Entwicklung und Potential der Photovoltaik / Solarthermie. Dr. Bianca Gründig-Wendrock, Solar World Innovations GmbH, Freiberg

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1 Entwicklung und Potential der Photovoltaik / Solarthermie Dr. Bianca Gründig-Wendrock, Solar World Innovations GmbH, Freiberg

2 Inhalt: 1) Zur Person / zum Unternehmen 2) Photovoltaik / Solarthermie 3) Aktuelles Potential 4) Entwicklung (Markt- und Technologietrends) 2

3 Person / Unternehmen Person: Unternehmen: Dr. Bianca Gründig-Wendrock -Studium der Angewandten Naturwissenschaften an der TU Bergakademie Freiberg -Promotion am Institut für Experimentelle Physik der TU Bergakademie Freiberg im Bereich Charakterisierung von Halbleitern -Seit 2006 Technologe für Materialeigenschaften im Forschungsbereich (Solar World Innovations GmbH) der Solar World AG Freiberg Solar World AG: -Führendes Unternehmen der Solarstromindustrie weltweit -Aktiv auf allen Wertschöpfungsketten der Solarwirtschaft vom Rohstoff bis zur fertigen Solarstromanlage -Hauptsitz des Unternehmens in Bonn -Vorstandsvorsitzender / CEO: Dipl.-Ing. Frank H. Asbeck -Produktionsstandorte: Freiberg / Deutschland Hillsboro / USA Gällivare / Schweden 3

4 Person / Unternehmen Silizium Schmelzen/Kristallisieren Wafer Reinigung und Ätzung Oberflächenstruktur- Ätzen Diffusion Deutsche Solar Säulenherstellung Scheibenproduktion Scheibenreinigung Qualitätskontrolle / Verpackung Zelle Isolierung & Oxidätze Antireflexbeschichtung Modul Metallisierung & Brennen Qualitätskontrolle / Wirkungsgradbestimmung Löten der Zellen Laminierung Rahmung Bausatz Endkontrolle und Versand 4

5 Photovoltaik / Solarthermie Energieproblem: -Nicht regenerative Rohstoffe (Erdöl, Erdgas, Kohle) haben eine stark begrenzte Reichweite -Regenerative Rohstoffe (Sonne, Wind, Wasser, Biomasse) sind deutlich länger verfügbar + frei von Emissionen und Altlasten Bruttostromerzeugung nach Energieträgern in Deutschland

6 Photovoltaik / Solarthermie Quelle: Dr. T. Schlegl, ISE, Nutzung der Sonnenenergie Technolgie und Trends,

7 Photovoltaik / Solarthermie Photovoltaik: -Licht erzeugt im pn-übergang einer Solarzelle freie Ladungsträger -Die Ladungsträger werden durch den pn-übergang getrennt und gelangen an die Kontakte auf Vorder- und Rückseite, wo sie in den Stromkreislauf eingespeist werden können. Quelle: Dr. T. Schlegl, ISE, Nutzung der Sonnenenergie Technolgie und Trends,

8 Photovoltaik / Solarthermie Arten von Solarzellen und deren Wirkungsgrade (Anteil nutzbarer Energie): -Kristallin (multikristallin, einkristallin) -Einkristallin: 18.5 % -Konzentrator: > 35 % -Triple junction (GaInAs, GaInP): > 40 % -Organisch -Dünnschicht: 6 % Quelle: Dr. T. Schlegl, ISE, Nutzung der Sonnenenergie Technolgie und Trends,

9 Photovoltaik / Solarthermie Solarthermie: -Umwandlung von Sonnenenergie in nutzbare Wärmeenergie -Solarthermie: -Heizungsunterstützung und Warmwasserbereitung -Drei Arten von Kollektoren: Vakuumröhrenkollektor Quelle Wikipedia Flachkollektor Quelle Wikipedia Parabolrinnenkollektor Quelle Wikipedia 9

10 Aktuelles Potential Photovoltaik: -Nutzung der erzeugten Energie vor Ort, gespeichert in Akkumulatoren, eingespeist in Stromnetze -Bei Einspeisung ins öffentliche Netz wird die erzeugte Gleichspannung von einem Wechselrichter in Wechselspannung umgewandelt -aktuell ist die photovoltaische Energieumwandlung wegen der Herstellungskosten der Solarmodule im Vergleich zu herkömmlichen Kraftwerken deutlich teurer -Folgekosten der herkömmlichen Energieerzeugung gehen allerdings nicht in die heutigen Energiepreise ein -Schwankendes Strahlungsangebot (tages- und jahreszeitenbedingt, Wetterlage) erschwert den Einsatz der Photovoltaik Sinnvoller Einsatz als ein Baustein in einem Energiemix verschiedener Energiewandelprozesse 10

11 Aktuelles Potential -Photovoltaik aufgrund der geringen Wirkungsgrade sehr flächenintensiv -Windkraftanlage mit 5 MW Leistung erzeugt genauso viel Energie wie eine 500 x 500 m² große Solarstromanlage -(Trotzdem ist Leistungsdichte der Photovoltaik höher, weil Windkraftanlagen in mehr als 500 m Abstand voneinander aufgestellt werden müssen) -Energie, die zur Herstellung einer Photovoltaik-Anlage benötigt wird, wird derzeit bei einem Einsatz in Deutschland in 2-7 Jahren wiederhergestellt 11

