Photovoltaische Nutzung

Photovotaische Nutzung der Solar Energie

Entwicklung der Photovoltaik Nutzung (1995 – 2007)

1995 schreibt das Nachrichtenmagazin Der Spiegel:

„Die Alternativenergie ist fest im Griff der Stromkonzerne“ und führt weiter aus: „Siemens, ABB, General Electric und andere fürchten nachlassende Geschäfte in anderen Bereichen, falls sich die Fotozellen zu schnell als marktreif herausstellen. Die langfristigen Investitionen in Alttechnik könnten rascher entwerten als durch die normale Abschreibung. Gegenwärtig wird nicht einmal ein halbes Prozent der Welt-Energie aus Sonnenkraft hergestellt. Doch die Technik wäre weit genug, den Anteil schon jetzt auf mindestens zehn Prozent voranzutreiben.“

Insgesamt sind zu diesem Zeitpunkt weltweit etwa 200.000 Solarzellen-Anlagen im Einsatz, am verbreitetsten sind sie in Australien, Neuseeland, Israel und in der Dominikanischen Republik.

Liste der europäischen* Solarzellen-Hersteller (1996):

(*) Weltweit gibt es etwa 30 Hersteller. 1997 kommen die Solarzellen zu 40 % aus den USA, zu 25 % aus Europa, zu 20 % aus Japan, und zu 15 % aus anderen Ländern. Die Solarmodul Hersteller werden später noch im einzelnen detailliert aufgeführt.

1996 erfolgt die Zellen-Herstellung bei Siemens Solar allerdings noch immer manuell: Per Hand werden die Glasscheiben auf Bänder gelegt, per Hand werden Kontakte verlötet, selbst die Verpackung erfolgt fast maschinenfrei. Entsprechend hoch sind die Kosten. Trotzdem werden in Deutschland in diesem Jahr Solaranlagen mit einer Gesamtleistung von 6 MW installiert. Die gesamte installierte Leistung beträgt damit etwa 15 MW.

1997 zeigt das Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme (ISE) auf der Hannover Messe ein thermo-photovoltaisches Radio, das mit Hilfe einer Kerze betrieben werden kann. Die entsprechend angepassten Galliumarsenid-Solarzellen (s.u.) wandeln neben dem Licht auch die Wärmestrahlung in Strom um. In diesem Jahr werden in Deutschland Anlagen mit einer Gesamtleistung von fast als 10 MW installiert.

1997 beträgt die weltweite Produktionskapazität für Solarzellen ca. 120 MW (davon sind etwa 80 % monokristallinen Zellen). Alleine in Deutschland werden durch die neuen Werke in Gelsenkirchen, Alzenau und Rudisleben bald 48 MW/Jahr erreicht.

Die britische Supermarkt-Kette Sainsbury entwickelt gemeinsam mit der Southhampton University den weltweit ersten Kühl-Truck für gefrorene Lebensmittel, dessen zum Kühlen notwendige Energie durch ein integriertes Solarzellen-Dach erzeugt wird. Schallschutzwände mit Solarzellen werden nun auch an der Autobahn München – Lindau einem Praxistest unterzogen: Bei dem vom BMFT und dem Münchner Bayernwerk getragenen Projekt werden drei verschiedene Konzepte mit jeweils 10 kW verglichen, die Ergebnisse eines Ideenwettbewerbs, an dem jeweils eine Schallschutz- und eine PV-Firma einen gemeinsamen Vorschlag unterbreiteten. Die Kosten des Praxistests von 1 Mio. DM teilen sich die Projektträger.

1998 decken fünf Hauptproduzenten mehr als 50 % des Weltmarktes, den Rest teilen sich 35 kleinere Produzenten. Diese Marktführer sind: Siemens Solar, BP Solar (beide Europa), Amoco/Enron, Solarex (beide USA) sowie Kyocera (Japan).

