TNr. 12: Wirtschaftlichkeit von Thermosolar- und Photovoltaikanlagen auf staatlichen Gebäuden

Von 2011 bis 2013 hat der ORH gemeinsam mit dem Staatlichen Rechnungsprüfungsamt Würzburg 200 von insgesamt 282 Anlagen zur regenerativen Energiegewinnung im Bereich der Universitäten, Bau-, Finanz- und Vermessungsverwaltung, der Justiz sowie der Polizei auf ihre Funktionsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit hin untersucht.

12.1 Ausgangslage

Vor dem Hintergrund der knapper werdenden fossilen Energieträger können die regenerativen Energieträger speziell die Sonnenenergie künftig einen wichtigen Beitrag zur Energieversorgung und zum Klimaschutz leisten. Der Landtag hat bereits 1995 beschlossen, erneuerbare Energien einzusetzen, auch wenn sie noch nicht voll konkurrenzfähig sind.[1] Dies geschah im Hinblick auf die Vorbild- und Schaufensterfunktion des Staates bei Sanierungen und Neubauten öffentlicher Gebäude.

Für den Einsatz erneuerbarer Energien sieht inzwischen das Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz(EEWärmeG) des Bundes seit 2011 einen Mindestanteil bei Neubauten und grundlegend renovierten Gebäuden vor. Der Bauherr kann dabei zwischen verschiedenen Maßnahmen wählen (z. B. Geothermie, Abwärmenutzung, Biomasse, Solarthermie). Das Gesetz lässt alternativ Energieeinsparmaßnahmen zu, etwa Wärmerückgewinnungsmaßnahmen, Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen, Fernwärmeversorgung und die Unterschreitung der Anforderungen der Energieeinsparverordnung (EnEV) um mehr als 15%.

Für das staatliche Handeln gelten außerdem stets die Grundsätze der Wirtschaftlichkeit und Sparsamkeit gem.Art. 7 BayHO. Deshalb ist von den im EEWärmeG vorgesehenen Varianten stets die wirtschaftlichste zu wählen.

12.2 Thermosolaranlagen

Der Staat betreibt 116 Thermosolaranlagen mit einer Kollektorfläche von 5.000 m²;[2] davon untersuchte der ORH 91 Anlagen mit einer Kollektorfläche von 3.200 m². Sie wurden zwischen 1994 und 2011 errichtet. Die Herstellungskosten inklusive Baunebenkosten betrugen 4,12 Mio. €.

Diese Anlagen werden zur Brauchwassererwärmung bzw. zur Gebäudeheizung allein oder kombiniert eingesetzt. Außerdem werden Solaranlagen zur Erzeugung von Prozesswärme verwendet. Beispiele hierfür sind die Trocknung landwirtschaftlicher Erzeugnisse[3] oder die Erwärmung von Wasser für Laborzwecke.

12.2.1 Mängel an Thermosolaranlagen

Von 91 untersuchten Anlagen waren 18 Anlagen (≙ 20%) zum Zeitpunkt der örtlichen Erhebungen nicht funktionsfähig.

Der effiziente Betrieb funktionsfähiger Solaranlagen lässt sich nur mit Wärmemengenzählern überprüfen. Die regelmäßige Kontrolle der durch die Solaranlagen erzeugten Energiegewinne gehört zu einer ordnungsgemäßen Betriebsführung und Betriebsüberwachung. Nur so lassen sich Fehler oder ein notwendiger Optimierungsbedarf feststellen. Bei 34 von 91 untersuchten Anlagen waren Wärmemengenzähler zur Messung der gewonnenen Energie installiert.

Der ORH hat durch Simulationsberechnungen den jeweils möglichen Solarertrag für die einzelnen Anlagen ermittelt. Der bei den 34 Anlagen von den Wärmemengenzählern seit der Inbetriebnahme summierte Solarertrag erreichte lediglich 19% des rechnerisch möglichen Solarertrags.

