Fotovoltaik • ... bezeichnet die direkte Stromerzeugung aus Licht mittels großflächiger, lichtabsorbierender Halbleiter • ... kommt ohne bewegte Teile aus • ... ist hochgradig modular (von mW bis MW) • ... liefert derzeit noch kleinen Anteil (0.03%) an Gesamtenergie • ... ist aber die am stärksten wachsende neue Energiequelle
Strom aus Fotovoltaikanlagen wird in Deutschland mit 46 C/kWh vergütet
Japan ist der größte Markt für Fotovoltaikanlagen
By Courtesy of Kaneka Corporation
Solarstromanlagen fernab vom Netz häufig wirtschaftlichste Lösung Telekommunikation
Wasserpumpen
Marktwachstum bei Fotovoltaikanlagen: 25 % / a
Netzkopplung
2001 2002
1999 2000
1997 1998
1995 1996
1993 1994
1991 1992
1990
1988 1989
1986 1987
Inselanlagen 1984 1985
1982 1983
50 0
1980 1981
500 450 MW / y 400 350 300 250 200 150 100
Steigendes Fertigungsvolumen führt zu Kostensenkung: Jede Verdopplung der installierten Kapazität: -20%
PV Module cost ($ per Watt-peak)
20
1982
10
5
2002 (4-fold reduction 1982-2002) 2
2012?
(2-fold reduction 2002-2012?)
1 1
10
100
1,000
10,000
Cumulative installed capacity (in MW)
100,000
Alle Szenarien für ein künftige Energieversorgung erwarten höhere Beiträge erneuerbarer Energien
Quelle: WBGU
Die größten Hersteller von Solarzellen (Status 2003) PV cell production (MW)
200
Traditionelle japanische Elektronikkonzerne an vorderster Front
150
Gute Ausgangsposition deutscher Firmen: Innovative und qualitativ hochwertige Komplettlösungen
100
50
Source: Solarbuzz
GE Solar
Q-cells
Sanyo
Isofoton
Mitsubishi
RWE
Shell
BP Solar
Kyocera
Sharp
0
Zur Motivation • Fotovoltaik eignet sich zur dezentralen Energieerzeugung • Wirkungsgrade von 10-15% werden bereits heute realisiert, Verbesserungen auf 20-25% erscheinen praktisch erreichbar • Vorhandene Flächen auf Gebäuden genügen für nennenswerten Beitrag • Energieverbrauch bei der Herstellung nach ca. 3 Jahren Betriebszeit zurückgewonnen
Markteinführung jetzt beginnen (Inkubationszeit für neue Energiequellen: 30-50 Jahre)
Theoretische und realisierte Wirkungsgrade bei fotovoltaischer Energiewandlung Theorie:
Praxis:
• Carnot-Limit:
95 %
< 40 %
• Nichtfokusierende Strahlung: 66%
< 30 % (Labor), < 24% Fertigung
• Ein Absorbermaterial:
< 25 % (Labor), < 20 % Fertigung 1800
-
1600
Leitungsband
Energie
+
Valenzband
Weiße 1400 Solarstrahlung 1200 S pe c tra l Irra dia nc e
Weiße Solarstrahlung
31%
1000
Sonnenspektrum AM 1.5 G Leitungsband
Tandemzelle
800 600 400 200
Zwischenband FrontCell BackCell
0 Energie 0.3
0.6
+
Valenzband 0.9
Wavelength [micometer]
1.2
1.5
Wirkungsgrad
Ta 3 .G nd e n em er Ze atio lle n: n ... ?
Wege zur Kostenreduzierung in der Fotovoltaik
1$/Wp
n: o i t t a r ne hich e . G sc 2 ün n D
2$/Wp
on : i t a r ene r G . 1 fe a W Si 3$/Wp
Kosten / m2
Neuentwicklungen zur Wirkungsgraderhöhung bei Si • SiN Oberflächenpassivierung • Selektive Emitter
15 % 18%
• Bor-Rückseiten-Dotierung Front Metall Finger SiN Passivierung N+ Emitter Local N++ Emitter P-Basis Bor-Rückseitenfeld Rückseiten-Metallisierung
250 µm
Neue Fertigungsverfahren aus der Glasindustrie für die Fotovoltaik: Dünnschichttechnologie Isolierglasbeschichtung 320 cm Bandbreite 1 GW PV?
CIS Dünnschichtproduktion @ Shell Solar (60 cm Bandbreite)
Dünnschichthalbleiter eröffnen ganz neue Möglichkeiten: • Großflächenbeschichtung bei niedrigen Temperaturen • Integrierte Serienverschaltung • Dünne Halbleiterabsorber (direkte Absorption bei a-Si, CuInSe2 etc. ) Fensterglas
Dünnschichtsolarmodule mit deutlich verbesserten Wirkungsgraden • Weltbestes Dünnschicht-Leistungsmodul von Shell Solar CIGS: 13% Wirkungsgrad • Aperturfläche: 565 mm x 874 mm • Integrierte Verschaltung von 98 Zellen • Modulleistung 65 W Bei SES 21 am Austellungsstand !
Dünnschichtsolarmodule eigenen sich gut zur Gebäudeintegration CIGS Tübingen 13 kWp (Würth)
CIGS Wales 85 kWp (Shell)
Gebäudeintegrierte Fotovoltaik mit Dünnschichttechnologie
New York Subway (RWE_Schott)
Zusammenfassung • Solarstromerzeugung mittels fotovoltaischer Solarzellen etabliert sich am Markt mit 25 % Wachstum / a • Heutige Produkte bestehen zum überwiegenden Teil aus kristallinen SiliziumSolarzellen • Künftige Verbesserungen (2. und 3. Generation) lassen weitere Kostensenkungen erwarten • Garantiezeit von 25 Jahren erfordert schnelle Klimatestverfahren zur Lebensdauerprüfung
