus Privathaushalten, da Personen viel mehr Energie außerhalb ihrer Wohnungen verbrauchen, z. B. beim Einkauf. ⁴

Durchschnittlicher Pro-Kopf-Energieverbrauch pro Jahr in kgoe (kg der Ölequivalenz)

Derartige ‚produktionsorientierte‘ Berechnungen sind nicht optimal, da Länder mit hohem Pro-Kopf-Energieverbrauch häufig viele Fertigprodukte aus Ländern mit niedrigem Pro-Kopf-Energieverbrauch importieren. Die für die Fertigung dieser Artikel aufgewendete Energie wird den Exportländern zugeschrieben – d. h. der Pro-Kopf-Energieverbrauch in den Ländern mit dem ‚höchsten Entwicklungsstand‘ wird unterschätzt.

Zur Ermittlung der Verteilung des Energieverbrauchs innerhalb eines Landes werden Daten mit höherer räumlicher Auflösung benötigt. So zeigte eine Analyse der Abweichungen im privaten Energieverbrauch (Strom + Gas) und dem Energieverbrauch für den privaten Verkehr in Großbritannien beispielsweise, dass der durchschnittliche Pro-Kopf-Verbrauch je nach Wohngebiet um ein Fünffaches abweichen kann. ² Wenn wir dann die Unterschiede zwischen einzelnen Ländern sowie landesinterne Abweichungen und auch das Outsourcing der Fertigung bedenken (eine ‚konsumorientierte’ Berechnung), tragen die größten Energieverbraucher weltweit mitunter 1.000 mal mehr zum CO2-Ausstoß bei als jene mit dem geringsten Energieverbrauch. ⁵

Ungleichheit lässt sich nicht nur an der Energiemenge, sondern auch an der Qualität erkennen. Einwohner der Industrienationen haben Zugang zu verlässlicher, sauberer und (scheinbar) unbegrenzter Strom- und Gasversorgung. Andererseits braucht fast ein Drittel aller Menschen weltweit (3 Milliarden Personen) Holz, Holzkohle oder Tierabfälle, um eine Mahlzeit zu kochen und 1,5 Milliarden von ihnen haben keine elektrische Beleuchtung. ⁶ Diese Treibstoffe verursachen Luftverschmutzung in Innenräumen und sind in ihrer Beschaffung und Nutzung mitunter arbeitsaufwändig. Sofern moderne Treibstoffe in diesen Ländern vorhanden sind, sind sie häufig teuer und/oder nicht zuverlässig erhältlich.

#" Jenseits der Energiearmut: Energiedekadenz

Es ist weitläufig bekannt, dass diese 3 Milliarden Menschen in den Ländern des Globalen Südens in ‚Energiearmut‘ leben. ⁷⁸ Bereits 2011 riefen die Vereinten Nationen und die Weltbank die Initiative Sustainable Energy for All (SE4ALL oder Nachhaltige Energie für Alle) ins Leben, mit der bis 2030 „universeller Zugang zu modernen Energiedienstleistungen gewährleistet werden soll“. Die Energiearmut ist auch in den Industrieländern in den Fokus gerückt, wobei es hier hauptsächlich um unzulängliche Beheizung geht. Eine Studie von 2015 ergab, dass bis zu 54 Millionen Europäer ihre Wohnungen im Winter nicht adäquat beheizen können. ⁹ Die EU-Kommission startete 2017 das Energy Poverty Observatory (EPOV), eine Beobachtungsstelle der Energiearmut mit dem Ziel der Forschung und Richtlinienvergabe an einzelne Mitgliedsstaaten, damit diese Maßnahmen zur Bekämpfung der Energiearmut ergreifen. ⁸

Den Rest der Welt auf den Lebensstandard und Energieverbrauch der Industrieländer bringen zu wollen, ist unvereinbar mit den zu bewältigenden Umweltproblemen.

