Perspektiven der Photovoltaiktechnik

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1 Leipziger Institut für Energie GmbH Perspektiven der Photovoltaiktechnik Solarenergienutzung in der Landwirtschaft Fachtag Bau und Technik am 03. Dezember in Köllitsch Carsten Kühler Leipziger Institut für Energie GmbH Torgauer Str Leipzig Telefon +49 (0)341/

2 Perspektiven der Photovoltaiktechnik Kurzportrait IE Leipzig Inhalt 1. Photovoltaiktechnik im Überblick 2. Entwicklungstrends und Perspektiven 3. Fazit 1

3 Kurzportrait IE Leipzig Inhalt Historischer Überblick Eigentümerstruktur Tätigkeitsschwerpunkte 2

4 Historischer Überblick 1953 Gründung: Institut für Energetik in Halle/Saale 1958 Umzug nach Leipzig 1990 Umwandlung in eine GmbH Zuordnung zur Treuhandanstalt 1993 Gründung: Förderverein Leipziger Institut für Energetik e.v. Gründung: Institut für Energetik ggmbh und Privatisierung 1995 Umbenennung in Institut für Energetik und Umwelt ggmbh 2008 Ausgliederung Bereich Energiewirtschaft in Leipziger Institut für Energie GmbH Überführung Institut für Energetik und Umwelt in Deutsches BiomasseForschungsZentrum ggmbh Kurzportrait IE Leipzig 3

5 Eigentümerstruktur 100% Förderverein Leipziger Institut für Energetik e.v. Institut für Energetik und Umwelt gemeinnützige GmbH Technische Universität Hamburg-Harburg Freie und Hansestadt Hamburg Deutsches Biomasse- Forschungs- Zentrum gemeinnützige GmbH Bioenergiesysteme Biogastechnologie Verwaltung Energiewirtschaft 51% 49% TuTech Innovation GmbH 100% Leipziger Institut für Energie GmbH Kurzportrait IE Leipzig 4

6 Aktivitäten ten zu Fragen entlang der energiewirtschaftlichen Wertschöpfungskette Energieerzeugung Energiepreise Energieeffizienz und Umweltbewertung Energieverteilung Energienachfrage Politikberatung Verkehr und Mobilität Wissenstransfer und Öffentlichkeitsarbeit Technische Universität Hamburg-Harburg CERAMIN.EU Kurzportrait IE Leipzig 5

7 1 Photovoltaiktechnik im Überblick 6

8 PV-Systeme Netzunabhängige Systeme ( Inselsysteme ) Netzfreie Systeme z. B. Taschenrechner, Parkscheinautomaten Netzferne Systeme z. B. bei Berghütten, in Ländern mit fehlender Infrastruktur Netzgekoppelte Systeme Dezentrale Systeme ( Dachanlagen ) Ein- und Mehrfamilienhäuser, gewerbliche und kommunale Bauten Zentrale Systeme ( Freiflächen ) Photovoltaikkraftwerke PV-Technik im Überblick 7

9 Systemkomponenten Module 50-60% der Komponentenkosten Unterkonstruktion 5-10% der Komponentenkosten Wechselrichter und Verkabelung 5-10% der Komponentenkosten Installation und Planung 20% der Komponentenkosten PV-Technik im Überblick 8 Quelle: /KWS 2003/

10 Modultechnologien Dickschichtmodule (kristalline Module) Zellmaterial: Silizium (poly-/ monokristallin [min. 50 µm]) (+) hohe Wirkungsgrade: ca % / 15-20% (+) beherrschender Markt (da Silizium das meistgenutzte, das theoretisch am besten verstandene und technologisch am besten beherrschbare Halbleitermaterial ist) (-) hoher Materialeinsatz (-) Materialengpässe durch unzureichende Produktionskapazitäten Einsatzbereich (Trend): Dachanlagen mit kleinen und mittleren Leistungsbereichen PV-Technik im Überblick 9 Quelle: /Photon 2/2007/, /ARGE 2007/, /EE 2003/ Bildquelle:

11 Dünnschichtmodule Modultechnologien Zellmaterial: Silizium (amorph [ca. 1 µm]), Verbindungshalbleiter (-) geringe Wirkungsgrade: ca. 5-10% (+) Entkoppelung vom Siliziumangebot Einsatzbereich (Trend): Freiflächenanlagen und große Dachanlagen; Dachintegrationen (Dachziegel, Glasdächer) PV-Technik im Überblick 10 Quelle: /Photon 2/2007/, /ARGE 2006/ Bildquellen: linkes Bild: / rechtes Bild:

12 Modultechnologien Entwicklung der installierten Leistung nach Zelltechnologie und Jahren Stand: Datengrundlage: 159 Anlagen ( ) Leistung [MW p ] Dünnschicht Wafer k. A. PV-Technik im Überblick 11 Quelle: /ARGE 2007/

