Die Zukunft der Solarbranche in Deutschland

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1 Die Zukunft der Solarbranche in Deutschland Prof. Dr. Eicke R. Weber Leiter, Fraunhofer ISE und Albert Ludwigs Universität, Freiburg VBKI Arbeitskreis Politik & Wirtschaft Berlin, 5. Juni 2013

2 Fraunhofer-Institut für Solare Energiesystem ISE Größtes europäisches Solarforschungsinstitut Mit ca Mitarbeitern (incl. Studenten) Geschäftsbereiche: Photovoltaik (Si, CPV, OPV) Solarthermie (ST, CSP) Regenerative Stromversorgung Energieeffiziente Gebäude & Gebäudetechnik Angewandte Optik & funktionale Oberflächen Wasserstofftechnologie ISE Freiburg CSP Halle (mit Fh-IWM) THM Freiberg (mit Fh-IISB) LSC Gelsenkirchen CSE Boston (Fh-USA) 10% Grundfinanzierung 90% Projektforschung, 50% Industrie, 40% öffentl. 77 M Budget ( 12) > 10% Wachstumsrate

3 Eine radikale Transformation unseres globalen Energiesystems ist erforderlich und nützlich! Verknappung fossiler Brennstoffe Gefahr katastrophaler Klimaveränderungen Risiko von Nuklearunfällen/Endlagerfrage Abhängigkeit von Importen aus politisch unstabilen Regionen dazu kommt seid kurzem: Zunehmende Chancen finanzieller Vorteile! Fossile Brennstoffe werden knapper Es ist jedoch zu Bedenken: Diese Transformation braucht Zeit Entwicklung von Technologien Implementierung in den Markt Investitionen Die industrialisierten Länder sollten voran gehen, Deutschland ist dafür besonders prädestiniert Die Welt wird wärmer

4 Die Transformation des Energiesystems erfordert: Verbesserte Energieeffizienz in Gebäuden, Transport (e-mobilität) and Produktion Rasche Entwicklung der regenerativen Energien, wie PV, ST, Wind, Hydro, Geothermie und Biomasse in Richtung auf eine Zukunft mit 100% regenerativen Energien Entwicklung von Energie Speichertechnologien Ausbau des Stromnetzes für dezentrale Einspeisung, weiträumigen Transport und intelligenten Verbrauch ( smart grid )

5 World Energy Resources (1 Twy = ca TWh) Quelle: M. Plass, CFV

6 Technologien für 100% regenerativen Strom 3 Komponenten werden gebraucht, etwa 1:1:1 Netz Speicher Wasser, Geothermie, Biomasse

7 Monatliche Produktion Solar und Wind Monatliche Produktion Solar und Wind TWh 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 Jahr 2012 Januar Februar März April Mai Juni Juli August Sept. Oktober Nov. Dez. Legende: Wind Solar Die maximale Stromproduktion erzeugten Solar- und Windenergie-anlagen im Januar 2012 mit 7,6 TWh Die minimale Produktion betrug 4,7 TWh im November Grafik: B. Burger, Fraunhofer ISE; Daten: Leipziger Strombörse EEX 2012

8 Summe Solar und Wind in 2011 und 2012 Summe der jährlichen Produktion Solar und Wind TWh 80 68,173 TWh +8,3% 73,811TWh Summe Solar- und Windenergie Die Summe der Stromerzeugung aus Solar und Wind stieg gegenüber 2011 um 8,3%. Grafik: B. Burger, Fraunhofer ISE; Daten: Leipziger Strombörse EEX; BMWi Energiedaten

9 Entwicklung der Stromerzeugung in Deutschland 800 HTW-Szenario: Klimaschutz und nachhaltige Entwicklung 25 % 100 % Bruttostromverbrauch in TWh 20 bis 30% Fossile Kraftwerke Kernenergie Import (regenerativ) Photovoltaik Windkraft Geothermie Biomasse Wasserkraft Graphik: Prof. V. Quaschning, HTW 9