Trotzdem uns bekannt ist, dass ein Teil der Weltbevölkerung nicht genug Energie verbraucht, wird in viel geringerem Maße über die Weltbevölkerung gesprochen, die zu viel Energie verbraucht. ² ¹⁰ ¹¹ Allerdings kann das Spannungsfeld zwischen der Bedarfsreduzierung auf der einen und der Energiearmut auf der anderen Seite nur aufgehoben werden, wenn die, die ‚zu viel‘ verbrauchen, ihre Nutzung drosseln. Den Rest der Welt auf den Lebensstandard und Energieverbrauch der Industrieländer bringen zu wollen – das unausgesprochene Ziel der ‚menschlichen Entwicklung‘ – würde das Problem der Ungleichheit lösen, ist jedoch mit den zu bewältigenden Umweltproblemen unvereinbar.

Foto: [The Panos Network](http://panosnetwork.org/)

Wenn jeder Erdbewohner auf Grundlage dieser Zahlen so viel Energie verbrauchen würde wie durchschnittliche Westeuropäer oder Nordamerikaner, wäre der Energieverbrauch und der CO2-Ausstoß der gesamten Welt mindestens doppelt, wenn nicht gar vier Mal so hoch wie heute. Das wäre obendrein eine Unterschätzung, denn die Länder des Globalen Südens müssten zunächst ihre Infrastruktur – Straßen, Stromnetze, usw. – bauen, um denselben Lebensstandard zu erzielen und auch das würde sehr viel Energie brauchen. ¹²

Demzufolge sollte neben den großen Bemühungen zum Umgang mit der Treibstoffarmut eine Paralleldebatte über ‚Energiedekadenz‘ oder ‚Energieexzess‘ geführt werden. ² Das Streben nach ‚Energiesuffizienz‘ – einer fairen wie nachhaltigen Energienutzung – sollte demnach nicht nur Untergrenzen (ausreichend für bestimmte Zwecke) sondern auch Obergrenzen (zu viel für Sicherheit und Wohlstand, und zwar kurz- als auch langfristig) enthalten. ¹³ Andernfalls belasten wir das Leben zukünftiger Generationen mit Schulden, um aktuelle Entwicklungsziele umzusetzen. ¹⁴

Unter- und Obergrenzen berechnen

Wie lässt sich Energiedekadenz definieren? Wie viel Energienutzung ist ‚zu viel‘? Wir können uns größtenteils auf jahrzehntelange Forschungsprojekte zu Energiearmut berufen, die einzelne Werte eines akzeptablen minimalen Lebensstandards gemessen haben. ¹⁴ So hat das Millennium-Projekt des UN-Entwicklungsprogramms (UNDP) beispielsweise einen Mindestwert von 500 kgoe pro Person pro Jahr errechnet – ein Energiewert, der um fast ein Vierfaches unter dem weltweiten Durchschnitt liegt. ¹⁵

Bestimmte Forscher haben Energiedekadenz auf ähnliche Weise untersucht, indem sie einen akzeptablen maximalen Lebensstandard errechnet haben. Die Eidgenössische Technische Hochschule in Zürich unterbreitete z. B. den Vorschlag einer 2.000-Watt-Gesellschaft, die einen weltweiten Pro-Kopf-Energieverbrauch von 1.500 kgoe pro Jahr vorsieht, während die Vorlage Contraction and Convergence des Global Commons Institute den Energieverbrauch auf 1.255 kgoe pro Person pro Jahr ansetzt. ¹⁰¹³¹⁶ Ein derartiger Pro-Kopf-Energieverbrauch entspricht einer Reduzierung der Energienutzung von 20 bis 35 % im Vergleich zum aktuellen Durchschnitt weltweit.

Durchschnittlicher Pro-Kopf-Energieverbrauch pro Jahr in kgoe (kg der Ölequivalenz)

Da die Energiearmutsstudien nur die Untergrenzen, aber nicht die Obergrenzen des Energieverbrauchs untersuchen, werden die Energiemindestwerte von unten hochgerechnet. Die Forscher recherchieren, wie viel Energie für ein menschenwürdiges Leben notwendig ist, wobei sie sich auf einen als essentiell angesehenen Satz aus Gütern und Dienstleistungen stützen.

Maximale Energieverbrauchswerte – d. h. alles, was darüber hinaus an Energie verbraucht wird, wird als exzessiv und nicht nachhaltig angesehen – werden hingegen von oben nach unten errechnet. Hier bestimmen die Forscher einen global als ‚sicher‘ eingestuften Energieverbrauch, der auf einem Indikator der Tragfähigkeit des Planeten beruht – wie etwa die Höhe des CO2-Ausstoßes, mit der sich die globale Erwärmung erwartungsgemäß auf bestimmte Werte begrenzen ließe – und dann durch die Weltbevölkerungszahl geteilt wird.