1998 findet in der Wiener Hofburg die zweite und bislang weltweit größte Photovoltaik-Konferenz statt – mit 2.000 Teilnehmern, 1.100 einereichten Vorträgen und 120 Ausstellern. Der Konferenzvorsitzende Prof. Schmid betrachtet die photovoltaische Stromerzeugung als die stärkste Wachstumsbranche des nächsten Jahrhunderts. Keine andere Branche könne über lange Zeit so stark wachsen, ohne an natürliche Grenzen zu stoßen. Auch Shell-Vorstand Fritz Vahrenholt sieht das Potential: „Konkret könnten erneuerbare Energiequellen bis zur Mitte des nächsten Jahrhunderts rund 50 % des Weltenergiebedarfs decken“. Doch die Siemens AG hält noch immer hart dagegen: „Die neuen Regenerativen sind additive, aber keine alternativen Energieträger.“

In Berlin bekommt 1998 als erste von insgesamt 48 Schulen das Linus-Pauling-Gymnasium eine im Rahmen des Energie 2000 Programms von der Bewag geförderte 10 m² Solaranlage.

1999 stellt die Stiftung Warentest bei dem Vergleich von 13 Solarmodulen und 10 Wechselrichtern verschiedener Hersteller fest, daß die Anlagen zur solaren Stromerzeugung ausgereift sind – sie werden überwiegend mit ‚gut’ oder ‚befriedigend’ beurteilt. Um die Korallenriffe bei Hurghada in Ägypten zu renaturieren, installieren Meeresbiologen der Universität Essen ein Maschendrahtgeflecht, an das ein von Solarzellen erzeugter Gleichstrom angelegt wird. Durch Elektrolyse scheidet sich Kalk aus dem Meerwasser auf dem Draht ab, anschließend werden Steinkorallen implantiert, die auch nach Abschalten des Stromes weiter wachsen. Die Essener RWE stellt dafür 60 Module mit einer Gesamtleistung von 2,4 kW zur Verfügung.

Europas größte Photovoltaik-Anlage an einer Gebäudefassade wird Mitte 1999 an der Südwand eines 22-geschossigen Wohnhauses in Berlin in Betrieb genommen, sie besteht aus 480 Modulen mit einer Gesamtfläche von 426 m². Und auch das Reichtagsgebäude bekommt im Rahmen der Umbauarbeiten 1995 – 1999 eine Solaranlage aufs Dach gesetzt.

2000 steigt der Preis für kristallines Silizium wegen der großen Nachfrage von 16 $ auf 29 $ je Kg.

Das Berliner Unternehmen Alligator Sunshine Technologies GmbH, das 2000 mit der Serienproduktion der thermischen Solaranlage Cuadro beginnt (s.d.), kooperiert mit der Deutschen Shell AG bei der Entwicklung eines Photovoltaik-Moduls, das ebenfalls noch in diesem Jahr in Serie gehen soll.

Ebenfalls im Jahr 2000 bekommt Alan J. Heeger von der von der Universität von Kalifornien in Santa Barbara gemeinsam mit seinen Kollegen den Chemie-Nobelpreis für die Entwicklung von stromleitender Plastik, die vermutlich irgendwann zur Entwicklung von billigen Solarzellen führen wird. Heeger hatte zusammen mit Alan MacDiarmid und Hideki Shirakawa 1977 die Möglichkeit entdeckt, die Leitfähigkeit von Polyacetylen durch Oxidation mit Jod, Chlor oder Brom so weit zu erhöhen, daß sie im Bereich von Halbleitern oder Metallen lag. Die neue Substanzklasse der leitfähigen Polymere kombiniert die elektrischen und optischen Eigenschaften von Leitern mit den mechanischen Vorteilen der Polymere.

Zur Jahrtausendwende leben weltweit noch immer rund 2 Milliarden Menschen ohne Elektrizität.

