Aktuell wichtigste neue technologische Veränderungen bei der Photovoltaik
Die
Photovoltaik (PV) hat in den letzten Jahren erhebliche Fortschritte
gemacht, die sie effizienter, kostengünstiger und vielseitiger machen.
Hier sind die wichtigsten technologischen Entwicklungen:
1. Effizienzsteigerung durch neue Zelltechnologien:
• TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact):
Diese Technologie verbessert die Effizienz von Siliziumzellen durch
eine Passivierungsschicht, die den Energieverlust reduziert. Führende
Hersteller optimieren TOPCon weiter, um Wirkungsgrade von über 25 % zu
erreichen.
• HJT (Heterojunction Technology):
Kombiniert kristallines Silizium mit amorphem Silizium, was höhere
Wirkungsgrade (bis zu 26 %) und bessere Leistung bei hohen Temperaturen
ermöglicht. HJT wird zunehmend skaliert und gewinnt Marktanteile.
• xBC (Back Contact Technologies):
Rückseitig kontaktierte Solarzellen minimieren Abschattungen auf der
Vorderseite, was die Effizienz steigert. Diese Technologien werden für
den Massenmarkt erschlossener.
• Perowskit-Solarzellen (siehe Bild oben):
Diese vielversprechende Technologie befindet sich in der Pilotphase,
mit Pilotproduktionslinien für 2025 geplant. Perowskit-Zellen könnten
Wirkungsgrade von über 30 % erreichen und sind kostengünstiger
herzustellen.
2. Material- und Prozessinnovationen:
• Silberbeschichtetes Kupfer und Kupferelektroplattierung: Diese Technologien reduzieren die Abhängigkeit von teurem Silber, senken die Produktionskosten und erhöhen die Effizienz.
• SMBB (Super Multi Busbar) und 0BB (Zero Busbar):
Diese Verbindungsdesigns verbessern die Leistung von Solarzellen und
senken die Modulherstellungskosten durch geringeren Materialverbrauch.
• LECO/LIF-Prozesse:
Neue Fertigungstechniken wie Laser Enhanced Contact Optimization (LECO)
ersetzen herkömmliche Prozesse, um die Produktionseffizienz zu
steigern.
3. Intelligente Fertigung und Digitalisierung:
•
Die Integration von Künstlicher Intelligenz (KI) und Big Data
ermöglicht eine vorausschauende Wartung und Optimierung von PV-Anlagen.
Bis 2025 sollen 90 % der Anlagen digitalisiert sein, um Fehler
frühzeitig zu erkennen und Erträge zu maximieren.
• Smart Upgrades: KI-gestützte Diagnosealgorithmen verbessern die Betriebssicherheit, z. B. durch Fehlerlichtbogen-Schutzeinrichtungen (AFCI), die bis 2025 Standard werden.
4. Innovative Anwendungen:
• Transparente Solarfolien:
Diese können auf Fenster oder Glasflächen aufgebracht werden, um Strom
zu erzeugen, ohne die Ästhetik zu beeinträchtigen. Fortschritte in Korea
zeigen Wirkungsgrade von 12,2 %.
• Solarfarben: Spezielle Farben mit Halbleiterpartikeln könnten in Zukunft Fassaden zur Stromerzeugung nutzen.
• Bio-basierte Solarzellen:
Auf den Philippinen entwickelte „AuREUS“-Technologie nutzt
fluoreszierende Bestandteile aus Bioabfällen, um auch bei bewölktem
Wetter Strom zu erzeugen (bis zu 48 % der Zeit).
5. Recycling und Nachhaltigkeit:
•
Fortschritte im Recycling, z. B. durch das Fraunhofer-ISE, ermöglichen
die Wiederverwendung von Siliziumzellen mit Wirkungsgraden von 22 %,
nahe an neuen Zellen. Dies reduziert die Umweltbelastung und unterstützt
eine Kreislaufwirtschaft.
•
Die CO2-Emissionen der PV-Produktion sind von 35–45 g CO2e/kWh (2013)
auf 29,2 g/kWh (2015) gesunken und werden durch den Ausbau erneuerbarer
Energien weiter reduziert.