Zwischen der Obergrenze, die von der Tragfähigkeit des Planeten gesetzt wird, und der Untergrenze, die für alle ein menschenwürdiges Dasein gewährleistet, liegt ein Bereich nachhaltigen Energieverbrauchs, der irgendwo zwischen Energiearmut und Energiedekadenz einzuordnen wäre. ¹⁴ Bei diesen Grenzen wird zum einen davon ausgegangen, dass die reichen Länder ihren Energieverbrauch senken, und die armen Länder zum anderen ihren Energieverbrauch nicht zu stark erhöhen. Allerdings lässt sich nicht garantieren, dass die Höchstwerte in der Tat über den Mindestwerten liegen.

Zwischen der Obergrenze, die von der Tragfähigkeit des Planeten gesetzt wird, und der Untergrenze, die für alle ein menschenwürdiges Dasein gewährleistet, liegt ein Bereich nachhaltigen Energieverbrauchs.

Wenn der minimale Energieverbrauch von unten hochgerechnet wird, bleibt abzuwarten, ob sich diese Verbrauchsstufe ohne Umweltschäden aufrechterhalten ließe. Bei Errechnung des maximalen Pro-Kopf-Energieverbrauchs von oben nach unten bleibt andererseits abzuwarten, ob diese ‚sichere‘ Stufe des Energieverbrauchs für ein menschenwürdiges Leben ausreicht. Wenn die Untergrenze über der Obergrenze liegt, führt das zu dem Schluss, dass ein nachhaltiges Wohlbefinden aller Menschen einfach nicht erreichbar ist.

Erschwert wird das Ganze weiter durch die problematische Definierung von Mindest- und Höchstwerten. Auf der einen Seite besteht bei der Errechnung von oben nach unten keine Einigung über die Tragfähigkeit des Planeten, ganz gleich, ob es sich dabei um sichere Kohlendioxidkonzentrate in der Atmosphäre, die verbleibenden fossilen Brennstoffreserven, die Bemessung von Umweltschäden, die Auswirkungen erneuerbarer Energien oder die Fortschritte in der Energieeffizienz und dem Bevölkerungswachstum dreht. Auf der anderen Seite ist es bei der Errechnung von unten nach oben gleichermaßen problematisch, ein ‚menschenwürdiges‘ Leben zu definieren.

Bedürfnisse und Wünsche

Die oben erwähnten Mindest- und Höchstwerte des Energieverbrauchs sind universell gedacht: alle ErdbewohnerInnen haben ein Recht auf die gleiche Menge an Energie. Obwohl die gleichwertige Verteilung des Energieverbrauchs auf die gesamte Weltbevölkerung wie eine faire Lösung klingen mag, ist das Gegenteil der Fall. Die Menge an Energie, die jemand ‚braucht‘, bestimmt er oder sie nicht allein. Sie ist auch stark von der Klimazone abhängig (Menschen in kälteren Regionen brauchen mehr Energie zum Heizen als jene in wärmeren). Ebenso ist sie abhängig von der Kultur (der Gebrauch von Klimaanlagen in den USA im Vergleich zur Siesta in Südeuropa) und der Infrastruktur (Städte ohne einen öffentlichen Nahverkehr und Radwege zwingen Anwohner, das Auto zu nutzen).

Unterschiede in der Energieeffizienz wirken sich mitunter auch stark auf die „Bedürfnisse“ nach Energie aus. So ist z. B. eine traditionelle Drei-Steine-Kochstelle in geringerem Maße energieeffizient als ein moderner Gasherd, denn letzterer benötigt weniger Energie, um ein vergleichbares Mahl zu kochen. Nicht nur die Haushaltsgeräte bestimmen, wie viel Energie gebraucht wird, sondern auch die Infrastruktur: Wenn die Stromproduktion und -versorgung relativ ineffizient sind, brauchen Menschen mehr Primärenergie, selbst wenn sie im eigenen Heim die gleiche Menge Strom verbrauchen.

