Einleitung

Kaum eine Entdeckung hat die technische Entwicklung der Menschheit so rasant verändert wie die Elektrizität. Da sie nahezu verlustfrei in andere Energieformen umgewandelt werden kann und auch über große Strecken leicht transportabel ist, sind ihre Anwendungsmöglichkeiten als Energie-Überträger nahezu unbegrenzt.

So ist es nicht verwunderlich, dass mit der Nutzbarkeit auch die Nachfrage nach Elektrizität, wie in Abbildung: Entwicklung der Stromerzeugung zu sehen, in den vergangenen 50 Jahren stark zunahm. Bis auf ‘Einschnitte’ durch den 2. Weltkrieg und die beiden Ölkrisen in den Jahren 1973 und 1979 ist die Bruttostromerzeugung kontinuierlich auf mittlerweile im Jahr 2008 gewachsen.

Entwicklung der Stromnachfrage in Deutschland. Datenquelle: cite quaschsys,bmwi

Neben der traditionellen Nutzung der Wasserkraft haben seit den 1990er Jahren auch andere erneuerbare Formen der Stromerzeugung, speziell Windkraft und Photovoltaik, im Elektriziätsmarkt Einzug gehalten. Derzeit noch durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) gefördert, sollen diese Techniken die Stromerzeugung nachhaltig gestalten, um die Abhängigkeit von begrenzten fossilen Energieträgern zu reduzieren. Gleichzeitig wird versucht, wie im Kyoto-Protokoll [Kyoto1997] von 1990 festgehalten, die Menge an Gasemissionen, insbesondere , zu senken.

Die Auswirkung eines höheren Anteils regenerativer Energien wird sehr kontrovers diskutiert. Gerne wird von Kritikern das Argument ins Spiel gebracht, dass aufgrund der hohen Schwankungsbreite von Solar- und Windkraft diese Techniken keine Elektrizitätsversorgung rund um die Uhr gewährleisten können und sie somit keine Alternative zu den herkömmlichen fossilen und nuklearen Kraftwerken seien.

Andererseits kündigte der Bundesverband Erneuerbare Energie (BEE) im Januar dieses Jahres an, bis 2020 mit 47% knapp die Hälfte des Strombedarfs durch erneuerbare Energien decken zu können. Da sich nach Angaben des Verbands die bestehenden Kapazitäten binnen der nächsten zehn Jahre verdreifachen, würden “keine neuen fossilen Kraftwerke benötigt” (Zitat aus [BEE2009]).

In der vorliegenden Arbeit sollen die Zusammenhänge zwischen dem Angebot an Solar- und Windenergie theoretisch, statistisch und mit Hilfe eines Optimierungsmodells näher untersucht werden.

In Kapitel 1 liegt das Hauptaugenmerk auf der theoretischen Beschreibung von Windströmungen in der Atmosphäre. Da auch der jahreszeitliche Verlauf der solaren Einstrahlung prinzipiellen Regelmäßigkeiten unterliegt, spielen speziell Wolkenbewegungen und deren Vorhersage auch für die photovoltaische Stromerzeugung eine entscheidende Rolle.

In Kapitel 2 soll eine kurze Übersicht über die Funktionsprinzipien von Photovoltaik und Windkraftanlagen gegeben werden.

In Kapitel 3 werden zwei meteorologische Datensätze auf Korrelationen zwischen Windgeschwindigkeiten und solarer Einstrahlung in Europa untersucht.

In Kapitel 4 werden mittels eines linearen Optimierungsprogramms die Einflüsse von Wind- und Sonnenenergie anhand eines einfachen Energiemodells für Deutschland dargestellt.

Zu guter Letzt werden in einem kurzen Fazit die Ergebnisse der Untersuchung eines spannenden und hochaktuellen Themas zusammengefasst.

Literaturhinweise:

[Kyoto1997]

Vereinte Nationen: Das Protokoll von Kyoto. 1997, http://www.unfccc.int/resource/docs/convkp/kpger.pdf