AFRIKA: Solarenergie zur Bewältigung der Herausforderungen der Elektrifizierung und Energiewende

Von Jean Marie Takouleu – Veröffentlicht am 1. Juni 2023 / Geändert am 1. Juni 2023

Nach Angaben der Afrikanischen Entwicklungsbank (AfDB) haben 600 Millionen Afrikaner immer noch keinen Zugang zu Elektrizität. Eine naheliegende Lösung besteht darin, das Potenzial des Kontinents für photovoltaische Solarenergie zu nutzen. Die Internationale Agentur für Erneuerbare Energien (IRENA) schätzt das Solarenergiepotenzial des afrikanischen Kontinents auf 60 Millionen TWh pro Jahr, verglichen mit 3 Millionen TWh pro Jahr beispielsweise für Europa. Die Länder im nördlichen und südlichen Afrika sind die am stärksten begünstigten Länder des Kontinents. Auch in Ostafrika, am Horn von Afrika und in der Sahelzone gibt es erhebliches Solarpotenzial. Zentralafrika hingegen verfügt aufgrund seines äquatorialen Klimas und der von Wäldern dominierten Ökosysteme, die das Eindringen der Sonnenstrahlen verringern, über ein geringeres Solarpotenzial.

Während das Potenzial des afrikanischen Kontinents noch weitgehend unzureichend ausgeschöpft wird, werden viele Anstrengungen unternommen, um den Einsatz von Solarenergie-Produktionsanlagen in Afrika zu erleichtern und zu beschleunigen. Dank einer Politik, die Investitionen unabhängiger Stromerzeuger (IPPs) begünstigt, hat beispielsweise Südafrika laut Power Africa eine Solarkapazität von 2.323 MWp installiert. Da die Betriebskosten der Solarenergie allmählich sinken, schätzt Irena, dass Afrika bis 2030 eine installierte Solarkapazität von 70 GW erwerben könnte, vorausgesetzt, es werden politische Maßnahmen ergriffen, die Investitionen in erneuerbare Energien begünstigen. Nach Angaben des Analyseunternehmens Rystad Energy verfügt der Kontinent derzeit über eine installierte Solarkapazität von 12 GW. Diese Kapazität wurde durch eine Vielzahl von Lösungen entwickelt.

Zu den in Afrika eingesetzten Solarenergieerzeugungstechnologien gehört die thermodynamische Solarenergie. In einem konzentrierten Solarkraftwerk (CSP) fangen Spiegel die Sonnenstrahlen ein und erzeugen so sehr hohe Temperaturen zwischen 400 und 1.000 °C. Die dabei entstehende Wärme wird genutzt, um in einem Kessel Wasser in Dampf umzuwandeln. Unter Druck treibt der Dampf eine Turbine an, die einen Generator antreibt. Es ist dieses Gerät, das Wechselstrom erzeugt.

Es gibt weltweit drei Arten von thermodynamischen Solarkraftwerken. In einer zylindrischen Kollektoranlage drehen sich lange Spiegel um eine horizontale Achse, um dem Lauf der Sonne zu folgen. Die Strahlen werden auf ein Rohr konzentriert, durch das die Flüssigkeit zirkuliert, die die Wärme zur Pflanze transportiert. Bei der Parabolrinnentechnik werden die Sonnenstrahlen auf den Brennpunkt verstellbarer Parabolrinnen mit Minikraftwerken konzentriert. Im Turmkraftwerk reflektiert ein Feld aus verstellbaren Spiegeln am Boden die Sonnenstrahlen auf einen Kessel an der Spitze eines Turms.

In Südafrika hat das thermodynamische Solarkraftwerk Bokpoort eine Kapazität von 50 MWe ©Acwa Power

Aufgrund der mit der Installation dieser Technologien verbundenen Kosten werden derzeit in Afrika nur sehr wenige konzentrierte Solarenergieprojekte umgesetzt. Bestehende oder im Bau befindliche Anlagen befinden sich hauptsächlich in Südafrika und Marokko. In Nelson Mandelas Heimat betreibt das französische IPP Engie die Kraftwerke Xina Solar One und Kathu mit einer Leistung von jeweils 100 MW. Das saudi-arabische IPP Acwa Power betreibt das 50 MWe Bokpoort CSP. Im Cherifian-Königreich hat das saudische Unternehmen im Rahmen des 580-MW-Solarkomplexes Noor Ouarzazate mehrere Anlagen dieser Art gebaut.