Foto: [Off-Grid Electric](http://offgrid-electric.com/#home)

Zur Berücksichtigung dieser Unterschiede sind die meisten Wissenschaftler in ihrer Diagnose von Energiearmut dazu übergegangen, sich statt mit einer bestimmten Stufe des Energieverbrauchs mit den ‚Energiedienstleistungen‘ zu befassen. ¹⁷ Menschen verlangen nicht explizit nach Energie oder Treibstoffen – vielmehr brauchen sie die Dienstleistungen, die Energie ihnen liefert. Nehmen wir z. B. die Beleuchtung: Menschen brauchen nicht eine bestimmte Menge an Energie, sondern eine angemessene Lichtquelle für ihre jeweiligen Aktivitäten.

Ein Beispiel dieses serviceorientierten Ansatzes ist der 2010 herausgegebene Total Energy Access (TEA)-Indikator der NGO Practical Action. ¹⁷¹⁸ Der TEA erfasst Haushalte in Ländern des Globalen Südens gemessen an vorgeschriebenen Mindestservicestandards der Beleuchtung, Kochmöglichkeiten und Wasserboiler, Beheizung, Kühlung der Räume wie der Lebensmittel und Informations- und Kommunikationsservices. Das Mindestmaß der Beleuchtung in Privathaushalten beträgt z. B. 300 Lumen, und Practical Action legt vergleichbare Standards für andere Energiedienstleistungen fest, wobei neben Privathaushalten auch Arbeitsplätze und Gemeinschaftseinrichtungen erfasst werden.

Bedürfnisse sind universell, objektiv, nicht austauschbar, generationsübergreifend und erfüllbar. Wünsche sind subjektiv, sich ständig verändernd, individuell, austauschbar und unersättlich.

Andere Indikatoren von Energiearmut gehen sogar noch weiter. Sie befassen sich nicht spezifisch mit Energiedienstleistungen, sondern mit grundlegenden menschlichen Bedürfnissen oder Kompetenzen (je nach Theorie). In diesen Ansätzen werden grundlegende Bedürfnisse oder Kompetenzen als universell erachtet, aber die Mittel und Wege ihrer Erlangung unter geografischen und kulturspezifischen Aspekten gesehen. ¹⁰ ¹⁷ Bei diesen bedürfnisorientierten Indikatoren geht es primär um die Erfassung der Bedingungen menschlichen Wohlbefindens, und nicht so sehr um die Bestimmung, was zur Erzielung dieser Ergebnisse erforderlich ist. ¹⁹ Zu den menschlichen Grundbedürfnissen zählen z. B. sauberes Wasser und Ernährung, Unterkunft, Wärme, Geborgenheit, zwischenmenschliche Beziehungen, Bildung und Gesundheitsversorgung.

Grundbedürfnisse werden als universell, objektiv, nicht austauschbar (so kann eine unzureichende Ernährung nicht durch Vergrößerung der Wohnfläche und umgekehrt behoben werden), generationsübergreifend (die Grundbedürfnisse zukünftiger Generationen sind dieselben wie die aktueller Generationen) und erfüllbar (sie lassen sich durch Wasser, Kalorien und Wohnfläche erfüllen). Daraus folgt, dass Schwellenwerte denkbar sind, ab denen ernsthafte Schäden vermieden werden. ‚Bedürfnisse‘ sind nicht gleich ‚Wünschen‘, die subjektiv sind, sich mit der Zeit verändern, individuell, austauschbar und unersättlich sind. Wenn wir die Grundbedürfnisse so untersuchen, können wir zwischen ‚Notwendigkeiten‘ und ‚Luxus‘ unterscheiden und das Argument vorbringen, dass die menschlichen Bedürfnisse der Gegenwart und Zukunft die ‚Wünsche‘ der Gegenwart und Zukunft übertrumpfen. ¹⁴¹⁷

