Wie Solarenergie, Wind und Wasserkraft funktionieren — und warum Stromnetze um sie herum umgebaut werden

Erneuerbarer Strom wird aus Quellen erzeugt, die sich natürlich erneuern — Sonnenlicht, Wind, fließendes Wasser, unterirdische Wärme und organische Stoffe — anstelle von Brennstoffen, die verbrannt und aufgebraucht werden. Nach Angaben der U.S. Energy Information Administration (EIA) wandelt jede Technologie eine unterschiedliche Naturkraft durch einen speziellen Mechanismus in Strom um, und zusammen gestalten sie neu, wie Stromnetze weltweit geplant und betrieben werden.

Wie jede Technologie die Natur in Strom umwandelt

Solarmodule mit Photovoltaik (PV) enthalten Solarzellen, die Sonnenlicht direkt in Strom umwandeln, erklärt die EIA, während eine separate Technologie, die Solarthermie, Kollektoren nutzt, um Sonnenlicht aufzufangen und damit Wasser oder Luft für Raumheizung und Warmwasserbereitung zu erwärmen, anstatt Strom zu erzeugen. Windkraftanlagen, normalerweise in Windparks gruppiert, nutzen die Bewegungsenergie von bewegter Luft und wandeln sie in Strom um; in den Vereinigten Staaten betreiben die meisten Windparks in der Zentralregion, mit geplanten Offshore-Projekten.

Wasserkraftwerke nutzen fließendes oder fallendes Wasser aus Staudämmen und Flüssen, um eine mit einem Generator verbundene Turbine zu drehen, laut EIA. Eine verwandte Form, Pumpspeicher-Wasserkraft, bewegt Wasser zwischen zwei Reservoirs auf verschiedenen Höhen, speichert effektiv Energie, indem Wasser gepumpt wird, wenn Strom reichlich vorhanden ist, und gibt ihn frei, um Strom zu erzeugen, wenn er benötigt wird. Geothermieanlagen nutzen Wärme aus dem Inneren der Erde, während Biomasse-Anlagen Holzreste, kommunale Feststoffe oder Biogas verbrennen, um Strom zu erzeugen.

Erneuerbare Energien wachsen schneller als jede andere Energiequelle

Die globale Erzeugung erneuerbarer Elektrizität wird laut dem IEA-Bericht Renewables 2025 von 9.900 Terawattstunden (TWh) im Jahr 2024 auf 16.200 TWh im Jahr 2030 ansteigen, ein Anstieg von 60 %. Die Agentur prognostiziert, dass erneuerbare Energien bis Ende 2025 oder spätestens Mitte 2026 (abhängig von der Wasserkraftproduktion) die kohlegesteuerte Stromerzeugung übertreffen werden, was erneuerbare Energien zur weltgrößten Stromquelle macht. Bis 2030 werden erneuerbare Energien etwa 43 % der globalen Stromerzeugung liefern, gegenüber 32 % im Jahr 2024, und werden mehr als 90 % des Wachstums der weltweiten Stromnachfrage in diesem Zeitraum decken.

Solarmodule (PV) treiben den Großteil dieser Expansion voran und machen mehr als die Hälfte der prognostizierten Zunahme der erneuerbaren Stromerzeugung bis 2030 aus, sagt die IEA. Wind trägt etwa 30 % des Anstiegs bei, wobei Onshore-Wind 732 Gigawatt (GW) neue Kapazität hinzufügen soll und Offshore-Wind 140 GW — mehr als doppelt so viel wie im vorherigen Fünf-Jahres-Zeitraum. Die Wasserkraft soll über 154 GW neue Kapazität hinzufügen, während die Pumpspeicher-Wasserkraftkapazität voraussichtlich bis 2030 auf 16,5 GW jährliche Zusätze verdoppelt werden soll.