Photovoltaik-Kraftwerke sind die am weitesten verbreitete Kraftwerksart mit mehreren Solarpaneelen. Bei einer solchen Anlage fangen die Solarpaneele die Sonnenstrahlen ein. Unter der Einwirkung von Sonnenlicht gibt das in jeder Zelle enthaltene Silizium, ein leitfähiges Material, Elektronen ab, um einen elektrischen Gleichstrom zu erzeugen. Der Wechselrichter wandelt diesen Gleichstrom in Wechselstrom um, sodass er leichter über die Mittelspannungsleitungen des Netzes transportiert werden kann.

Photovoltaik ist die am weitesten entwickelte Technologie in Afrika, von Großkraftwerken mit Netzanschluss bis hin zu Solar-Home-Systemen. Diese Technologie ist das Herzstück von Megaprojekten zur Nutzung der Solarenergie in Afrika. Dies ist beim Benban-Solarkomplex im ägyptischen Gouvernement Assuan der Fall. Dabei handelt es sich um ein Mosaik aus 32 Solarkraftwerken, die vollständig von IPPs finanziert und gebaut werden. Der Komplex wird 2019 mit einer Kapazität von 1.650 MWp in Betrieb gehen.

Auch wenn es bei den marokkanischen Behörden zu Verzögerungen bei der Umsetzung kommt, ist der Solarkomplex Noor Ouarzazate mit einer derzeit installierten Leistung (einschließlich Photovoltaik und CSP) von 580 MW eines der größten Solarprojekte auf dem afrikanischen Kontinent. Das Projekt ist Teil des Plans der marokkanischen Regierung, bis 2030 52 % des im Königreich verbrauchten Stroms aus erneuerbaren Quellen zu erzeugen.

Die Entwicklung der Solarenergie in Afrika wird auch durch dezentrale Systeme vorangetrieben, die in der Regel von privaten Unternehmen finanziert und installiert werden. Diese Lösungen bestehen aus Solar-Home-Systemen. Dieses kleine Stromnetz in der Größe eines Hauses besteht aus einem oder mehreren Solarmodulen, Wechselrichtern und Batterien zur Speicherung des Stroms. Der so gespeicherte saubere Strom wird bei Bedarf nachts oder bei schlechtem Wetter wieder in das heimische Netz eingespeist.

Der Vertrieb dieser Geräte wird durch das Pay-as-you-go-System erleichtert, dessen wichtigste Zahlungsmethode Mobile Money ist, ein mobiler Banking-Dienst, der in ganz Afrika südlich der Sahara, selbst in den entlegensten Gebieten, verfügbar ist. Zunehmend werden Solar-Home-Systeme von anderen Diensten begleitet, darunter Internet und Fernsehen. Diese Ausrüstung hat einen echten Einfluss auf die Elektrifizierung ländlicher Gebiete. Kürzlich berichtete das amerikanische Unternehmen d.light, dass seine Solar-Kits 100 Millionen Menschen auf der ganzen Welt, die meisten davon in Afrika, Zugang zu Elektrizität verschafft hätten. Zusätzlich zu Solar-Home-Systemen bieten einige Unternehmen ergänzende Solar-Kits an, darunter Solarlampen und Laternen.

Ein solarbetriebenes Mininetz in Nigeria © Rural Electrification Agency (REA)

Mininetze tragen auch zur Elektrifizierung ländlicher Gebiete bei. Dabei handelt es sich um kleine Photovoltaik-Solarkraftwerke mit Stromspeichern mittels Batterien oder Hybridsystemen mit Generatoren. Diese Anlagen sind mit kleinen Verteilungsnetzen ausgestattet, die eine Gemeinde oder ein Dorf versorgen können. Später können die Mini-Grids bei Bedarf sogar an das zentrale Netz angeschlossen werden. Doch in der Demokratischen Republik Kongo (DRC) baut das Unternehmen Nuru bereits Mininetze mit über 1 MW auf, um ganze Städte wie Goma, die Hauptstadt der Provinz Nord-Kivu, zu versorgen.

In Nigeria, dem bevölkerungsreichsten Land des Kontinents (mit einer Bevölkerung von mehr als 206 Millionen im Jahr 2020, Anmerkung der Redaktion), setzen die Behörden insbesondere auf Mininetze, um ein ehrgeiziges ländliches Elektrifizierungsprojekt (NEP) umzusetzen, das von der Weltbank und der EU unterstützt wird AfDB. In diesem Zusammenhang fördert die Rural Electrification Agency (REA) den Aufbau von Solar-Mini-Grid-Anbietern durch die Einrichtung eines Systems leistungsbasierter Subventionen (PBG).