Veränderungen im Laufe der Zeit: Steigende Energieabhängigkeit

Der Fokus auf Energiedienstleistungen oder Grundbedürfnisse ist hilfreich, um den maximalen Energieverbrauch festzusetzen. Statt minimale Energiedienstleistungsniveaus (wie 300 Lumen Beleuchtung pro Haushalt) zu bestimmen, könnten wir maximale Energiedienstleistungsniveaus definieren (z. B. 2.000 Lumen pro Haushalt). Diese Energiedienstleistungsniveaus könnten zur Berechnung von maximalen Energieverbrauchswerten pro Kopf oder pro Haushalt zusammengefasst werden. Jedoch würden sie nur in bestimmten regionalen oder kulturellen Zusammenhängen wie Ländern, Städten oder Stadtbezirken gelten – und nicht universell für alle. Ebenso könnten wir die Grundbedürfnisse definieren und die Energie errechnen, die zu deren Erfüllung in einem bestimmten Zusammenhang erforderlich ist.

Der Fokus auf Energiedienstleistungen oder Grundbedürfnisse weist jedoch auch ein Grundsatzproblem auf. Wenn die Waren und Dienstleistungen, die für ein menschenwürdiges Leben jenseits von Armut nicht universell geltend angesehen werden, sondern vielmehr von den herrschenden Standards und Gebräuchen der jeweiligen Gesellschaft abhängig sind, wird klar, dass sich derartige Standards mit der Zeit ändern, da Technologie und Lebensgewohnheiten sich ändern. [11] Veränderungen, die im Laufe der Zeit eintreten, insbesondere seit dem 20. Jahrhundert, zeigen ein rapides Wachstum in den Gängigkeiten und Standards, die zu einem steigenden Energieverbrauch führen. Die ‚Bedarfsdecker‘ fordern immer mehr Energie, weshalb die Erfüllung der Grundbedürfnisse ähnlich problematisch geworden ist wie die Erfüllung der ‚Wünsche‘.

Durchschnittlicher Pro-Kopf-Energieverbrauch pro Jahr in kgoe (kg der Ölequivalenz)

Studien zur Energiearmut in Industrieländern haben gezeigt, dass die erforderlichen Mindestenergiewerte zur Erfüllung der Grundbedürfnisse beharrlich steigen. ¹¹²⁰²¹ Was heute ausreicht, wird mit hoher Wahrscheinlichkeit morgen nicht mehr ausreichen. Verschiedene Konsumgüter, die es beispielsweise in den 1980er Jahren noch nicht gab, wie Mobiltelefone, PCs und Internetzugang, wurden 2012 von 40 bis 41 % der Bevölkerung Großbritanniens als absolute Notwendigkeiten bezeichnet. ²⁰

In der industriellen Welt von heute leben selbst die energiearmen Menschen über den Tragfähigkeitswerten des Planeten.

Andere Techniken, die heutzutage als Mindestanforderungen eingestuft werden, haben sich ähnlich entwickelt. Die Zentralheizung und die tägliche heiße Dusche z. B. sind nur einige Jahrzehnte weit verbreitet, aber werden heute von der Mehrzahl der Bewohner industrialisierter Länder als unverzichtbares Bedürfnis angesehen. ²²

In der industriellen Welt von heute leben sogar die energiearmen Menschen über den Tragfähigkeitswerten des Planeten. Wenn z. B. die gesamte Bevölkerung Großbritanniens mit einem minimalen Energiebudget leben würde, das gemeinsam mit Bevölkerungsvertretern in Workshops erarbeitet wurde, ergäbe dies eine Senkung der (verbrauchsbedingten) Emissionen pro Kopf von 11,8 auf lediglich 7,3 Tonnen pro Person. Demgegenüber setzt das UN-Entwicklungsprogramm zwecks Begrenzung des Anstiegs der weltweiten Durchschnittstemperaturen diesen Wert auf zwei Tonnen CO2-Ausstoß pro Person pro Jahr. ¹⁴ Kurz gesagt, ist die Untergrenze dreimal so hoch wie die Obergrenze.

