Die deutsche Photovoltaik-Branche
Die Sonne liefert in einer Stunde mehr Energie auf die Erde, als derzeit weltweit pro Jahr verbraucht wird.
Technologie und Anwendungen
Photovoltaik nennt man die direkte Umwandlung von Sonnenstrahlung in elektrische Energie mittels Solarzellen. Diese bestehen bislang meist aus dem Halbleiter Silizium. Durch entsprechende Behandlung ergeben sich verschiedene Schichten, die ein elektrisches Feld erzeugen. Fällt Licht auf die Solarzelle werden positive und negative Ladungen durch ein elektrisches Feld getrennt, die an den beiden Polen der Solarzelle wie bei einer Batterie zur Nutzung bereitstehen. Der solar erzeugte Gleichstrom kann direkt zum Betrieb elektrischer Geräte genutzt oder in Batterien gespeichert werden. Alternativ kann der Strom mit einem Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt und in das Stromnetz eingespeist werden. Um größere Leistungseinheiten zu erhalten, werden viele Solarzellen in einem Solarmodul zusammengefasst und verschaltet.
Photovoltaikanlagen haben den großen Vorteil, dass sie überall unabhängig vom Stromnetz betrieben werden können. Gekoppelt mit einer Batterie ergeben sich Inselanlagen, in denen der Solarstrom direkt genutzt zwischengespeichert wird. Steht nicht genügend Solarstrahlung zur Verfügung z.B. nachts, kann Strom aus der Batterie entnommen und verbraucht werden. Eine häufige Anwendung dieses Prinzips sind sogenannte Inselsysteme für einzelne Gebäude zur Beleuchtung und zum Betrieb eines Radios oder TV-Geräts. Inselsysteme können aber auch für die Versorgung von Dörfern eingerichtet werden, bei denen zum Beispiel mehrere Häuser über ein kleines Stromnetz verbunden sind. Dann bietet es sich an, dass der solar erzeugte Gleichstrom in Wechselstrom umgewandelt wird, wodurch wieder handelsübliche Geräte eingesetzt werden können. Der Wechselrichter erzeugt die Wechselspannung und regelt die Einspeisung des Solarstroms aus der Solaranlage und bei Bedarf aus den Batterien. In solche Systeme lassen sich auch andere Energiequellen wie beispielsweise kleinere Wind- oder Wasserkraftanlagen integrieren.
Den stärksten Zuwachs weltweit erfahren derzeit jedoch die netzgekoppelten Solarstromanlagen. Mittels Wechselrichtern wird der Solarstrom in netzkonformen Wechselstrom umgewandelt und in das öffentliche Stromnetz eingespeist. Dabei sind alle Größen möglich, von der Kleinanlage auf Wohnhäusern mit z.B. 1 kWp (Kilowatt peak) Leistung mit einer Solarfläche von ca. 10 Quadratmetern bis zur Großanlage im Freigelände mit mehr als 10 MWp (Megawatt peak) Leistung und einer Solarfläche von 100.000 Quadratmetern.
Bis heute bestehen über 90% der eingesetzten Solarzellen aus kristallinem Silizium, die sich jahrzehntelang bewährt haben. Künftig wird jedoch der Marktanteil so genannter Dünnschichtzellen steigen, da sie kostengünstiger hergestellt werden können. Sie sind 200-mal dünner und sparen damit Material- und Energieaufwand. Dünnschichtsolarzellen bestehen aus amorphem Silizium, Cadmiumtellurid, Kupfer-Indium-Diselenid oder anderen speziellen Halbleitermaterialien, die als dünne Schichten auf ein Trägermaterial aufgebracht werden. Sie weisen derzeit einen geringeren Wirkungsgrad als kristalline Zellen auf und benötigen zur Erzeugung derselben Strommenge eine größere Installationsfläche. Bei einem Vergleich der Zelltypen müssen deshalb alle Kosten berücksichtigt werden.
In Deutschland wurde in den vergangene Jahren sowohl in modernste Fabriken zur Herstellung von kristallinen Solarzellen und Modulen als auch in Fabriken zur Herstellung von Dünnschichtmodulen investiert. In mehr als 50 Fabriken werden alle Vorprodukte, vom Silizium über Ingots, Wafer, Solarzellen bis zu den Solarmodulen, Dünnschichtmodulen oder auch Wechselrichtern in hoher Qualität produziert.
