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| Perowskit-Solarzellen - vereinzelt bereits im Einsatz. Hier besonders dauerhafte Module mit dieser Technologie, entwicket an der Universität Uppsala. |
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-Schutzeinrich
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.
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