10 Die Kosten der Solarenergie: Preis-Lernkurve der globalen c-si PV Modulpreis Module Price [inflation [Inflationskorrigierte adjusted / Wp] 2011 /W p ] Steigung: Mit jeder Verdoppelung der global installierten Menge sank der Modulpreis um 20%! : Weit unter 1 /W p! Source: Navigant Consulting; 1 0,01 0, EuPD Module price (since 2006); Design: PSE AG 2012 Cumulated Kumulierte Produktion Production [GWp] p ]

11 Ausblick Photovoltaik (PV) Weltmarkt Beispiel: Sarasin Bank, Nov 2010: 110 Gigawatt 2020 Marktausblick: 30 GW/a für 2014, 110 GW/a für 2020 Jährl. Wachstumsrate: Im Bereich 20% bis 30% > 30 GW bereits 2012! Quelle: Sarasin, Solar Strudy, Nov 2010

12 PV Production Development by Technology Production 2011 (MWp) Thin film 3,204 Ribbon-Si 120 Multi-Si 10,336 Mono-Si 9,114 Source: Navigant Consulting Design: PSE AG 2012

13 High-efficiency n-type PERL Cells Lab Results Excellent performance at cell level Only very thin ALD layer necessary V oc J sc FF η [mv] [ma/cm 2 ] [%] [%] Best cell * *Confirmed at Fraunhofer ISE CalLab ap = aperture area (= bus bar included in illuminated area) Benick et al., APL 92 (2008) Glunz et al., IEEE-PVSC (2010)

14 Introduction Crystalline Silicon Technology Port Folio Material quality Diffusion length Base conductivity Device quality Passivation of surfaces Low series resistance Light confinement Cell Structures Materi al quality Industry HJT IBC-BJ MWT- HJT PERC PERC PERC: Passivated Emitter and Rear Cell MWT: Metal Wrap Through Standard IBC-BJ: Interdigitated Back Contact Back Junction 14% 15% HJT: Hetero Junction Technology Adapted from Preu et al., EU-PVSEC % BC- Module efficiency 21% 20% 19% 18% 17% Devic e quality

15 Hoch konzentrierende Photovoltaik (CPV) für sonnenreiche Gegenden der Welt Systemeffizienz heute bereits ~ 25 % AC ~ 200 MW/a weltweite Produktionskapazität Kein Kühlwasserbedarf Modular kw bis GW möglich Energie Rückgewinnungszeit: ~ 12 Monate! 2012: SOITEC SOLAR, Freiburg, baut eine 150 MW CPV Fertigung bei San Diego, CA, für ein 300 MW Solar Kraftwerk

16

17 The biggest challenge of the sustainable electricity system: Fluctuations of electricity production by solar and wind Measures to secure electricity supply: Mix of renewable energies Expansion of the distribution grid to capture solar electricity and balance differing regional solar electricity generation Expansion of high-voltage grid to bring wind electricity to consumers and balance differing regional generation Smart Grids Demand-side management (consumption follows generation) Building up short-time storage capacities Building up seasonal storage Following a typical load curve with RES (one week example) wind Pumped-storage plant We Th Fr Sa Su Mo Tu solar bio gas storage export import Source: Fraunhofer IWES

18 Photovoltaik in Richtung Terawatt (TW: 1 Million Megawatt) Weltleistungsbedarf: heute 16 TW, 2050 wenigstens 30 TW PV: wenigstens 10%, optimistisch 30-40% des Energiebedarfs 3 TW Leistung erfordert 12 TW PV, 12,000 GW PV global installiert bis 2011: 70 GW, 2012 allein: 30 GW Um GW zu erreichen brauchen wir beim Tempo von Jahre! Daher wird der globale PV Markt in naher Zukunft (2025?) noch 10x wachsen Dies wird von weiteren, drastischen Kostenreduzierungen begleitet werden, die PV zu einer der kostengünstigsten Arten der Stromherstellung machen, im Bereich von 5-10cts/kWh, vergleichbar mit Wasser und Wind und bedeutend günstiger als fossile Energien und Kernenergie!

