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02.10.2011

Strom aus Sonnenlicht effizienter herstellen

Forschung macht Solarstrom billiger.

Im neuen Energieforschungsprogramm betont die Bundesregierung die Bedeutung der weiteren erfolgreichen Entwicklung der Photovoltaik-Industrie für den Wirtschaftsstandort Deutschland. Das Bundes-ministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) fördert die Forschung im PV-Bereich mit dem Ziel, die etablierten Solarzellen aus kristallinem Silizium weiterzuentwickeln sowie verschiedene Dünnschichttechnologien mit hohem Potenzial voranzubringen.

In den unterstützten Projekten wird daran gearbeitet, die Wirkungsgrade weiter zu erhöhen, sowie die Kosten durch effizientere Produktionsverfahren und Einsatz neuer Prozessschritte – wie Laser oder Automatisierungstechnologien – weiter zu senken. Der Materialeinsatz soll durch Effizienzmaßnahmen und neue Materialien inkl. Kombinationen sinken. Außerdem soll die Lebensdauer der Komponenten von Photovoltaik-Systemen erhöht werden.

Die Bundesregierung hat 2010 die „Innovationsallianz Photovoltaik“ gestartet, die auf eine verstärkte Kooperation innerhalb der Prozessketten und zwischen Ausrüstungs- und Photovoltaik-Industrie setzt. Ziel ist es, die Fertigungskosten kontinuierlich zu senken und damit gleichzeitig die internationale Wettbewerbsfähigkeit zu erhalten. Hierfür besonders wichtig: Ergebnisse, die auf Laborebene bereits realisiert sind, sollen den Weg in die Fertigung finden.

Im Jahr 2010 hat das BMU für Forschungsprojekte im PV-Bereich knapp 40 Millionen Euro neu bewilligt. Der Haushaltsansatz für Erneuerbare Energien insgesamt steigt; in diesem Jahr sind über 128 Millionen Euro dafür vorgesehen, bis 2013 ist eine Aufstockung auf über 148 Millionen Euro geplant.

Forschung macht Solarstrom billiger

Der Photovoltaik-Weltmarkt hat sich in den letzten Jahren dynamisch entwickelt. Wurden 2005 noch 1,8 GW produziert, sind es 2010 bereits 17 bis 20 GW. Genauso dynamisch ist die Entwicklung der PV-Technologie verlaufen. Ergebnis ist eine deutliche Kostendegression: Lagen 2005 die Kosten für Strom aus Photovoltaik in Deutschland noch bei 0,50 bis 0,60 €/kWh, wurde das damals für 2010 prognostizierte Niveau von rund 0,30 €/kWh im Jahr 2010 auch tatsächlich erreicht.

Experten erwarten, dass sich dieser Trend bei weiterer intensiver Forschung und Entwicklung in den nächsten ein bis zwei Jahrzehnten fortsetzen wird. 2010 wurde bereits ein Systempreis von knapp 3.000 €/kW erreicht. Langfristiges Ziel für das Jahr ist ein durchaus realistischer Systempreisvon unter 1.000 €/kW, der einen Strompreis von unter 10 ct/kWh ermöglicht. Deutliche Kostensenkungen sind die Grundlage für den wirtschaftlichen und effizienten Ausbau der Photovoltaik.

Die Photovoltaik verfügt in Deutschland über ein beträchtliches Ausbaupotenzial. Der „Nationale Aktionsplan für erneuerbare Energien“ der Bundesregierung von 2010 prognostiziert für 2020 eine installierte Kapazität von 51,7 GW, das entspricht einer Stromerzeugung von 41,4 TWh. Entscheidenden Einfluss auf die Weiterentwicklung wird auch das zum 1.1.2012 novellierte EEG haben. Seit 2005 hat sich der Umsatz der PV-Branche in Deutschland mehr als verdreifacht. Auch das weltweite Potenzial ist gewaltig, die Internationale Energieagentur IEA erwartet ab 2030 weltweit einen jährlichen Zubau von über 100 GW.

Konzentrierende Photovoltaik und andere neue Zellkonzepte

Mit einem Systemwirkungsgrad von 25% stellt die konzentrierende Photovoltaik in Gebieten hoher direkter Solarstrahlung eine interessante Alternative dar. Bei dieser Technologie haben deutsche Forschungs-einrichtungen, Zellhersteller und Systemanbieter bereits einen hohen Entwicklungsstand erreicht. Beispielsweise konnten GaAsP/GaInP/Ge-Tripelsolarzellen mit einem Wirkungsgrad von über 40% gefertigt werden.

Eine wichtige Rolle in der Forschung spielen weiterhin innovative Zellkonzepte wie organische Solarzellen sowie Farbstoffzellen. Insbesondere geht es hierbei um die Übertragbarkeit in einen industriellen Fertigungsmaßstab, eine energietechnisch relevante Lebensdauer sowie die Umweltverträglichkeit.

Dünnschichtsolarzellen holen auf

Der Schwerpunkt der künftigen Forschung zu den Dünnschicht-Technologien wird bei den Fertigungstechniken gesehen. Dabei werden höhere Prozessausbeuten und längere Anlagenstandzeiten als wesentlich erachtet. Sehr interessant ist auch der Ansatz, Dünnschichtzellen kostengünstig im Rolle-zu-Rolle-Prozess auf flexiblen Substraten abzuscheiden. Außerdem sollen die Abscheideraten gesteigert, der Material- und Energieverbrauch gesenkt werden.

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Quelle   Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie 2011