Bei den untersuchten Objekten hat der ORH eine Vielzahl von Mängeln bei Planung, Errichtung und Betrieb festgestellt:

• Zu hoch kalkulierter Warmwasserbedarf verursacht vermeidbare Investitionskosten und zu hohe Betriebskosten.
• Fehlerhafte Aufstellung bzw. Ausrichtung der Kollektoren führt zu einem zu geringen Solarertrag.
• Fehlende Trägerflüssigkeit verhindert den Wärmetransport von den Kollektoren zu den Warmwasserspeichern.
• Durch fehlerhaften Aufbau der Kollektorkreise entstehen Schäden an den Kollektoren bzw. an den Rohrleitungen.
• Durch nicht bedarfsgerechte Steuerung kann der Ertrag aus der Solarenergie nicht genutzt werden.
• Überdimensionierte Warmwasserspeicher müssen zusätzlich mit konventioneller Energie beheizt werden.
• Wegen mangelhafter Betreuung der Anlagen werden zu geringe Solarerträge oder Funktionsstörungen nicht erkannt.

12.2.2 Wärmegestehungskosten und Wirtschaftlichkeit

Die Wärmegestehungskosten bezeichnen das Verhältnis der kapitalisierten Gesamtkosten bezogen auf die während der Nutzungsdauer abgerufene Wärmeenergie.

Die durchschnittlichen Wärmegestehungskosten liegen bei fossilen Brennstoffen in staatlichen Gebäuden derzeit bei 7 Ct/kWh.[4] Bei einer korrekt ausgeführten Thermosolaranlage sind Wärmegestehungskosten von 12 Ct/kWh erreichbar.[5]

Bei den untersuchten staatlichen Anlagen hat der ORH aufgrund der nachgewiesenen solaren Erträge Wärmegestehungskosten von 70 Ct/kWh ermittelt. Die thermosolare Energie ist somit bei diesen Anlagen zehnmal teurer als konventionelle.

Die Wirtschaftlichkeit konnte bei staatlichen thermosolaren Anlagen nicht festgestellt werden. In Verwaltungsgebäuden ist sie wegen des geringen Verbrauchs an Warmwasser auch bei korrekter Auslegung in der Regel nicht zu erreichen.

12.3 Photovoltaikanlagen

Der Staat betreibt 166 Photovoltaikanlagen mit einer Solarzellenfläche von 14.700 m² und einer angegebenen[6] summierten Leistung von 1.609 kWp.

Der ORH untersuchte 109 dieser von 1994 bis 2011 errichteten Anlagen. Sie haben eine Solarzellenfläche von 10.040 m² und eine Leistung von 1.178 kWp. Die hierfür angefallenen Herstellungskosten inklusive Baunebenkosten betrugen nach Erhebungen des ORH 11,5 Mio. €, dies entspricht spezifischen Kosten von
9.767 €/kWp.

Mit den untersuchten Photovoltaikanlagen wird eine jährliche Strommenge von 833.000 kWh erzeugt.[7] 70% der erzeugten Strommenge werden in das allgemeine Stromnetz eingespeist und separat vergütet, 30% werden für den Eigenverbrauch genutzt.

12.3.1 Kosten von Photovoltaikanlagen

Die durchschnittlichen spezifischen Herstellungskosten von Photovoltaikanlagen gingen in den zurückliegenden Jahren kontinuierlich zurück. Sie betrugen 4.600 €/kWp im Jahr 2006 und nur noch 2.400 €/kWp im Jahr 2011.[8]

Betrachtet man allein das Jahr 2011, kosteten die staatlichen Photovoltaikanlagen mit durchschnittlich
6.000 €/kWp mehr als doppelt so viel wie allgemein üblich. Die Gründe hierfür sind insbesondere Sonderausführungen, teure Unterkonstruktionen auf Flachdächern, die Einbindung in Blitzschutzanlagen, die öffentliche Visualisierung des Anlagenertrags und zusätzliche Nebenkosten für Planung und Bauleitung. Anlagen, die spezielle Formen der Photovoltaikzellen aufweisen, sind mit bis zu 38.000 €/kWp besonders teuer.

12.3.2 Sonderausführungen

Bei sieben Anlagen sind die Photovoltaikelemente aus architektonischen Gründen senkrecht oder waagrecht angebracht. Durch diese Anordnung wird ein bis zu 30% geringerer solarer Ertrag erwirtschaftet als bei Modulen mit einer Neigung von 35 Grad.

Acht Photovoltaikanlagen weisen in die Gebäudeaußenflächen integrierte Module in Sonderausführung auf. Die Module ersetzen hier normale Verglasungen in der Dachhaut oder in Fensterflächen. Sie sind daher als Isolierverglasung ausgeführt und erhitzen sich bei Einstrahlung im Sommer umso stärker, was zu einem niedrigeren Wirkungsgrad, zu einer reduzierten Nutzungsdauer und im Extremfall sogar zu Schäden wie Trübung oder Ausfall der Photozelle führt.