Die Hinterfragung der Bedürfnisse und Wünsche

„Indem wir ‚Bedürfnisse‘ mit dem gleichsetzen, was wir als ‚normal‘ ansehen“, schreiben britische Wissenschaftler zu Energiearmut, „unterstützen wir aktiv die Eskalation der Bedürfniserwartungen, die im Widerspruch zu verschiedenen Zielen wie die Reduzierung des Energiebedarfs stehen … Zur Bedarfssenkung müssen wir eingefleischte Normen hinterfragen, statt sie zu akzeptieren.“ ¹¹ Mit anderen Worten können wir Energiearmut und Energiedekadenz nur beseitigen, wenn wir einen Weg finden, die menschlische Bedürfnisbefriedigung von den energieintensiven ‚Bedarfsdeckern‘ zu entkoppeln. ²¹

Ein Ansatz wäre die Steigerung der Energieeffizienz. In einer 1985 veröffentlichten Arbeit Basic needs and much more with one kilowatt per capita (Grundbedürfnisse und vieles mehr mit 1 Kilowatt pro Kopf) argumentieren die Verfasser, dass die erforderliche Energie zur Vermeidung von Energiearmut dank immer höherer Energieeffizienz fallen wird – von 750 kgoe pro Kopf pro Jahr 1985 auf nur 570 kgoe 2030. ²³

Das ist jedoch nicht der Fall, da Effizienzgewinne dauerhaft von Lebensweisen mit höherem Energiebedarf ersetzt werden. Sollte sich dieser Trend jedoch aufhalten oder gar umkehren lassen, würden wir dank der Fortschritte in der Energieeffizienz unser Leben mit immer geringerem Energieanspruch bestreiten können. Für 300 Lumen beispielweise, das von Practical Action empfohlene Mindestmaß an Beleuchtung, braucht eine LED-Lampe sechsmal weniger Strom als eine Glühbirne.

Foto: [Huang Qinjun](http://huangqingjun.com/)

Noch wichtiger ist jedoch, dass Grundbedürfnisse auf unterschiedliche Weisen erfüllt werden können, und die Notwendigkeit einiger Energiedienstleistungen relativiert hinterfragt werden könnte und sollte. Dieser Ansatz lässt sich als ‚Suffizienz‘ bezeichnen. Energiedienstleistungen könnten reduziert (kleinere Fernseher oder leichtere und langsamere Autos, oder weniger Fernsehen und weniger Autofahrten) oder ersetzt werden durch solche mit einem geringen Energieanspruch (Fahrrad statt Auto, frische statt tiefgefrorene Lebensmittel, Brettspiele statt Fernsehen).

Diese Substitution kann auch kommunale Dienstleistungen beinhalten. Prinzipiell bringen öffentliche Angebote Größenvorteile mit sich und können somit die Energiemenge reduzieren, die benötigt wird, um vielen Haushalten die gleichen Dienstleistungen zu liefern: öffentlicher Nahverkehr, öffentliche Bäder, Gemeinschaftsküchen, Waschzentren, Büchereien, Internetcafés, öffentliche Telefonzellen und Lieferdienste sind nur einige Beispiele. ²⁴ ²⁵

Durch die Kombination von Suffizienz- und Effizienzmaßnahmen ließe sich der durchschnittliche Stromverbrauch eines 2-Personen-Haushalts, laut Berechnung deutscher Wissenschaftler, ohne drastische Veränderungen der Lebensweise, wie die Wäsche nur per Hand zu erledigen oder Stromerzeugung über Trainingsgeräte, um 75 % senken.²⁵ Obwohl dies nur einen Teil des gesamten Energiebedarfs erfasst, führt eine reduzierte Stromnutzung in Privathaushalten zu reduziertem Energieverbrauch in der Fertigung und im Verkehrswesen.

Wenn wir davon ausgehen, dass ähnliche Reduzierungen in anderen Bereichen möglich sind, kämen die hier behandelten deutschen Haushalte mit circa 800 kgoe pro Kopf pro Jahr aus, ein Viertel des durchschnittlichen Pro-Kopf-Energieverbrauchs in Europa. Das führt zu dem Schluss, dass ein modernes Leben durchaus mit niedrigerem Energieverbrauch vereinbar ist. Allerdings setzt das voraus, dass eine 75-prozentige Reduzierung des Energieverbrauchs ausreicht, um die Tragfähigkeit des Planeten nicht zu belasten.

Vielen Dank auch an Angela Schult und das Team von global syntax für die Übersetzung. Zum ersten Mal auf Deutsch erschienen auf Buzz. People power.

