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Perspektiven der Photovoltaik-Forschung

An der ersten Vollversammlung des Forschungsnetzwerks „Erneuerbare Energien“ in Berlin nahmen rund 120 Experten aus Forschungseinrichtungen, Industrie und Politik teil. Sie diskutierten über aktuelle Entwicklungen in der Photovoltaik, Systemtechnik, Anlagenbau und Komponentenherstellung. Schwerpunkte der Veranstaltung lagen auf kristallinem Silizium, konzentrierender Photovoltaik, Systemtechnik und CIS-Dünnschichttechnologie.

 

Der Ausbau der Nutzung der Erneuerbaren Energien ist ein zentraler Bestandteil der Energiewende. Um diese Entwicklung weiter voranzutreiben, sind Innovationen in Forschung und Entwicklung notwendig. Das Forschungsnetzwerk Erneuerbare Energien dient daher als Schnittstelle zwischen Politik, Wirtschaft und Wissenschaft, um wichtige Forschungsschwerpunkte zu definieren und passende Förderstrategien zu entwickeln. Aktuell wirken sechs weitere Forschungsnetzwerke an der Vorbereitung eines neuen Energieforschungsprogramms mit; sie behandeln folgende Themen: Industrie und Gewerbe, Gebäude und Quartiere, Stromnetze, Systemanalyse, Flexible Energieumwandlung sowie energetische Biomassenutzung.

Rainer Baake, Staatssekretär im Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, eröffnete die zweitägige Expertentagung im Berliner Umweltforum. Er betonte: „Die Photovoltaik ist eine der tragenden Säulen der Energiewende. In der Vergangenheit haben Forschung und kontinuierliche Entwicklung zu einer kaum geahnten Kostendegression beigetragen. Künftig wird der systemische Ansatz in der Forschung immer wichtiger, damit die Integration der Photovoltaik in das Stromsystem, in die Industrie und in Gebäuden gelingt.“ Konsequente erfolgreiche Forschung und Entwicklung ermöglichten es, immer leistungsfähigere Photovoltaik-Anlagen kostengünstiger herzustellen. Die weltweit installierte PV-Kapazität wuchs 2016 auf das Rekordniveau von rund 295 GW.

Während der Tagung diskutierten die Teilnehmer über die Entwicklung und die strategischen Forschungsschwerpunkte der Photovoltaik. In fünf Arbeitsgruppen trugen sie zusammen, welchen Forschungsbedarf sie bei den unterschiedlichen Technologien und Verfahren sehen. Die Ergebnisse sollen in den kommenden Monaten für eine programmatische Neuausrichtung der Energieforschung in einem neuen Energieforschungsprogramm der Bundesregierung genutzt werden.

Reduzierte Kosten und Weltrekord

Innerhalb des Vorhabens multiTOP erreichten Forscher des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme mit einem Wirkungsgrad von 21,9 % einen neuen Rekord für multikristalline Silizium-Solarzellen. Sie gehen davon aus, dass sich mit dem neuen Material- und Technologieansatz der Wirkungsgrad multikristalliner Zellen künftig noch weiter steigern lässt. Die Solarzelle besteht aus n-Typ High Performance (HP) multikristallinem Silizium. Dieses hat eine höhere Toleranz gegenüber Verunreinigungen, wie etwa Eisen, verglichen mit p-Typ-Material.

Auch bei der noch jungen Perowskit-Technologie wurden innerhalb weniger Jahre erhebliche Fortschritte bei Wirkungsgrad und Stabilität erreicht, im Labor Werte im Bereich von 22 %. Verbesserungsbedürftig ist insbesondere noch die Langzeitstabilität der Verbindungen, außerdem müssen diese aufgrund ihres Bleigehaltes als ökologisch bedenklich eingestuft werden.

In den Vorhaben ENOWA I und II untersuchten Forscher, wie sich die Herstellung von Wafern für Solarzellen durch den Einsatz von Diamantdrahtsägen effektiver und preisgünstiger gestalten lässt. Inzwischen entschied sich Solarworld dafür, den Wafer-Trennprozess komplett auf diese Technologie umzustellen.

Studie zum deutschen Energiesystem bis 2050

Wissenschaftler des Fraunhofer ISE untersuchten in ihrer modellbasierten Studie „Energiesystem Deutschland 2050“, wie sich die energiebedingten CO2-Emissionen langfristig durch verbesserte Energieeffizienz und erneuerbare Energien reduzieren lassen. Um die Ziele der Energiewende zu erreichen, sei demnach ein jährlicher PV-Zubau von 3,5 bis 6 GW erforderlich. Doch gegenwärtig bleibt der Zubau weit darunter. Die Studie kommt zu dem Ergebnis, dass bis 2050 zur Versorgung 150 bis 250 GW an Erneuerbaren Energien nötig würden. Dabei stiege auch der Stromverbrauch gegenüber heute um etwa 42 %. Und das trotz Einsparungen von rund 25 % durch effizienteren Betrieb bei den klassischen Verbrauchern. Das liege daran, dass für die Bereitstellung von Wärme und chemischen Treibstoffen, zum Beispiel durch Elektrolyse, zusätzlich Strom gebraucht werde.

Weitere Informationen zum Forschungsnetzwerk Erneuerbare Energien gibt es auf der Webseite.