Die Internationale Agentur für Erneuerbare Energien (IRENA) berichtete, dass die globale Kapazität für erneuerbare Energien bis Ende 2025 5,14 Terawatt (TW) erreichte, nachdem während des Jahres 692 GW hinzugefügt wurden, laut einer Zusammenfassung von IRENA-Daten, veröffentlicht von pv magazine USA. Solar machte etwa 511 GW dieses Wachstums aus — etwa 75 % der gesamten erneuerbaren Zusätze — und erneuerbare Energien machten 49 % der gesamten installierten globalen Stromkapazität und 85,6 % aller weltweit hinzugefügten Stromkapazitätserweiterungen im Jahr 2025 aus.

In den Vereinigten Staaten erreichen Wind- und Solarenergie einen neuen Rekord

Die nationalen Zahlen spiegeln den globalen Trend wider. Die EIA berichtete, dass Wind- und großflächige Solaranlagen zusammen 2025 einen Rekord von 17 % des US-Stroms erzeugten; einschließlich kleiner Dach-Solarmodule erreichte der kombinierte Anteil 19 % der gesamten Netzeinspeisung. Die Windkraft erzeugte 464.000 Gigawattstunden (GWh), 3 % mehr als im Jahr 2024, während die Produktion großflächiger Solaranlagen um 34 % auf 296.000 GWh sprang und kleine Solaranlagen um 11 % auf 93.000 GWh stiegen. Zwei Jahrzehnte zuvor, 2005, versorgten Wind- und großflächige Solaranlagen weniger als 1 % des US-Stroms, sagte die EIA.

Warum variable Stromerzeugung Stromnetze zum Umbau zwingt

Im Gegensatz zu einem Kraftwerk, das Brennstoff verbrennt und auf Abruf betrieben werden kann, hängt die Solar- und Windleistung von Wetter und Tageszeit ab — was die IEA und die Industrie als variable erneuerbare Energie bezeichnen. Der Bericht Renewables 2025 der IEA besagt, dass bei der schnellen Ausweitung von Solarmodulen (PV) und Wind Drosselung — wenn Netzoperatoren die erneuerbare Stromerzeugung reduzieren, weil Übertragungsgrenzen, Stabilitätsanforderungen oder Überangebot verhindern, dass das System alle erzeugten Mengen aufnimmt — immer häufiger und an immer mehr Orten auftritt. Separat verzeichnete das Electricity Mid-Year Update 2025 der IEA einen starken Anstieg der Stunden mit negativen Strompreisen, wenn das Angebot die Nachfrage übersteigt: Deutschland, die Niederlande und Spanien hatten in der ersten Hälfte von 2025 in 8–9 % der Stunden negative Preise, gegenüber 4–5 % im Jahr 2024.

Die IEA beschreibt dies als einen "dringenden Bedarf an mehr Flexibilität in Angebot und Nachfrage" und weist auf Batteriespeicher, Nachfragereaktion und aktualisierte Marktregeln als Lösungen hin. Die Behebung des Missverhältnisses zwischen variabler Stromerzeugung und stetiger Nachfrage erfordert das, was die Agentur als umfassende Strategie mit Übertragung, Flexibilität und koordinierter Systemplanung bezeichnet — anstelle einer einzigen Lösung.

Was "Stromnetztransformation" wirklich bedeutet

• Speicherung: Batterien und Pumpspeicher-Wasserkraft absorbieren überschüssige Solar- und Windstromerzeugung und geben sie ab, wenn die Stromerzeugung sinkt, was die IEA als zentral für die Verwaltung von Variabilität ansieht.
• Übertragung: neue Stromleitungen transportieren Strom aus windigen oder sonnigen Regionen zu Bevölkerungszentren, Teil dessen, was die IEA als koordinierte Systemplanung bezeichnet.
• Flexible Nachfrage: Verschiebung des Stromverbrauchs zur Anpassung an Perioden hoher erneuerbarer Stromerzeugung, eines der Werkzeuge, das die IEA neben Speicherung empfiehlt.
• Pumpspeicher-Wasserkraftkapazitätserweiterungen werden sich bis 2030 laut IEA auf 16,5 GW pro Jahr verdoppeln, teilweise um Integrationsprobleme in Europa zu bewältigen.