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2007-11-16
ENERGIETECHNIK

Zukunftstrends in der Photovoltaik

Die Photovoltaik scheint ausgereizt. Die Dicke der Solarzellen läßt sich kaum mehr verringern. Die Materialien lassen kaum höhere Wirkungsgrade zu, wenn man sie noch zu vernünftigen Preisen verkaufen will. Es gibt aber Auswege aus dem Dilemma.

Michael Bockhorst

Silizium ist ein teurer Rohstoff. Die Herstellung aus Sand ist energieaufwendig, die Halbleiterindustrie nimmt große Mengen dieses Elements ab. Daher zählt jedes Gramm.

Die Herstellung der Solarzellen ist ein seit Jahrzehnten bekanntes und nur leicht modifiziertes Verfahren. Hier zählen manchmal Kleinigkeiten, die die Effizienz steigern und neue Anordnungen der Zellen ermöglichen.

Beide Faktoren -- Minimierung des Bedarfs an teuerem Material und Optimierung der Verfahren und der Zell-Geometrie -- sind der Schlüssel zu einer drastischen Verbesserung der Wirtschaftlichkeit von photovoltaischen Systemen.

Material-Minimierung

Eines der besten Beispiele ist dafür ist die Silicon on Glass-Technologie (SOG-Technologie). Dabei wird eine Siliziumverbindung direkt auf die Glasoberfläche abgeschieden, die nachher als Frontabdeckung des Solarmoduls dient. Durch chemische Veränderungen wird aus dieser Siliziumverbindung dann Silizium abgeschieden, das dann die Solarzellen bildet. Diverse Prozesse, etwa Ätzverfahren oder Laser-Strukturierung, führen dann zum Aufbau eines Solarmoduls mit einzelnen Zellen.

Die aus einer solchen Technologie hervorgehenden Module sind aus einem Guß gefertigt und lassen eine sehr lange Haltbarkeit bei einer hohen Stabilität der Leistungsdaten erwarten. Auf der anderen Seite wird der Wirkungsgrad nicht so hoch sein, wie bei klassischen Modulen, bei denen die Solarzellen einzeln gefertigt werden. Ob allerdings der Modulwirkungsgrad 9 (SOG) oder 14 (Konventionell) Prozent beträgt, ist nicht mehr wesentlich. Wenn die neuen Module nur noch die Hälfte kosten und in der Verarbeitung und Wartung auch nur die Hälfte an Aufwendungen erfordern. Derzeit sind weniger die Aufstellflächen für Solarmodule das Problem als die Kosten der Module, wesentlich bestimmt durch den Rohstoff Silizium.

Weitere Infos im WWW:
  • Fa. Nanosolar
    US-Amerik. Firma, Roll-to-Roll-Prozess auf Aluminiumfolie, Sprache: EN
  • CSG Solar
    Deutsche Firma, Abscheidung von Silizium auf Glas, Aufbau des Moduls als Hybrid von der Glasfläche aus, Sprache: DE

Optimierung der Zellen-Geometrie

Nicht nur in der schieren "Verdünnung" des Materials ist Musik drin, sondern auch in der Optimierung der Oberflächenstruktur der Solarzellen.

Ein generelles Problem ist die Tatsache, daß Halbleiter eine im Vergleich zu guten Stromleitern wie Silber, Aluminium oder Kupfer -- wie der Name es schon andeutet -- eher mäßige Stromleitfähigkeit besitzen. Daher werden metallische Strukturen auf die Vorderseite der Solarzellen aufgetragen, die allerdings die aktiven Flächen der Solarzellen abschatten und den realen Wirkungsgrad reduzieren. Zudem müssen Kontakte auf der Vorderseite zwischen den Zellen hergestellt werden, was dazu führt, daß sie auf der Vorderseite nicht ohne weiteres plan auf der Abdeckscheibe aufliegen. Dies kompliziert das Herstellungsverfahren von der Zelle zu einsatzfähigen Modulen zusätzlich.

Abhilfe schaffen hier neue Geometrien der Stromableitung inklusive einer Durchführung der Kontakte auf die Rückseite. Die licht-aktiven Flächen der Solarzellen sind damit plan und leicht zu verarbeiten, die Verbindung zwischen den Solarzellen, die das Solarmodul bilden, müssen nur noch auf der Rückseite hergestellt werden. Eine wesentliche Vereinfachung der Herstellung und durch die Geometrie der Stromsammel-Struktur steigt zusätzlich die effektive "Lichtsammelfläche".

Weitere Infos im WWW
  • Fa. Solland
    Neuartige Geometrien von Solarzellen, Frontseite auf Rueckseite kontaktierbar, Sprache: EN

Ausblick

Die beiden fragmentarisch vorgestellten Beispiele der Optimierung von photovoltaischen Energiewandlern zeigen, daß die Entwicklung der Photovoltaik als kostengünstige Massentechnologie noch in den Kinderschuhen steckt. Das Grundprinzip, Mitte des 19. Jahrhunderts von Becquerel entdeckt, hat nun über 160 Jahre einen festen Bestandteil in dem naturwissenschaftlichen Schatz der Menschheit, aber erst in 10 oder 20 Jahren ist ein wirklich breiter Einsatz dieser Erkenntnisse zu erwarten.

Daran arbeiten viele kleine mittelständische Unternehmen mit einem hohen Maß an Kreativität und persönlichem Einsatz. Schwerstarbeit, die uns helfen wird, unsere Zukunft zu sichern.

Es stellt sich tatsächlich die Frage, ob in Zukunft Photovoltaik noch subventioniert werden muß. Die nüchterne Antwort lautet NEIN! Subventionen, die aktuelle Techniken für den Investor wirtschaftlich machen -- und das derzeit in Deutschland laufende Subventionsprogramm macht genaut dieses -- zementieren auch diese aktuellen Techniken. Erst ein Wegfall der Subventionen würde neuen, wirklich innovativen Technologien den Einzug in den "Gebrauchsmarkt" ermöglichen.

So bleibt nur, abzuwarten, bis die -- glücklicherweise degressiv angelegten -- Subventionen auch die neuen Technologien attraktiv machen. Dies hat bei der Windenergie durch das 1992 eingeführte Energieeinspeisegesetz (EnEG, später novelliert und umbenannt in Erneuerbare-Energien-Gesetz) funktioniert und sollte in den nächsten 10 Jahren auch bei der Photovoltaik Chancen für eine kleine Revolution dank schneller evolutionärer Prozesse führen.