13 Schwachlichtverhalten Modultechnologien Der Wirkungsgrad von PV-Modulen variiert mit Steigerung der Bestrahlungsstärke Dickschichtmodule: steigender relativer Wirkungsgrad Dünnschichtmodule: abnehmender relativer Wirkungsgrad An strahlungsarmen Standorten können Dünnschichtmodule vorteilhaft sein. Ein derzeitiger Trend von zunehmender Erschließung von bisher strahlungsarmen Standorten mit Dünnschichtmodulen wird beobachtet. PV-Technik im Überblick 12 Quelle: /ARGE 2006a/

14 Schwachlichtverhalten Modultechnologien relativer Wirkungsgrad Modul Waferzellen typisch Modul Waferzellen verbessert Dünnschichtmodul CdTe FIRST SOLAR Dünnschichtmodul a-si UNISOLAR PV-Technik im Überblick Bestrahlungsstärke (W/m²) 13 Quelle: /ARGE 2006a/

15 Temperaturverhalten Modultechnologien Die Modulleistung sinkt mit steigenden Temperaturen (-) Dickschichtmodule: 0,3-0,5% Leistungsabnahme/ C (+) Dünnschichtmodule: 0,2 0,3% Leistungsabnahme/ C Leistungsabnahme mit steigender Temperatur bei Dünnschichtmodule nur halb so groß Diese Vorteilhaftigkeit wird jedoch durch eine effiziente Kühlung bei Freiflächenanlagen relativiert Für südeuropäische Länder kann der Effekt stärker sein PV-Technik im Überblick 14 Quelle: /Photon 2/2007/, /ARGE 2006a/

16 Modultechnologien Leistungsabnahme Die Leistung von PV-Modulen sinkt mit der Betriebsdauer (Degradation) Dickschichtmodule: Degradation: ca. 10% über die gesamte Lebensdauer Herstellergarantie: max. 12 Jahre auf 90%, 26Jahre auf 80%* Dünnschichtmodule: Degradation: bis zu 25% im ersten Betriebsjahr** Stabiler Wirkungsgrad nach ca Sonnenstunden Für neuere Modultypen wurde eine Folgedegradation bis jetzt nicht bestätigt Herstellergarantie: Jahre auf 80%* (vereinzelt 10 Jahre auf 90%) PV-Technik im Überblick *der Nennleistung / ** bei Herstellerangaben bereits berücksichtigt Quelle: /Photon 2/2007/, /ARGE 2006a/ 15

17 2 Entwicklungstrends und Perspektiven 16

18 Marktentwicklung Entwicklungstrends Siliziumproduktion Ausbau der weltweiten Produktionskapazitäten Prognose: Ausgeglichene Marktsituation frühestens 2010 China-Boom 7 GW angekündigte Produktionskapazität bis 2010 Verstärkte Marktpräsens chinesischer Produkte in Europa Schärferer Preiskampf auf dem europäischen Markt (Preisdifferenz -40%) Zunehmendes Angebot fragwürdiger Module mit hohen Ertragszahlen und Garantieversprechen Entwicklung & Perspektiven 17 Quelle: /Photon 8/2007/

19 Entwicklungstrends Technologieentwicklung Technologien mit Kostensenkungspotenzialen Wirkungsgradsteigerung und Optimierung Produktinnovationen Konzentratormodule Organische Zellen Farbstoffzellen (Grätzel-Zellen) Grundlagenforschung Prozessinovationen Lasertechnologie zur Oberflächenstrukturierung Verdampfungstechnologie (Vakuum- / Elektronenstrahlverdampfung) Produktion in integrierten Großkomplexen ( Gigawattfabriken ) Entwicklung & Perspektiven 18 Quelle: /Photon 5/2006a/, /Photon 5/2006b/, /Photon 3/2007/, /Photon 5/2007/, /Prognos 2007/

20 3 Fazit 19

21 Fazit Investitionskosten speziell für die Module werden zukünftig deutlich geringer werden (ab 2009 < Zwang der Degression aus Einspeisevergütung) Kosteneinsparung muss sich nach den Modulen auf die anderen Herstellungsstufen konzentrieren (Unterkonstruktion, Wechselrichter / Verkabelung, Planung / Installation) Photovoltaikanlagen werden zukünftig als Anlageform im besonderen für Kleinanleger wirtschaftlich attraktiv sein Mittelfristig bleiben Dickschichtmodule marktbeherrschend Dünnschichtmodule werden Anschluss im Zuge der kommenden Preissenkung an die Absatzzahlen von Dickschichtmodulen erhalten 20

22 Leipziger Institut für Energie GmbH Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Dipl.-Ing. (FH) Carsten Kühler Projektleiter Telefon: / carsten.kuehler@ie-leipzig.de Leipziger Institut für Energie GmbH Torgauer Str Leipzig Telefon +49 (0)341/