Netzgekoppelte Photovoltaikanlagen gibt es in unterschiedlichsten Leistungsklassen. Kleinanlagen mit einer Nennleistung von üblicherweise 3-4 kWp finden sich meist auf den Dächern von privaten Wohnhäusern. Mittlere Anlagen mit typischerweise 30 bis 50 kWp werden oft auf Fabrikhallen und Bürogebäuden, landwirtschaftlichen Gebäuden, Schulen, Rathäusern und anderen öffentlichen Gebäuden installiert.
Großanlagen mit Leistungen von mehreren Megawatt werden üblicherweise als Freiflächenanlagen gebaut. Die größte, derzeit im Bau befindliche Anlage hat eine Leistung von 40 MWp.
Photovoltaik-Elemente können Mehrfachnutzen bieten und als Sonnenschutz, Fassadenverkleidung oder Dacheindeckung in Gebäude integriert werden. In vielen mobilen Anwendungen wie zum Beispiel Taschenrechnern oder Messgeräten bieten sie Unabhängigkeit. In ländlichen Gebieten ohne Stromversorgung treiben Solarmodule umweltfreundlich und zuverlässig Wasserpumpen an, versorgen Telekommunikationseinrichtungen oder Straßenlaternen und werden zum Kühlen von Medikamenten genutzt.
Marktentwicklung Deutschland und weltweit
Die Solarbranche ist eine Boombranche. In Deutschland sind bereits rund 1,3 Millionen Solaranlagen in Betrieb. In Deutschland ist der Photovoltaikmarkt und die dazugehörige Industrie in den vergangenen Jahren stark gewachsen. 2006 wurden nach Angaben des Bundesverbandes Solarwirtschaft 750 MWp Solarstromanlagen neu installiert, Ende 2006 waren damit 2.500 MWp Solarstromleistung in Deutschland in Betrieb. Die Branche setzte rund 3,8 Milliarden Euro um. Insgesamt wurden 2006 in Deutschland Solarzellen mit einer Leistung von rund 500 Megawatt produziert. Das entspricht einem Jahreszuwachs von rund 50 Prozent. Die Branche erwartet eine weitere deutliche Zunahme der Verkaufszahlen auch durch das Erschließen neuer Märkte weltweit.
Deutsche Solarfirmen bauen zurzeit große Produktionsstätten im In- und Ausland, um dem weltweiten Wachstum am Photovoltaikmarkt gerecht zu werden. Allein in 2007 und 2008 werden in Deutschland 15 neue Solarfabriken und bis zu 10.000 neue Solartechnik-Arbeitsplätze in Industrie, Handel und Handwerk entstehen.
Rahmenbedingungen
Die Markteinführung der Photovoltaik wird in Deutschland durch attraktive und kalkulierbare staatliche Rahmenbedingungen vorangetrieben. Das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) garantiert dem Betreiber eine feste Einspeisevergütung über 20 Jahre, die die Investition sicher und wirtschaftlich attraktiv macht. Für eine im Jahr 2007 in Betrieb gehende Photovoltaikanlage bis 30 kWp auf einem Gebäude erhält der Betreiber 20 Jahren lang 49,21 Eurocent pro Kilowattstunde Solarstrom, die er ins Stromnetz einspeist. Anlagen, die im Jahr 2008 in Betrieb gehen, erhalten eine um 5% niedrigere Vergütung, da davon ausgegangen wird, dass auch die Preise um 5% sinken werden. Durch die rasche technische Weiterentwicklung der Komponenten und Produktionsprozesse und den massiven Ausbau von Produktion und Markt hat sich der Preis für Solarstromanlagen von 1991 bis 2003 um über 60% reduziert. Nach vorübergehendem Preisanstieg aufgrund der Siliziumverknappung sind die Preise wieder am Sinken.
Ausblick
Nicht nur die solaren Erträge von Photovoltaikanlagen werden höher, auch die Vielfalt der baulichen Anwendungsvarianten wird immer größer. Solaranlagen lassen sich als Teil der Fassade harmonisch in Gebäude integrieren. So ist absehbar, dass die Solartechnik zugleich als dezentrale Energiequelle und als Bau- und Gestaltungselement bei privaten und gewerblichen Bauherren, Planern und Architekten immer beliebter wird. Langfristig wird ein hoher Teil des deutschen Strombedarfs aus Solaranlagen gedeckt werden. Noch mehr gilt das für Länder mit besonders intensiver Sonneneinstrahlung.