Die Förderung von erneuerbaren Energiequellen kann aus zweierlei Gründen die Kohlendioxidemissionen nicht im Alleingang reduzieren. Zunächst steigt der Energiebedarf schneller als der Anteil erneuerbarer Energie, d. h. Solar- und Windkraftanlagen ersetzen nicht fossile Brennstoffe, sondern bedienen einen Teil der wachsenden Nachfrage nach Energie. Zweitens sind erneuerbare Energiesysteme in ihrer Herstellung stark von fossilen Brennstoffen abhängig, insbesondere wenn wir dabei auf eine Infrastruktur vertrauen, die mit ihrem Angebot jederzeit die Nachfrage füllen möchte. Energieeffizienz führt ebenso wenig zum Ziel, da Fortschritte in der Effizienz häufig neue und noch energieanspruchsvollere Produkte und Services nach sich ziehen, und da nicht nachhaltige Praktiken sich durch Energieeffizienz verhärten. ↩︎
Chatterton, Tim, et al. „Energy justice? A spatial analysis of variations in household direct energy consumption in the UK.“ (Gleichberechtigte Energie? Eine räumliche Analyse von Abweichungen im direkten Energieverbrauch von Privathaushalten in Großbritannien) ECEEE, 2015. ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
Energieverbrauch (Kilogramm der Erdöläquivalenz pro Kopf), 1960-2014. Weltbank. ↩︎
Energieverbrauch, Eurostat, 2017. ↩︎
Piketty, Thomas. „Carbon and inequality: from Kyoto to Paris.“ Trends in the Global Inequality of Carbon Emissions (1998-2013) and Prospects for An Equitable Adaptation Fund. (Kohlenstoff und Ungleichheit: von Kyoto bis Paris. Trends in globalen Unterschieden der CO2-Emissionen (1998 – 2013) und Aussichten auf einen gleichberechtigten Anpassungsfonds.) Paris: Paris School of Economics (2015). ↩︎
Poor people’s energy outlook 2010, Practical Action. (Energieprognose 2010 für die Armen, Practical Action). Neuere Versionen finden Sie unter: https://policy.practicalaction.org/policy-themes/energy/poor-peoples-energy-outlook. ↩︎
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Thomson, Harriet, Stefan Bouzarovski, und Carolyn Snell. „Rethinking the measurement of energy poverty in Europe: A critical analysis of indicators and data.“ (Neukonzeptionierung der Erfassung von Energiearmut in Europa: Eine kritische Analyse der Anzeichen und Daten.) Innenräume und bebaute Umwelt (2017): 1420326X17699260. ↩︎ ↩︎
Verfasserteam und Claire Baffert. „Energy poverty and vulnerable consumers in the energy sector across the EU: analysis of policies and measures.“ (Energiearmut und von Armut bedrohte Verbraucher im EU-weiten Energiesektor: Analyse der Richtlinien und Maßnahmen.) Richtlinie 2 (2015). ↩︎
Steinberger, Julia K. und J. Timmons Roberts. „From constraint to sufficiency: The decoupling of energy and carbon from human needs, 1975–2005.“ (Von Restriktionen bis Suffizienz: Die Entkopplung von Energie und CO2 von menschlichen Bedürfnissen, 1975 – 2005.) Ecological Economics 70.2 (2010): 425-433. ↩︎ ↩︎ ↩︎
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Mattioli, Giulio. „Transport needs in a climate-constrained world. A novel framework to reconcile social and environmental sustainability in transport.“ (Transportansprüche in einer klimabelasteten Welt. Eine ganz neue Methode zur Angleichung sozialer und umweltfreundlicher Nachhaltigkeit im Verkehrswesen.) Energy Research & Social Science 18 (2016): 118-128. ↩︎ ↩︎
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Thomas, Stefan, et al. Energy sufficiency policy: an evolution of energy efficiency policy or radically new approaches? (Energiesuffizienzvorschriften: Evolution der Energieeffizienzgesetze oder radikal neuer Ansatz?). Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie, 2015. ↩︎
Brischke, Lars-Arvid, et al. Energy sufficiency in private households enabled by adequate appliances. (Energiesuffizienz in Privathaushalten durch adäquate Haushaltsgeräte.) Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie, 2015. ↩︎ ↩︎