Solarmodul- und Solarzellenleistung versus Kosteneinsparungen

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Die Entwicklung der Solarzellen und -module erfolgte ähnlich dramatisch wie beim Computer und beschleunigt sich immer mehr. Richard Swanson, Gründer von SunPower, veröffentlichte im Jahr 2006 einen Bericht, in dem er folgendes voraussagt: Der stetige und anhaltende Kostenrückgang für die Produktion von Solarmodulen wird im Laufe der Zeit auch zu einer vermehrten Nutzung dieser Solarmodule führen.

Einige vermuten sogar, dass irgendwann kaum mehr Produktionskosten für Solarmodule anfallen. Gleichzeitig hat sich die Leistungsfähigkeit von Solarmodulen in den letzten Jahrzehnten deutlich erhöht, und liegt heute zwischen 14-22,5% für in Masse produzierte Solarzellen.

Leistungsverbesserung von Solarzellen und -modulen

Wie beim Mikrochip für den Computer, war auch die Entwicklung der Solarzellen und -module dramatisch und beschleunigt sich immer mehr. Solarsysteme durchlaufen, wie jede andere neue Technologie, einen ausgeprägten Entwicklungsweg. Dieser beginnt beim Herzstück des Systems, den Solarzellen und Solarmodulen. Als diese komplexe neue Technologie das erste Mal aufkam, mussten einige Dinge gemeistert werden: von der ersten Produktion der Solarzellen und -module, über die Integration tragfähiger Systeme bis hin zur Anpassung einer gesamten Industrie.

Anfangs konzentrierte man sich vor allem auf die Leistung von Solarzellen und -modulen, um das Konzept der solaren Energieerzeugung überhaupt tragbar zu machen. Mit besonderem Fokus auf den Solarzellen, besteht das Gesamtziel in einer verbesserten, effizienteren Umwandlung von Licht in Strom.

Für High-End-Systeme wurden Wirkungsgrade von ca. 40% erreicht. Dort werden sogenannte Multi-Junction-Zellen (verschiedene Schichten Silikon) genutzt, um spezielle Wellenfrequenzen (Lichtfarben) einzufangen. Diese Produktion dieser Zellen ist jedoch sehr teuer und wurde deshalb hauptsächlich in der Weltraumforschung eingesetzt.

Die Kernleistung der meisten Mainstream-Solarzellen und -module hat sich in den letzten Jahren beschleunigt. Die Effizienzklasse rangiert von 22-22,5% für die hochwertigen Solarzellen- und Module.

Über diese Leistungsverbesserungen hinaus, ist die Gesamtleistung von Solarsystemen von vielen Faktoren abhängig:

  • Pre-Modul Verluste – Eine Kombination aus „Toleranz der Nennleistung“ (die Abweichung zwischen Nennleistung und tatsächlicher Leistung, mit einer Abweichung von bis zu 5%) und externen Standortfaktoren wie:
    • Schatten (von Schornsteinen, Bäumen und anderen Gebäuden)
    • Schmutz (Verluste bis zu 4% in gemäßigten Regionen mit häufigem Regen und bis zu 25% in Trockengebieten mit nur selten Regen)
    • Schnee (abhängig von Standort und Wartungsaufwand)
    • Reflexion enthält die Menge des genutzten Sonnenlichts in der Solarstromerzeugung (kann mit dem Winkel des einfallenden Sonnenlichts und Stärke des diffusen Lichts aus Wolken versus Sonnenlicht variieren)
  • Modul-Verluste – Hervorgerufen durch Beschränkungen der Solarzelleneffizienz und thermische Verluste (die mit der Umgebungstemperatur ansteigen)
  • Systemverluste – Dazu gehören Verluste aus
    • Widerstand in der Verdrahtung (die bei allen Kabeln auftritt)
    • Maximale Power Point Tracker (MPP) Verluste
    • Inverter-Ineffizienz
    • Falsche Größe des Inverters (Ist der Inverter zu klein, geht Strom verloren. Wenn er zu groß ist, kann er Licht niedriger Intensität nicht verarbeiten)
    • Transformatorverluste (bei Solaranlagen, die an lokale Stromnetze angeschlossen sind)
  • Betrieb & Wartung – Dies bezieht sich auf Systemausfallzeiten, die glücklicherweise nur selten auftreten
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Insgesamt steigert sich also die Leistung von Solarzellen und -modulen konstant. Doch wie bei jeder fortgeschrittenen Technologie, wird die Gesamtleistung durch eine Vielzahl von Faktoren beeinflusst. Die erfahrene Leistung zum Zeitpunkt des Verbrauchs ist also immer zu einem gewissen Grad von den genannten Faktoren abhängig.

Aus diesen anhaltenden Leistungsverbesserungen ergeben sich aber auch signifikante Kostensenkungen.

Kostensenkungen bei Solarzellen und Solarzellen

Richard Swansons 2006 veröffentlichter Bericht „A Vision for Crystalline Silicon Photovoltaics (Vision einer kristallinen Silikon-Photovoltaik)“ weist auf folgende Hauptfaktoren hin, die zu fallenden Kosten in der Solarmodulproduktion führen:

  • Solarzellengröße – Größere Zellen sind leichter zu handhaben als kleinere, da weniger Zellen für die gleiche Menge an Solarmodulen benötigt werden
  • Dünnere Silikon-Wafer – nutzen weniger Silikon und sind damit kostengünstiger
  • Herstellungstechniken wie Siebdruck, Drahtsägen und effizientere Prozesse senken die Kosten
  • Die Herstellung effizienterer Solarzellen und -module führen nicht nur zu Leistungssteigerungen, sondern bringen Vorteile für die gesamte Wertschöpfungskette, z.B. werden weniger Glas und andere Materialien für die Endproduktion benötigt
  • Kostenersparnisse durch Massenproduktion, da die Industrie erwachsen und größer wird, und somit mehr automatisierte Fabriken entstehen

Die folgende Grafik veranschaulicht den Kostentrend von bodenmontierten Photovoltaik-Projekten und gleichzeitig den dramatischen Kostenrückgang im Laufe der Zeit.

Kostentrend von bodenmontierten Photovoltaik-Projekten

Der Faktor Massenproduktion wird derzeit vom amerikanischen National Renewable Energy Laboratory als dominanter Faktor angesehen. In ihren Augen, überwiegt dieser die Arbeitskosten – sogar in China – als treibende Kraft zur Senkung von Herstellungskosten für Solarmodule.

Das sind gute Nachrichten, wünscht man sich doch weltweit heimische Solarproduktionen in großem Stil. Auch das kann zu Preisunterschieden in verschiedenen Teilen der Welt führen und ist Ergebnis einer gut etablierten Massenproduktion, die der regionalen Nachfrage dient (z.B. in China und Deutschland). Die Preise für Solarmodule in Kalifornien und der USA allgemein, liegen dagegen deutlich höher als in Deutschland, wo Wohnsolaranlagen weitaus häufiger vorkommen.

Dieses Problem ist der amerikanischen Solarindustrie wohl bekannt. Die Fortschritte in diesem Bereich sind aber vielversprechend, angesichts der erwarteten großen Nachfrage für Solarstrom in den kommenden Jahrzehnten.

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Bildquellen

  • Solarstrom Kostenvergleich: vsnyder88 | Shutterstock.com