Photovoltaik

Forschung sieht noch viel Innovationspotenzial in der Photovoltaik

Hocheffiziente 85 µm dünne Czochralski-Silicium-Solarzellen aus der Photovoltaik Forschung, Foto: FVEE/ Fraunhofer ISE
Forschung Innovationspotenzial Photovoltaik
Hocheffiziente 85 µm dünne Czochralski-Silicium-Solarzellen aus der Photovoltaik Forschung, Foto: FVEE/ Fraunhofer ISE

Innovationen in der Photovoltaik sind noch lange nicht am Ende. Auch bei den fallenden Preisen auf dem Markt kann die Forschung für weitere Verbesserungen der Technologie und der Produktionsanlagen sorgen. Dies ist eine der wesentlichen Aussagen von der Pressekonferenz der Tagung des ForschungsVerbund Erneuerbare Energien e.V. (FVEE). Photovoltaik ist dabei nur ein Beispiel, Innovationen aus der Forschung sind genauso  möglich bei Wind- und Bioenergie, bei Speicher und Netzen. Die Forschung arbeitet sowohl an der Verbesserung der Effizienz der Zellen, als auch an der Optimierung der Fertigung, um den Ertrag zu erhöhen, bzw. die Kosten weiter zu senken.

Globale Energiewende braucht Innovationen und diese brauchen einen Markt

Photovoltaik ist eine der tragenden Säulen der globalen Energiewende. Forscher erwarten einen Anteil an der Stromversorgung von etwa 30% in Europa und 60% in sonnenreichen Ländern. Der globale Markt für Photovoltaik wächst seit Jahren an. Für 2017 wird ein weltweiter Zubau von rund 80 Gigawatt erwartet. Dieser könnte bis spätestens 2020 auf 100 Gigawatt ansteigen. Zu dieser Entwicklung trägt auch die Forschung bei, die große Fortschritte verzeichnen konnte.

Trotz der Fortschritte in der Effizienz der Technologie und in der Kostensenkung der Produktion sind weitere Fortschritte notwendig. Es ist nach wie vor möglich die Effizienz der Zellen zu erhöhen und auch Kostensenkungen sind heute noch möglich. Der FVEE hat dabei auf die Bedeutung der Forschung hingewiesen. Die Forschung arbeitet dabei eng mit der Industrie zusammen. Diese steht vor einem gewaltigen Zukunftsmarkt. Deutsche Unternehmen brauchen daher innovative Produkte, um im internationalen Wettbewerb mithalten zu können.

Forschung und Entwicklung für Innovationen in der Photovoltaik

Die Forschung konnte wesentlich dazu beitragen, die Kosten für die Photovoltaik nachhaltig zu reduzieren und den weltweiten Ausbau voran zu treiben. Deutsche Forschungsinstitute und Firmen haben dazu wesentlich beitragen können. Einige Beispiele dafür zeigt diese Liste (Quelle FVEE Papier „Empfehlungen des ForschungsVerbunds Erneuerbare Energien für die Forschungsförderung im Bereich Photovoltaik“):

  • Nutzung von Diamantdrahtsägen spart Material in der Produktion von Siliziumwafer
  • Aluminiumoxid verbessert die Oberflächenpassivierung in der Silizium-PV
  • Innovative Verschaltungstechnik von Siliziumzellen ermöglicht hohe Zellwirkungsgrade in Module mit Leistung mit Leistung von über 300 Watt
  • Innovative Anlagen- und Prozesstechnik bei der Dünnschichttechnologie sorgt für eine deutlich höhere Produktivität
  • Skalierungseffekte und kosteneffiziente Produktionstechnik in der Dünnschicht-PV ermöglichen neue Marktpotenziale für die Kuper-Indium-Gallium-Diselenid Dünnschicht-Technologie (CIGS)

Neue Impulse aus der Forschung

Die Forscher rechnen für die Zukunft mit weiteren Fortschritten. So wird es möglich sein noch mehr Strom mit weniger Material und zu geringeren Kosten zu erzeugen. Aktuelle und künftige Forschung trägt einen Teil zu dieser Entwicklung bei. Die Ergebnisse der aktuellen Forschung zeigen, dass neue Möglichkeiten in der Photovoltaik entstehen, die vor wenigen Jahren noch als undenkbar galten. Auch deutsche Institute tragen ihren Teil zu dieser Entwicklung bei.