19 Die wahre Story der PV Deutschland schuf durch das EEG die Voraussetzungen für ein rasches Volumenwachstum der PV; die Kombination von weltführender Forschung und Technologieentwicklung mit dem wachsenden Markt ermöglichten uns die Lernkurve sehr viel rascher als erwartet herunterzukommen China als Staat und besonders die konkurrierenden Regionen stellten Investmittel zur Verfügung um PV-Fabriken bis zu 60 GW oder mehr zu bauen; über 50 % der Ausrüstung wurde bei uns geordert Modulpreise fielen als Folge der zu rasch aufgebauten Kapazitäten in die Gegend von 0,50/W p, zur Freude der Verbraucher bei uns und weltweit Viele der heute bestehenden Produktionskapazitäten erlauben nicht, Module zu unter 0,50/W p zu produzieren; wir erleben Insolvenzen oder Übernahmen und Stillegung von Kapazitäten auf altem Equipment Ab 2014 wird der zu Solar-Strompreisen von 5-8 ct/kwh weltweit rasch wachsende Markt neue Produktionskapazitäten verlangen

20 Die wahre Story der PV - Vorteile in D Deutschland schuf durch das EEG die Voraussetzungen für ein rasches Volumenwachstum der PV; die Kombination von weltführender Forschung und Technologieentwicklung mit dem wachsenden Markt ermöglichten uns die Lernkurve sehr viel rascher als erwartet herunterzukommen China als Staat und besonders die konkurrierenden Regionen stellten Investmittel zur Verfügung um PV-Fabriken bis zu 60 GW oder mehr zu bauen; über 50 % der Ausrüstung wurde bei uns geordert Modulpreise fielen als Folge der zu rasch aufgebauten Kapazitäten in die Gegend von 0,50/W p, zur Freude der Verbraucher bei uns und weltweit Viele der heute bestehenden Produktionskapazitäten erlauben nicht, Module zu unter 0,50/W p zu produzieren; wir erleben Insolvenzen oder Übernahmen und Stillegung von Kapazitäten auf altem Equipment Ab 2014 wird der zu Solar-Strompreisen von 5-8 ct/kwh weltweit rasch wachsende Markt neue Produktionskapazitäten verlangen

21 Die Zukunft der Solarbranche in Deutschland - I Politische Kontroversen, wie um Einfuhrzölle, Strompreisbremse, Zukunft des EEG haben denpv Markt ernsthaft verunsichert. Daher wird sich der Zubau von Solaranlagen in Deutschland 2013 verlangsamen, auch wenn der Weltmarkt stabil ist oder weiter wächst. Die niedrigen Kosten der PV (10-12 ct/kwh) erlauben neue Geschäftsmodelle, stärker basierend auf Eigenverbrauch mit dezentralen Speichern Nach der Wahl wird es eine grundlegende Überarbeitung des EEG geben, je nach Farben der Koalition: schwarz-gelb, Rot-grün? Eher: schwarz-rot oder schwarz-grün?

22 Die Zukunft der Solarbranche in Deutschland - II Wir haben ein ausgezeichnetes Portfolio von PV Technologien vorbereitet für die 100+ GW/a PV Märkte von morgen, die von X-GW PV Fabriken neuester Zelltechnologie und höchster Automatisierung bedient werden Diese Technologien müssen in Pilotierungslinien in Zusammenarbeit mit der Ausrüsterindustrie ausgewählt und zur Marktreife gebracht werden Wünschenswert wäre mindestens eine X- GW PV Referenzfabrik in Deutschland oder Europa, um unsere globale Wettbewerbsfähigkeit zu demonstrieren; dazu sind zinsgünstige Investmittel/Kreditgarantien erforderlich, wie sie z.b. auch für den Erhalt des Flugzeugbaus üblich sind Wenn wir die forschungs- und industriepolitischen Weichen richtig stellen haben wir eine Chance, unsere ausgezeichnete Stellung im internationalen Wettbewerb der rasch wachsenden PV Branche zu erhalten!

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