Solarenergie Photovoltaik

In Deutschland gab es Ende 2002 Solaranlagen mit einer Gesamtkapazität von 278 MW. (Solarenergie Photovoltaik) Im Vergleich dazu waren es z.B. in Frankreich zu diesem Zeitpunkt ganze 17 MW (2001 wurden in Deutschland 1,5 Millionen Quadratmeter thermische Solarzellen installiert, in Frankreich dagegen nur 100.000 Quadratmeter.)

Die weltweite Solarzellenproduktion beträgt im Jahr 2002 knapp 130 MW, nach Unternehmen geordnet verteilt sie sich wie folgt:

Die erste Solarzellen-Anlage auf dem Gelände des Weißen Hauses wird Anfang 2003 von der Firma Evergreen Solar Inc. errichtet. Die 9 kW Photovoltaik-Anlage besteht aus 167 Panelen, ist in das Dach des Verwaltungsgebäudes des White-House-Geländes integriert und speist ihren Strom in das elektrische Netz des Weißen Hauses ein.

Auf der internationalen Verbraucherelektronik-Messe CES in Las Vegas vom im Januar 2004 stellt der kanadische Solarhersteller ICP Solar Technologies in Zusammenarbeit mit dem US-Bekleidungsproduzenten SCOTTeVEST LLC eine Solarjacke vor, die künftig elektrischen Strom für mobile Anwendungen wie Handys, MP3-Player, GameBoys etc. zur Verfügung stellen soll. Die Jacke, die für 475 US-$ angeboten wird, ist mit dünnen, flexible Solarzellen ausgerüstet, die als sehr dauerhaft und selbstreparierend gelten.

Das globale Wachstum von Solarstromanlagen setzt sich 2004 fort. Wurden im Jahr 2003 noch weltweit Solarzellen mit einer Leistung von rund 750 MW abgesetzt, so könnten in diesem Jahr erstmals 1.000 MW Solarstromleistung erreicht werden, teilte das Internationale Wirtschaftsforum Regenerative Energien (IWR) in Münster mit. Alleine in Deutschland werden 2004 Solarstromanlagen mit einer installierten Spitzenleistung von rund 300 MW neu in Betrieb genommen. In Japan, dem bisherigen Photovoltaik-Weltmeister, waren es hingegen nur 280 MW. Auf Platz drei der Photovoltaik-Weltrangliste folgen in diesem Jahr die USA mit rund 90 MW.

2004 findet die bereits 19. Europäische Konferenz zum Thema Photovoltaische Solarenergie statt – diesmal in Paris. Und in Kalifornien verabschiedet der Senat ein Programm, dem zufolge ab 2006 auf einem Viertel der jährlich gebauten Häuser Solarzellen vorgeschrieben sind.

Nach Angaben der Unternehmensvereinigung Solarwirtschaft überschreitet die installierte Solarstromleistung Mitte Juli 2005 die Grenze von einem Gigawatt (1.000 MWp). Ein MWp entspricht einer Leistung von einem Megawatt (MW) bei optimalen Bedingungen, das heißt, einer Sonneneinstrahlung von 1000 W pro m² und einer Temperatur der Kollektoren von 25°C. Bis zum Jahr 2012 rechnet die deutsche Solarindustrie mit 100.000 neuen Arbeitsplätzen in Solarfabriken und Installationsbetrieben. Solarstrom ist heute 70 % günstiger als 1990. Der globale Solarmarkt ist inzwischen hart umkämpft. In den nächsten 20 Jahren wird sich dieser nach Einschätzung des Bankhauses Sarasin & Cie AG auf über 100 Milliarden Euro verzehnfachen. Auch laut Deutscher Bank wird der weltweite Markt für Solarstromtechnik bis 2030 jährlich voraussichtlich zweistellig wachsen.