Das Papier des FVEE zeigt eine ganze Reihe von Beispiele dieser Forschungsergebnisse, von denen ich hier nur einen Teil wiedergebe:

  • Neue ladungsträgerselektive Poly-Silizium oder heterojunction Beschichtungen von Siliziumzellen erlauben höhere Wirkungsgrade von 22% bei multi-kristallinem Silizium und 25% bei monokristallinem Silizium.
  • Herstellung von Silizium-Wafer ohne Sägen und mit weniger Materialverlust
  • Einsatz neuer funktionaler Komponenten wie z.B. Passivierungsschichten, Punktkontakte sowie neuer Materialien und Verfahren ermöglicht neue Potenziale in der Dünnschichtphotovoltaik bei der CIGS-Technologie.
  • Perowskit ermöglicht als Materialklasse bereits Wirkungsgrade von 22% im Labor, Möglichkeit als Einsatz in hocheffizienten Tandemsolarzellen
  • Silizium-basierte Mehrfachsolarzellen erreichen in Verbindung mit III-V-Top-Zellen Wirkungsgrade von über 33%
  • III-V basiere Mehrfachsolarzellen erreichen in Verbindung mit der optischen Konzentratortechnologie höchste Wirkungagrade von über 46%
  • Organische Photovoltaik und neue Materialien schaffen neue Wirkungsgrad- und Kostensenkungspotenziale
  • Innovative Prozesstechnik ermöglicht andere Fertigungskonzepte zu geringen Kosten
  • Ästhetische und architektonisch flexibel einsetzbare Solarmodule erhöhen die Akzeptanz von PV in der Gebäudehülle
  • Fortschreitende Digitalisierung in der Produktion, Stichwort Industrie 4.0 ermöglicht kostengünstigere Produktionsprozesse

Weitere Angaben zu den Forschungsgebieten und Quellen sind in dem Papier des FVEE zu finden.

Empfehlungen des FVEE für die Forschungsförderung in der Photovoltaik

Diese vielen genannten Potenziale in der Forschung in Verbindung mit der guten Verzahnung von Forschung und Industrie in Deutschland ist eine günstige Voraussetzung um auch in Zukunft wichtige Beiträge zu der dynamischen Technologieentwicklung zu leisten und wirtschaftlich davon zu profitieren.

Daher empfiehlt der FVEE die Forschung in der Photovoltaik als ein langfristiges Investment zu betrachten und sich nicht an kurzfristigen Marktbewegungen zu orientieren.

Die PV-Forschung leistet einen Beitrag zu einer bezahlbaren und umweltfreundlichen Stromversorgung. Dafür ist eine nachhaltig intensive und breit angelegte öffentliche Forschungsförderung erforderlich. Ein starker Markt in der Heimat ist eine wichtige Unterstützung für die Innovationskraft heimischer Unternehmen.

Was bringt uns die Förderung der Photovoltaik-Forschung?

Zuletzt möchte ich noch auf den Nutzen der Photovoltaik-Forschung hinweisen. Von Bedeutung für die Forschung ist auch das Engagement der Industrie, die von einem starken Markt in der Heimat ausgehend international wettbewerbsfähig bleiben muss.

Der FVEE nennt dafür vier wichtige Punkte, die ich nur kurz erläutere. Die ausführliche Begründung kann im Papier des FVEE nachgelesen werden.

  1. Spitzenstellung des deutschen Anlagenbaus erhalten. Der deutsche Anlagenbau arbeitet eng mit den Forschungsinstituten zusammen um seine führende Stellung auf dem Weltmarkt zu halten.
  2. Geschlossenheit der Wertschöpfungskette sichern. In Deutschland arbeiten noch 32.000 Menschen in allen Ebenen der Wertschöpfung der Stromerzeugung mit Photovoltaik. Diese Arbeitsplätze beruhen maßgeblich auf Innovationen aus der Forschung
  3. Start-ups den Boden bereiten. Eine Integration der Photovoltaik in das Stromnetz benötigt innovative Ideen und Geschäftsmodelle. Start-ups bringen Ideen aus der Forschung in die Praxis.
  4. Stromgestehungskosten weiter senken. Forschungsförderung hat bisher zu höheren Wirkungsgraden und geringeren Stromgestehungskosten beigetragen. Zukünftige Forschung kann weitere Kostensenkungspotenziale erschließen.

Diese Beispiele und der Nutzen der Forschung zeigen alle die Bedeutung deutlich auf. Besonders wichtig wird dies im kommenden Jahr, wenn das 7. Energieforschungsprogramm verabschiedet werden soll. Dieses soll im Einklang mit den übergeordneten politischen Zielsetzungen stehen. Und diese Ziele werden gerade definiert in den Koalitionsverhandlungen.

Was sind die interessantesten Innovationen aus der Forschung für die Photovoltaik?

Über den Autor

Andreas Kühl

Energieblogger aus Leidenschaft mit großem Faible für effiziente Energienutzung im Strom- und Wärmebereich. Diie kostenlos zur Verfügung stehende Energie der Sonne und vom Wind sind für mich faszinierend und Herausforderung zugleich.
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