Bei weiteren zwei Anlagen dienen die Module primär als Sonnenschutz, die Funktion der Stromerzeugung ist dabei sekundär.

Sonderausführungen führen zu höheren Investitionskosten, geringerem Ertrag, größerem Ausfallrisiko und höheren Instandsetzungskosten.

12.3.3 Stromgestehungskosten und Wirtschaftlichkeit

Die Stromgestehungskosten einer Photovoltaikanlage bezeichnen das Verhältnis der kapitalisierten Gesamtkosten bezogen auf die während der Nutzungsdauer produzierte Strommenge. Im Zeitraum 2006 bis 2011 fielen die Stromgestehungskosten von 60 Ct/kWh auf 29 Ct/kWh brutto.[9] Damit haben sie die mittleren Strombezugskosten[10] beim Freistaat in Höhe von 25 Ct/kWh im Jahr 2010 nahezu erreicht.

Sobald die Stromgestehungskosten die mittleren Strombezugskosten erreichen (Grid Parity),[11] wird die Erzeugung elektrischen Stroms mittels Photovoltaikanlagen wirtschaftlicher als der Bezug des Stroms aus dem öffentlichen Netz. Nach den Ausführungen der Bauverwaltung ist dies 2013 erreicht worden.

Ein Maß für die Wirtschaftlichkeit ist die Amortisationszeit, die benötigt wird, bis die Herstellungskosten der Photovoltaikanlage wieder erwirtschaftet worden sind. Von den 109 untersuchten Anlagen konnte bei 28 Anlagen aufgrund fehlender Daten die Amortisationszeit nicht berechnet werden.

44 Anlagen (≙ 40%) erreichen während ihrer zu erwartenden Nutzungsdauer keine wirtschaftliche Amortisation. 37 Photovoltaikanlagen (≙ 33%) lassen eine wirtschaftliche Amortisation erwarten. Zu berücksichtigen ist dabei, dass ein Teil der untersuchten Anlagen zu einer Zeit errichtet wurde, in der die Wirtschaftlichkeit noch nicht erreichbar war.

Mit Einführung der Einspeisungsvergütung gemäß Gesetz für den Vorrang Erneuerbarer Energien in 2004 können die Anlagen wirtschaftlicher betrieben werden. Unter den heutigen Bedingungen (Stichwort "Grid Parity") wird die wirtschaftliche Amortisation von Photovoltaikanlagen erreicht.

Das nachfolgende Diagramm zeigt die 81 Anlagen, deren Amortisationszeiten berechnet werden konnten.[12]

12.4 Empfehlungen des ORH

12.4.1 Thermosolaranlagen

Aufgrund der Vielzahl der vorgefundenen Mängel regt der ORH an, bestehende Thermosolaranlagen zu optimieren und regelmäßig durch Sachkundige auf ihre ordnungsgemäße Funktion hin überprüfen zu lassen. Weiterhin hält der ORH insbesondere bei leistungsstärkeren Anlagen den Einbau von Wärmemengenzählern für unverzichtbar.

Auf neue Thermosolaranlagen sollte der Staat bei fehlender Wirtschaftlichkeit verzichten und stattdessen andere Möglichkeiten des Einsatzes erneuerbarer Energien prüfen. Sollte in besonderen Fällen die Errichtung neuer Thermosolaranlagen erwogen werden, sind Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen unter Annahme von realistischen Kriterien wie Nutzungsdauer, Verteuerung der Energie usw. sowie genaue Ertragsprognosen durchzuführen.

12.4.2 Photovoltaikanlagen

Bei der Planung von Photovoltaikanlagen sind unter möglichst realistischen Annahmen der maßgeblichen Parameter (geografische Lage, Ausrichtung, Beschattung usw.) einzelfallbezogene Wirtschaftlichkeitsberechnungen zu erstellen. Es sollten zukünftig nur solche Anlagen verwirklicht werden, deren wirtschaftliche Amortisationszeit unter der erwarteten Nutzungsdauer von 20 Jahren liegt.