Zwei weitere aktuelle Projekte in Berlin dienen wohl eher der Optik – wenn man die Leistungen zugrunde legt. Einmal das Solardach des Lehrter Stadtbahnhofs, dem neuen Hauptbahnhof, der inklusive der neuen Bahnzentrale statt der zu Baubeginn veranschlagten 250 Mio. € nun 1,3 Mrd. € kosten wird – sowie das Bundeskanzleramt, auf dessen Dach sich, eine bescheidene PV-Anlage mit einer Größe von 1.271 m² und einer Spitzenleistung von 149 kW befindet.

Im Jahr 2005 werden in Deutschlands Solarfabriken 66 % mehr Solarzellen produziert als 2004. Zugleich gelingt es, den Export von Solarzellen von 30 auf 34 % zu steigern. Der Umsatz der gesamten Photovoltaikbranche in Deutschland liegt 2005 bei über drei Milliarden Euro. In Deutschland gibt es mehr als 5.000 Solarunternehmen, in denen über 30.000 Menschen beschäftigt sind.

In diesem Jahr gehen in Deutschland Solarstromanlagen mit einer Gesamtleistung von über 600 MW ans Netz, womit die BRD auch bei den Neuinstallationen im Bereich Photovoltaik an der Spitze steht, gefolgt von Japan (280 MW) und den USA (90 MW). Bei der Zahl der bereits installierten Anlagen belegt Deutschland mit knapp 200.000 Solarstrom-Kraftwerken und einer installierten Leistung von 1.400 MW ebenfalls eine Spitzenposition. Weltweit wird im Jahr 2005 der Rekordwert von 5.000 MW installiert.

Im Dezember 2005 vereinbart die neue Bundesregierung in den Koalitionsverhandlungen, die erneuerbaren Energien weiter zu unterstützen. Im Gesetz über Erneuerbare Energien steht, dass ihr Anteil an der Stromerzeugung bis zum Jahr 2010 bei 12,5 % liegen soll, 2020 bei 20 %, und 2050 bei 50 %. Im vergangenen Jahr betrug der Anteil bei 5,5 %.

Am Ende des besonders heißen Juli 2006 kletterte der Tagespreis für Spitzenlast-Strom aus Kohle-, Gas- und Atomkraftwerken an der Leipziger Strombörse auf 54 Cent je Kilowattstunde und lag damit erstmals über dem Erzeugungspreis von Solarstrom. Dieser wird im Rahmen des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) mit 40,6 bis 51,8 Cent je kWh vergütet. Grund für die Preisexplosion waren Kühlwasserprobleme einiger Atom- und Kohlekraftwerke sowie der gestiegene Strombedarf von Klimaanlagen. Auch die Zahl der im Juli 2006 gemessenen Sonnenstunden erreicht einen neuen Rekordwert. Der Spitzenwert liegt bei 408 Stunden Sonnenschein und wird auf der Ostseeinsel Hiddensee gemessen. Profiteure sind die Betreiber von Solarstromanlagen, denn die Erträge ihrer Anlagen liegen teilweise über 50 % höher als in den vergangenen Jahren.

Als erste Raumsonde erreicht der gefrierschrankgroße europäische Roboter ‚Smart-1’ den Mond ausschließlich mit Sonnenenergie. Er braucht dafür allerdings über ein Jahr, da das Ionentriebwerk der Sonde nur langsam beschleunigt – dafür aber stetig. Der Rückstoß entsteht, indem elektrisch geladene Gasteilchen von einem Hochspannungsfeld hinausgeschleudert werden und dabei einen nur armdicken Partikelstrahl bilden. Den nötigen Strom hierfür liefern die bordeigenen Solarzellen. Der futuristische Elektromotor ist weitaus sparsamer als konventionelle Triebwerke und gilt als ideal, um später einmal Menschen zum Mars zu befördern. Anfang September 2006 zerschellt Smart-1 als künstlicher Meteorit plangemäß auf der Mondoberfläche, wobei der vom Einschlag aufwirbelnde Staub eine Analyse der Bodenzusammensetzung des neu geschaffenen Kraters erlaubt.