6. Integration mit Energiespeichern und E-Mobilität:
• DC-Charger: Ermöglichen das direkte Laden von E-Autos mit Solarstrom, ohne Wechselrichterverluste, was die Effizienz steigert.
• Bidirektionales Laden: E-Autos wie der Hyundai Ioniq 5 können als Stromspeicher dienen, was die Netzstabilität fördert.
• Batteriespeicher: Fortschritte bei Speicherlösungen ermöglichen, dass PV-Anlagen auch nachts oder bei schlechtem Wetter Strom liefern.
Kann Photovoltaik in absehbarer Zeit die wichtigste Stromquelle der Welt werden?
Aktueller Stand:
•
Ende 2024 waren weltweit PV-Anlagen mit einer Leistung von ca. 2,2
Terawatt (TW) installiert, mit einem jährlichen Wachstum von etwa 38 %
zwischen 1998 und 2015.
•
2023 betrug Chinas installierte PV-Leistung 649 GW (41 % der weltweiten
Kapazität), gefolgt von den USA, Indien und Japan. Deutschland liegt
auf Platz vier.
•
Die Stromgestehungskosten sind drastisch gesunken: 2020 lag der Preis
für große Solarparks bei 1,35 US-Cent/kWh, der niedrigste weltweit. Die
Internationale Energieagentur (IEA) bezeichnet PV als die „günstigste
Stromquelle der Geschichte“ bei optimalen Bedingungen.
Prognosen:
•
Die IEA prognostiziert, dass erneuerbare Energien (insbesondere PV und
Wind) bis 2025 Kohle als wichtigste Stromquelle ablösen und bis 2026 die
Kernenergie übertreffen könnten.
•
Bis 2030 könnte die installierte PV-Leistung 10 TW erreichen, bis 2050
sogar 30–70 TW, was ein Drittel des weltweiten Strombedarfs decken
könnte.
•
Posts auf X deuten auf einen anhaltenden Solarboom hin: 2024 wurden 600
GW neu installiert, und 2025 werden 665 GW erwartet, genug, um
rechnerisch zweimal den deutschen Strombedarf zu decken.
•
Die IEA sieht PV bei einer Verdreifachung der Kapazitäten bis 2030 als
zentrale Säule der globalen Energiewende, gestützt durch politische
Maßnahmen wie den EU Green Deal oder den US Inflation Reduction Act.
Herausforderungen:
• Wetterabhängigkeit: PV ist von Sonnenlicht abhängig, was durch Batteriespeicher und intelligente Netze ausgeglichen werden muss.
• Flächenbedarf:
Große Freiflächenanlagen konkurrieren mit Landnutzung, was durch
innovative Lösungen wie transparente Folien oder Dachanlagen gemildert
wird.
• CO2-Emissionen in der Produktion:
Obwohl im Betrieb emissionsfrei, verursacht die Herstellung noch
Emissionen (ca. 29,2 g CO2e/kWh). Diese sinken jedoch mit der Nutzung
erneuerbarer Energien in der Produktion.
• Wettbewerb und Konsolidierung: Kleinere Unternehmen könnten im intensiven Wettbewerb zurückfallen, während große Hersteller dominieren.
Fazit:
Photovoltaik hat das Potenzial, in den nächsten 5–10 Jahren zur
wichtigsten Stromquelle der Welt zu werden, angetrieben durch
technologische Innovationen, sinkende Kosten und politische
Unterstützung. Die IEA-Prognosen und die rasanten Installationsraten
(600–700 GW jährlich bis 2025) untermauern dies. Allerdings erfordert
dies einen weiteren Ausbau von Speichertechnologien, intelligenten
Netzen und Recyclinglösungen, um Wetterabhängigkeit und
Umweltbelastungen zu minimieren. Mit anhaltendem Wachstum und
politischem Rückenwind ist es realistisch, dass PV bis 2030 fossile
Brennstoffe überholt, insbesondere in sonnenreichen Regionen.