Hierzu sind optimale Aufstellbedingungen unerlässlich. Grundsätzlich sollten Standardmodule Verwendung finden. Auf Sonderlösungen, wie in Fenstern oder Dachverglasungen integrierte Module oder Photovoltaikanlagen als Sonnenschutz, sollte verzichtet werden.

12.5 Stellungnahme der Verwaltung

12.5.1 Thermosolaranlagen

Für die OBB sei die große Anzahl schlecht gewarteter solarthermischer Anlagen, falscher Nutzungsprognosen sowie anlagentechnischer Unzulänglichkeiten überraschend.

Die Nachrüstung fehlender Wärmemengenzähler sei bereits in die Wege geleitet. Fehlfunktionen und zu geringe Solarerträge der Thermosolaranlagen ließen auf eine mangelnde Wartung der Anlagen schließen, für die der Nutzer verantwortlich sei. Der Bauverwaltung obliege zwar grundsätzlich die Betriebsüberwachung nach RLBau,[13] aber sie nehme diese hauptsächlich durch die Beratung von Nutzern, Vorbereitung von Wartungsverträgen sowie durch elektronisches Energiemanagement wahr.

Ergänzend teilt die OBB mit, sie habe die Bauämter inzwischen um Überprüfung sämtlicher solarthermischer Anlagen gebeten. Den Rückmeldungen zufolge befänden sich die Anlagen wieder in einem betriebsbereiten Zustand. Außerdem seien die Grundbesitz bewirtschaftenden Dienststellen nochmals nachdrücklich auf ihre Betriebs- und Wartungspflichten hingewiesen worden.

Die vom ORH ermittelten Wärmegestehungskosten seien mit 70 Ct/kWh deshalb so hoch ausgefallen, weil der ORH die festgestellten Mängel als persistent, also als während des größten Teils der Lebensdauer vorhanden, angenommen habe. Weiterhin seien 60% der in staatlichen Liegenschaften installierten Kollektorflächen mindestens 14 Jahre und knapp 75% der installierten Kollektorflächen mindestens 10 Jahre alt. Der ORH habe somit vorwiegend ältere Anlagen mit erhöhter Störanfälligkeit betrachtet.

Die Verwaltung stimme der Feststellung des ORH aber generell zu, dass auch bei funktionierenden solarthermischen Anlagen eine Wirtschaftlichkeit nach reinen Kostengesichtspunkten immer noch nicht zu erreichen sei.

12.5.2 Photovoltaikanlagen

Die Erzeugung des elektrischen Stroms mittels Photovoltaikanlagen sei grundsätzlich wirtschaftlicher als der Strombezug aus dem öffentlichen Netz, da die Grid Parity 2013 erreicht worden sei. Neue Photovoltaikanlagen würden deshalb so konzipiert, dass die damit produzierte Strommenge vollständig selbst verbraucht werde.

Im Übrigen dürften bei speziellen Formen von Photovoltaikanlagen mit hohen spezifischen Kosten, also z. B. solchen mit fassadenintegrierten oder als Sonnenschutz dienenden Photozellen, die Beschaffungskosten nicht alleine bewertet werden. Vielmehr müsse eine Gesamtbetrachtung erfolgen, bei der auch die eingesparten Aufwendungen für die Fassadenverkleidung oder den Sonnenschutz berücksichtigt würden.

Grundsätzlich werde die Verwaltung bei zukünftigen Projekten die Erfahrungen mit den bereits realisierten Anlagen (in Sonderbauform) und die Anregungen des ORH berücksichtigen.

12.5.3 Vollzug des Landtagsbeschlusses

Der zukunftsweisende Landtagsbeschluss vom 11.10.1995[14] gebe die Gegebenheiten der regenerativen Energien, insbesondere im Hinblick auf die Energiewende und die Vorbildfunktion des Staates, noch immer gut wieder. Er solle daher unverändert bestehen bleiben.

12.6 Abschließende Bemerkung des ORH

Die von der Verwaltung genannten Zahlen zum Alter der Thermosolaranlagen stimmen mit den bei der Prüfung des ORH vorliegenden und nachgerechneten Daten nicht überein. Diesen zufolge waren nur 42% der untersuchten Kollektorflächen älter als 10 Jahre. Unabhängig von altersbedingten Verschleißerscheinungen und damit verbundenen Ertragsminderungen müssen die Anforderungen an Funktion und wirtschaftlichen Betrieb während der gesamten angenommenen Nutzungsdauer von 20 Jahren erfüllt werden. Die errechneten Wärmegestehungskosten von 70 Ct/kWh basieren auf der Summe der bei den 34 messbaren Anlagen seit Inbetriebnahme aufgezeichneten Wärmemengen. Selbst wenn ab heute alle untersuchten staatlichen Anlagen einwandfrei arbeiten würden, wäre eine Wirtschaftlichkeit nicht zu erreichen.