Das US-Unternehmen Aqua Sun International bietet 2006 kompakte und transportable ‚Outpost’ Anlagen zur Trinkwasserbereitung mittels umgekehrter Osmose (RO) an, die durch ein PV-System mit Strom versorgt werden und sich besonders gut in Katastrophengebieten einsetzen lassen sollen.

Wie wir sehen, gibt es inzwischen also einen sehr weiten Anwendungsbereich für Solarzellen. Über Solarmobile, d.h. Elektro-Fahrzeuge mit Solarzellen, berichte ich ausführlich unter dem Oberbegriff Energiespeichern, da die dort behandelten Batterien für Elektrofahrzeuge im Grunde wesentlicher sind als die Solarzellen. Außerdem gibt es auch viel mehr Elektrofahrzeuge ohne (mitgeführte) Solarzellen. Aus Gründen der Kohärenz werde ich Elektroboote und -flugzeuge ebenfalls unter dem Oberbegriff der elektrischen Mobilität behandeln.

Die heute allerdings am weitest verbreitetsten Anwendungen für Solarzellen sind Geräte mit integrierter Stromversorgung. Neben den oben bereits genannten lassen sich diese Geräte nach folgenden Bereichen unterteilen:

Und eigentlich müßten sogar hocheffiziente Solarzellen inzwischen kaum mehr etwas kosten – wenn man sich nur einmal die großspurigen Meldungen und Prognosen des vergangenen 15 Jahre ansieht:

1989:    Rekord für Solarzellen
1990:    Wirkungsgrad bei Solarzellen konnte gesteigert werden
1991:    Neues Verfahren vor dem Durchbruch
1991:    Hoher Wirkungsgrad bei Solarzellen
1991:    Winzige Solarkollektoren verringern Kosten
1992     Solarzellen werden billiger
1992:    Effiziente Solarzellen entwickelt
1993:    Neuer Leistungsrekord für Solarzellen
1993:    Solarstrom wird deutlich billiger
1993:    Neues Material erhöht Wirkung von Solarzellen
1994:    Wirkungsgrad von Solarzellen erhöht
1995:    Lichtblick für die Zellen
1995:    Fortschritte beim Bau von Photovoltaik-Zellen
1996:    Zwei Wege zu billigerem Solarstrom
1996:    Rekord mit neuartigen Solarzellen
1996:    Billiger Siliziumstrom
1996:    Solarzelle mit höherem Wirkungsgrad
1997:    Preiswerter Sonnenstrom
1998:    Neue Produktionsverfahren machen Solarzellen billiger
1998:    Strom aus Sonnenlicht soll billiger werden
1998:    Neues Material für die Massenproduktion
1999:    Solarzellenmarkt vor dem Durchbruch
1999:    Hohe Wirkungsgrade bei neuartigen Zellen
2000:    Effektive Solarzellen aus Kunststoff

Und wieder und wieder und wieder…

2006:    Solarstrom wird billiger!

Wir werden weiter unten noch auf die tatsächliche Preisentwicklung bei Solarzellen bzw. bei Solarmodulen eingehen, da es für den Einsatz letztendlich darauf ankommt, wie viel die Module den Endverbraucher kosten – und dies hängt hauptsächlich davon ab, wie viel produziert wird. Darüber wird bei der Übersicht der Hersteller noch ausführlich gesprochen.

Zuvor jedoch gibt es einen Überblick über die jüngsten Entwicklungen auf dem Sektor der Solarzellen. Denn schon seit langem wird neben der Optimierungsarbeit an den konventionellen Silizium-Solarzellen auch noch an vielen anderen und sehr unterschiedlichen Materialien und Materialkombinationen geforscht.

Die nachfolgende Auflistung der mir bislang bekannten Solarzellentypen erfolgt alphabetisch. Dort sind dann auch die jeweiligen Aktualisierungen ab Anfang 2007 aufgeführt.