12 Aktuelles Potential -Flächenabschätzungen Stand 2009: -Für Erzeugung der gesamten Primärenergie durch Photovoltaik (mittl. Wirkungsgrad 8 %) bei derzeitigem Energieverbrauch in Deutschland würden 13 % der Gesamtfläche Deutschlands benötigt. -Zum Vergleich: bei Versorgung mit Biomasse wären 280% der Fläche nötig -Für Erzeugung des Stromanteils des Gesamtprimärenergiebedarfs (Annahme GWh) durch Photovoltaik (mittl. Wirkungsgrad 8 %) bei derzeitigem Energieverbrauch in Deutschland würden 2 % der Gesamtfläche Deutschlands benötigt. -Es eignen sich mehr als 2300 km² Dach- und Fassadenfläche (0,65 % der Fläche Deutschlands) für die Nutzung durch PV-Anlagen. 12

13 Aktuelles Potential Kosten für Solarstrom: -Konventioneller Strom kostet im Jahresmittel 6 Cent/kWh -Solarstrom in 2009 je nach Art und Größe der Anlage: Cent/kWh -Per Gesetz festgelegt, liegen deutlich über den Produktionskosten -Reine Herstellungskosten bereits in 2006 bei 24 Cent/kWh Langfristig wird mit einer weiteren Reduzierung der Herstellungskosten gerechnet (aufgrund größerer Produktionskapazitäten und neuerer Technologien) Leitstudie 2008 des Bundesumweltministeriums: in 2020 sollen 2,65 % des deutschen Stromverbrauchs aus Photovoltaikanlagen gewonnen werden - Der Solarindustrieverband EPIA geht dagegen von einem Solarstromanteil von 12% für 2020 aus. 13

14 Aktuelles Potential -Aktueller Stand der hergestellten und installierten Modulleistung weltweit: -Hergestellt: -2008: 7.7 GW -2009: 11.1 GW -Installiert: -2008: 3.8 GW -2009: 4.2 GW 14

15 Aktuelles Potential Weltweit verfügbare Sonnenenergie Lokale Sonneneinstrahlung auf der Erdoberfläche gemittelt über die Jahre unter Berücksichtigung der Wolkenabdeckung; Deckung des derzeitigen Weltbedarfs an Primärenergie allein durch Solarstrom wäre durch die durch dunkle Scheiben gekennzeichneten Flächen ausreichend 15

16 Entwicklung (Markt- und Technologietrends) Marktentwicklung Photovoltaik -Aktuell Modulüberangebot, Sättigung, stark sinkende Preise erwartet (Hersteller geben aber im Moment noch keine Preisinformationen) -Zwischen 15 und 20 % Preissenkung erwartet -Hersteller setzen weiter auf Export (weniger Spanien, dafür Italien / USA) -In 2008 wurde die Siliziumproduktion stark ausgebaut sinkende Rohstoffkosten, die die Produktionskosten insgesamt weiter senken -Netzparität (Konkurrenzfähigkeit des Solarstroms) rückt näher -Mittelfristig gilt der Solarmarkt aber weiterhin als steil ansteigender Wachstumsmarkt Quelle: photovoltaik 01 16

17 Entwicklung (Markt- und Technologietrends) 17

18 Entwicklung (Markt- und Technologietrends) 18

19 Entwicklung (Markt- und Technologietrends) Technologietrends (Auszug): Ziel - Effizienzsteigerung und Kostenreduktion -Kristalline Solarzellen und module: Blockguss- / Czochralski / Bridgman - Verfahren -Waferfertigung: Verringerung der Dicke der Wafer / Solarzellen durch Verwendung dünnerer Sägedrähte -Stand der Technik µm -Ziel: µm -Verringerung des Materialverlustes beim Sägen durch alternatives Drahtsägen mit diamantbesetztem Sägedraht -Abspalten von beliebig dünnen Wafern bis 20 µm durch Beschuss mit Wasserstoffprotonen (Verfahren in Entwicklung von Silicon Genesis) Quelle: Dr. T. Schlegl, ISE, Nutzung der Sonnenenergie Technolgie und Trends, 2007 Quelle: Sonne Wind & Wärme 06/

20 Entwicklung (Markt- und Technologietrends) Technologietrends (Auszug): Ziel - Effizienzsteigerung und Kostenreduktion -EFG und String-Ribbon-Verfahren -Ziehen des Wafers aus der flüssigen Schmelze -Bessere Materialausnutzung gegenüber den kristallinen Verfahren -Dicke: Stand der Technik: µm Ultradünne Wafer haben zudem eine geringere Bruchrate Quelle: Sonne Wind & Wärme 06/

21 Entwicklung (Markt- und Technologietrends) Technologietrends: Solarthermische Kraftwerke Quelle: Dr. T. Schlegl, ISE, Nutzung der Sonnenenergie Technolgie und Trends,

22 Entwicklung (Markt- und Technologietrends) Technologietrends: Solares und energieeffizientes Bauen, Technologien Quelle: Dr. T. Schlegl, ISE, Nutzung der Sonnenenergie Technolgie und Trends, 2007 Quelle: Sonne Wind & Wärme 06/

23 Entwicklung (Markt- und Technologietrends) Technologietrends: Solarthermische Systeme Quelle: Dr. T. Schlegl, ISE, Nutzung der Sonnenenergie Technolgie und Trends, 2007 Quelle: Sonne Wind & Wärme 06/

24 Handwerk / Planer Quelle: Dr. T. Schlegl, ISE, Nutzung der Sonnenenergie Technolgie und Trends,

25 Anforderungen an Solarteure 25

26 Handwerk / Planer Solarteur: Handwerker mit Weiterbildung zum Spezialisten für Eneuerbare Energien Leistung: -Planung, Dimensionierung und fachgerechte Installation von Solar-, Wärmepumpen- oder Biomasseanlagen -Einbeziehen von Fördermaßnahmen -Hilfestellung bei Entscheidungsfindung bezüglich Auswahl aus den Erneuerbaren Energien Solarteurschulen: 26

27 Vielen Dank für Ihr Interesse! 27