Photovoltaik

Photovoltaikanlagen prägen wie auch Windenergieanlagen mittlerweile das Landschaftsbild innerhalb Deutschlands. Kaum eine Straße, in der nicht zumindest eines der Häuser die charakteristischen dunklen Photovoltaik-Module auf dem Dach besitzt und damit Sonnenenergie nutzt, um eigenen Strom zu erzeugen. Der Einsatz der Technologie reicht von kleinen mobilen Auflade-Stationen für Smartphones bis hin zu riesigen Freiflächenanlagen auf dem Feld.

Die Einsatzorte von Photovoltaik sind vielfältig: Hier ersetzen ungerahmte PV-Module einen Teil der Verbundsicherheitsgläser der transparenten Halle des Berliner Hauptbahnhofs.

Die Einsatzorte von Photovoltaik sind vielfältig: Hier ersetzen ungerahmte PV-Module einen Teil der Verbundsicherheitsgläser der transparenten Halle des Berliner Hauptbahnhofs.

Die Photovoltaik deckte im Jahr 2017 bereits 6,6 Prozent des gesamten deutschen Stromverbrauchs. Damit stellt sie  18,3 Prozent der Stromproduktion aus regenerativen Quellen und belegt Platz 2 hinter der Windenergie (Quelle: AGEE-Stat). Deutschland ist für die hohe Qualität seiner Produkte sowie technisch fortschrittliche und innovative Produktionsverfahren bekannt. Das macht sich insbesondere für die Hersteller von Maschinen, Komponenten und Anlagen bemerkbar, die ihre Produkte erfolgreich ins Ausland verkaufen.

Nach dem Sägen und Reinigen werden die Siliziumwafer geprüft und sortiert. Erst danach können sie zu Solarzellen weiterverarbeitet werden.

Nach dem Sägen und Reinigen werden die Siliziumwafer geprüft und sortiert. Erst danach können sie zu Solarzellen weiterverarbeitet werden.

Die Kosten der Technologie und somit die Kosten für Strom aus dieser Quelle weiter zu senken, ist im Bereich Photovoltaik – genau wie auch bei den anderen auf dieser Seite vorgestellten Technologien – ein wichtiges Ziel von Forschung und Entwicklung. Höhere Wirkungsgrade der Zellen sowie effizientere Produktionsverfahren und eine längere Lebensdauer der Produkte tragen dazu bei. Wissenschaftsteams arbeiten daher daran, den Material- und Energieverbrauch bei gleichbleibender, möglichst steigender Qualität zu senken. Wichtig bei sämtlichen Forschungsansätzen ist es, neue Konzepte aus dem Labor auf industrielle Produktionsprozesse übertragen zu können. Flexibel auf verschiedene Zellkonzepte umrüstbare Anlagen sowie der vermehrte Einsatz von Informations- und Kommunikationstechnologie tragen dazu bei.

Zellen auf Basis kristallinen Siliziums als Halbleiter stehen weiterhin im Vordergrund der Entwicklung. Der aktuelle Standard hierbei ist die sogenannte PERC- (Passivated Emitter and Rear Contact) Technologie. Aktuelle Forschungsprojekte beschäftigen sich mit deren Weiterentwicklung, etwa durch passivierte selektive Kontakte. Diese lassen nur eine Sorte Ladungsträger passieren. So wird durch das Zelldesign verhindert, dass freie positive und negative Ladungsträger miteinander rekombinieren, wodurch weniger Strom verloren geht.

Ein weiteres wichtiges Forschungsfeld liegt im Bereich Dünnschichttechnologien. Dünnschichtsolarzellen können kostengünstiger produziert werden und eignen sich gut für die Integration in Gebäudefassaden. Ein Beispiel hierfür sind die so genannten CIGS-Solarzellen. Der Name steht für die darin eingesetzten Elemente Kupfer, Indium, Gallium und Selen, die in diesem Zellkonzept den Halbleiter bilden. Durch Forschung und Entwicklung steigt deren Wirkungsgrad kontinuierlich.

Daneben kommt zunehmend das Konzept der Tandemsolarzellen auf: Zwei oder mehr Solarzellen aus verschiedenen Materialien werden dabei übereinander geschichtet, um unterschiedliche Wellenlängen des Lichts in Strom umwandeln zu können. Der Wirkungsgrad ist entsprechend hoch, die Kosten aktuell jedoch ebenfalls. Ein Beispiel sind Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen.

Der Markt für Photovoltaik

Ende Dezember 2017 waren weltweit rund 400 Gigawatt Leistung aus Photovoltaikanlagen installiert. Damit stieg die weltweit installierte PV-Leistung seit 2016 um mehr als ein Drittel. Zum Vergleich: Die gesamte installierte Netto-Leistung aller Stromerzeuger in 2017 beträgt in Deutschland 201,79 Gigawatt (Quelle: Fraunhofer ISE, energy-charts.de).

Die Internationale Energieagentur (IEA) erwartet, dass weltweit bis 2022 weitere 438 Gigawatt Photovoltaik-Kapazität installiert werden. Der chinesische Markt spielt hierbei eine wichtige Rolle, für Indien wird weiteres Wachstum im PV-Bereich prognostiziert. In Deutschland ist die Nachfrage leicht angezogen, im Jahr 2017 wurden 1.750 Megawatt neu installiert.

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