Der ORH stimmt daher mit der Verwaltung überein, dass Thermosolaranlagen bei staatlichen Gebäuden insbesondere wegen des geringen Warmwasserverbrauchs im Regelfall unwirtschaftlich sind.

Das EEWärmeG sieht einen Mindestanteil für den Einsatz erneuerbarer Energien bei Neubauten und grundlegend renovierten Gebäuden vor. Es lässt dem Bauherrn dabei Raum für eine Vielzahl unterschiedlicher Maßnahmen. Bei der Auswahl hat der Staat nach den haushaltsrechtlichen Bestimmungen den Grundsatz der Wirtschaftlichkeit zu beachten.

Photovoltaikanlagen lassen bei entsprechender Planung und Ausführung grundsätzlich eine Wirtschaftlichkeit erwarten. Dies gilt nicht bei Sonderkonstruktionen. Bei den untersuchten Photovoltaikanlagen an Fassaden oder Sonnenschutzeinrichtungen konnte der ORH auch bei Gegenrechnung der eingesparten Kosten der Fassade oder des Sonnenschutzes keine Wirtschaftlichkeit feststellen.

Nachdem heute beim Einsatz erneuerbarer Energien eine Vielzahl an Möglichkeiten zur Verfügung steht, regt der ORH an, den Landtagsbeschluss vom 11.10.1995[15] so fortzuschreiben, dass künftig beim Einsatz regenerativer Energien das Gebot der Wirtschaftlichkeit gem. Art. 7 BayHO zu beachten ist.

 

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[1] Beschluss des Landtags zur Umsetzung energiepolitischer Ziele, LT-Drucksache 13/2835 vom 11.10.1995.
[2] Zahlenangaben gemäß einer Aufstellung der Staatsbauverwaltung vom April 2013.
[3] Die Landesanstalt für Landwirtschaft betreibt z.B. am Standort Weihenstephan mehrere Anlagen zur Trocknung von Futtermitteln, Getreide usw.
[4] OBB: 6. Energiebericht der Bayerischen Staatlichen Hochbauverwaltung, 2011 S. 6, unter Berück­sichtigung eines Zuschlages für die zwischenzeitlich erfolgte Verteuerung.
[5] Eigene Berechnung des ORH mit folgenden Annahmen: spezifische Anlagenkosten 1.000 €/m² Kollektorfläche, jährlicher Solarertrag 450 kWh/m² Kollektorfläche, Nutzungsdauer 20 Jahre, spezi­fische Betriebskosten 6 €/m²Kollektorfläche, ohne Kapitalkosten.
[6] Zahlenangaben gemäß einer Aufstellung der Staatsbauverwaltung vom April 2013.
[7] Ohne Anlagen für Lehr- und Forschungszwecke.
[8] Bundesverband Solarwirtschaft: Statistische Zahlen der deutschen Solarstrombranche (Photovoltaik), gemittelte Werte S. 4.
[9] Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE: Aktuelle Fakten zur Photovoltaik in Deutsch­land, 2012.
[10] OBB: 6. Energiebericht der Bayerischen Staatlichen Hochbauverwaltung, 2011, S. 7.
[11] "Grid Parity“: Zustand gleicher Kosten ("Parity“) für selbst erzeugten Strom bzw. für Strom aus dem Versorgungsnetz ("Grid“).
[12] Zwei Anlagen, deren Amortisationszeit mehr als 140 Jahre beträgt, sind nicht dargestellt, um die Erkennbarkeit der restlichen Datenpunkte zu verbessern.
[13] Gemeinsame Bekanntmachung des Staatsministeriums des Innern und des Staatsministeriums der Finanzen, Richtlinien für die Durchführung von Hochbauaufgaben vom 25.05.2011 (AllMBl 2011, 309).
[14] LT-Drucksache 13/2835.
[15] LT-Drucksache 13/2835 . 

 

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