Die Dynamik in der Entwicklung der Solarenergie weckt Hoffnungen. Die Internationale Energieagentur (IEA) schätzt, dass die installierte Solarkapazität auf dem afrikanischen Kontinent bis 2030 125 MW erreichen könnte. Doch der Sektor steht vor einer Reihe von Schwierigkeiten, nicht zuletzt einem Mangel an Finanzierung. „Geringe Investitionen sind der Hauptgrund für die Einschränkung des Einsatzes von Solarenergie in Afrika“, erklärt Mohamed Salah El Sobki, Dozent und Forscher für Energie an der Zewail City of Science, Technology and Innovation. Laut diesem ehemaligen Direktor der ägyptischen Regulierungs- und Verbraucherschutzbehörde für Elektrizitätsversorgungsunternehmen (EgyptERA) erfordert die Photovoltaikproduktion massive Investitionen.

In seinem Bericht mit dem Titel „Solarenergie in Afrika: eine glänzende Zukunft“ beleuchtet das Institut Montaigne das Paradoxon der Finanzierung von Solarenergie durch öffentliche Entwicklungshilfe. Laut dieser in Frankreich ansässigen Denkfabrik verzerrt diese Finanzierungsmethode den Wettbewerb und hält private Investoren davon ab, ihre Bemühungen fortzusetzen.

Das Institut Montaigne schlägt vor, diese öffentlichen Mittel für den Aufbau der Netzwerkinfrastruktur, die Reform der investitionsfördernden Regulierungsrahmen und die Einführung von Garantieinstrumenten zur Abdeckung bestimmter Risiken, insbesondere politischer Risiken, bereitzustellen, um mehr privates Kapital anzuziehen. Dies gilt umso mehr, als das Alter und der Mangel an Stromübertragungsinfrastruktur zu den Hindernissen für die Entwicklung der Solarenergie zählen.

Hinzu kommt, dass die Solarenergie durch Kleinprojekte erschlossen wird. Dieser Ansatz scheint zwar besser für die lokale Nachfrage und die Netzkapazität geeignet zu sein, hat aber auch Nachteile, insbesondere wenn es um die Finanzierung geht. Denn „die Projekte sind zu klein, um die unverhältnismäßig hohen Kosten für die Mobilisierung der von den Entwicklungsbanken bereitgestellten und durch die zahllosen Zusagen bei aufeinanderfolgenden COPs ergänzten Instrumente zu tragen. Diese Instrumente müssen dringend überdacht und an Solarprojekte angepasst werden“, argumentiert der Institut Montaigne.

Angesichts dieser Herausforderung starten einige Entwicklungsfinanzierungsinstitutionen eigene Projekte auf regionaler und subregionaler Ebene. Dies ist der Fall bei der International Finance Corporation (IFC) der Weltbankgruppe, die ihr „Scaling Solar“-Programm verlängert. Dieses weltweit umgesetzte Programm ermöglicht die schnelle Installation von Solarkraftwerken durch öffentlich-private Partnerschaften (PPP). Scaling Solar wird derzeit in Senegal, der Elfenbeinküste, Äthiopien, Madagaskar, Sambia und seit Kurzem auch in Niger eingeführt.

Zusätzlich zu ihren Investitionen in Solarkraftwerke in ganz Afrika konzentriert die Afrikanische Entwicklungsbank (AfDB) ihre Bemühungen auf die Sahelzone, die sie mit ihrer „Desert to Power“-Initiative zur größten Solarenergieproduktionszone in Afrika machen will. Das Programm, das jetzt in die Entwicklungsphase eintritt, hat vom Green Climate Fund (GCF) bereits 150 Millionen US-Dollar für seine Anlage „Desert to Power G5 Sahel“ erhalten. Die AfDB strebt eine installierte Solarkapazität von 10.000 MW in der Sahelzone an, was der Stromproduktion eines Landes wie Marokko entspricht, die nach Angaben der National Water and Electricity Company (ONEE) derzeit bei 10.627 MW liegt.

Vor einigen Monaten hat die Westafrikanische Entwicklungsbank (BOAD) das Programm zur Förderung privater Investitionen im Solarenergiesektor (PPIPS) ins Leben gerufen. Ziel ist es, die Solarelektrifizierung innerhalb der Westafrikanischen Wirtschafts- und Währungsunion (WAEMU) zu beschleunigen. Das PPIPS wird Burkina Faso, Benin, Guinea-Bissau, Mali, Niger und Togo abdecken und einen günstigen Rahmen für Investitionen des privaten Sektors in Solarenergie schaffen.

Jean Marie Takouleu