DIE BEDEUTUNG DER SOLARENERGIE FÜR DIE GLOBALE ENERGIEVERSORGUNG

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1 DIE BEDEUTUNG DER SOLARENERGIE FÜR DIE GLOBALE ENERGIEVERSORGUNG Prof. Dr. Eicke R. Weber Leiter, Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE und Albert-Ludwigs-Universität, Freiburg Solarbranchentag BW Stuttgart, 2. November

2 Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE Forschung für die Energiewende größtes europäisches Solarforschungsinstitut ca Mitarbeitern (inkl. Studenten) 18 % Grundfinanzierung 82 % Projektforschung, 24 % Industrie, 58 % öffentlich 86,1 Mio. Budget (2014, inkl. Investitionen) 2

3 World EnergyRessources renewable finite World Energy Ressources (TWyear) SOLAR 23,000 per year per year Waves per year 3-11 per year OTEC WIND Natural Gas 215 Total 240 Total 2010 World energy use: 16 TWy per year 2 6 per year Biomass Petroleum 2050: 28 TWy TIDES 0.3 per year 3 4 per year HYDRO per year Geothermal Total Uranium R. Perez et al. 900 Total reserve 3 COAL

4 renewable finite World Energy Ressources (TWyear) SOLAR 23,000 per year per year Waves per year 3-11 per year OTEC WIND Natural Gas 330 Total 310 Total 2010 World energy use 16 TWy per year 2 6 per year Biomass Petroleum 2050: 28 TW TIDES 0.3 per year 3 4 per year HYDRO per year Geothermal Total Uranium R. Perez et al. 900 Total reserve 4 COAL

5 Lernkurve der Solarenergie (c-si Photovoltaik) - Getrieben von Innovationen & Marktwachstum! Preis über kumulierter Kapazität in GW Lern Rate: Jede Verdoppelung der global installierten Kapazität führte zur Preisreduktion um 20 %, - um einen Faktor 10 in 25 Jahren! SolarStrom heute: 8-10 ct/kwh in Deutschland halb so viel in sonnenreichen Ländern! Source: Navigant Consulting; EUPD PV module prices (since 2006), Graph: ISE

6 Ausblick Photovoltaik (PV)-Weltmarkt Beispiel: Sarasin Bank, Nov. 2010: 110 Gigawatt 2020 Marktausblick 2010: 30 GW/a für 2014, 110 GW/a für 2020 jährl. Wachstumsrate: im Bereich % Mit ca 40 GW 2014 etwa 1/3 über der Vorhersage von 2010! Quelle: Sarasin, Solar Study, Nov

7 PV Stromkosten bis 2050 in verschiedenen Regionsen PV wird den preisgünstigsten Strom herstellen, für 2-4ct/kWh! Source: ISE PV cost study

8 PV Production Development by Technology Production 2013 (GWp) Thin film 3.2 Mono-Si 12.6 Multi-Si 19.2 Ribbon-Si 0 8 Data: Navigant Consulting and IHS; since 2012: estimation from different sources. Graph: PSE AG 2014

9 Crystalline Silicon Technology Portfolio c-si PV modules: no commodity, high-tech products! material quality diffusion length base conductivity device quality passivation of surfaces low series resistance light confinement material quality cell structures PERC: Passivated Emitter and Rear Cell MWT: Metal Wrap Through IBC-BJ: Interdigitated Back Contact Back Junction HJT: Hetero Junction Technology Industry Standard 14% PERC 15% BC- HJT IBC-BJ HJT MWT- PERC 16% module efficiency 21% 20% 19% 18% 17% device quality Adapted from Preu et al., EU-PVSEC

10 Advanced Cell Technologies Passivated Emitter and Rear PERC 1 Heterojunction on Intrinsic layer HIT 3 Passivating Layer Local Contacts Metal Wrap-Through MWT-PERC 2 Interdigitated Back Contact/Junction IBC-BJ 4 Lightly Doped Front Diffusion Texture+passivation Layer 10 Metal Wrap Through Contact Passivating Layer 1 Blakers et al., Appl. Phys. Lett. 55, pp , Dross et al., Proc. 4th WCPEC, 2006, pp Sanyo/Panasonic 4 Sunpower Local Contacts

11 PV-Produktionskapazität nach Regionen Wird China den 100 GW/a Weltmarkt 2020 dominieren? Anteile der Produktionskapazität von PV-Modulen nach Regionen von Quelle: Navigant Consulting, Grafik: PSE AG

12 xgwp: European Gigawatt PV Production 12 VISION: European PV system industry as column of European energy transformation and competitiveness Industrial network Close partners downstream & upstream New business models Cheaper Solar Power Higher efficiency Lower costs Better characteristics Technological Package Cells: Heterojunction Modules: Smart Wire Wafering: Diamond Wire Integrated process on largescale machines Political innovation Business model innovation Entrepreneurial innovation Product innovation Process innovation Technical innovation European cooperation Motor: Germany & France European innovation network leading research institutes directly involved Permanent high level of innovation Less material needed Less process steps Higher automation Higher quality VISION: Disruptive PV with next technology generation Combining experiences: PV silicon technology, microeletronics, nanotech

13 Regenerative Energien Modell REMoD-D: Ansatz Strukturoptimierung Exogene Vorgaben CO 2 -Emissionen verfügbare Menge fossiler Energieträger Weitere externe Randbedingungen (z.b. verfügbare Biomasse, ) Optimierer Optimierung Gesamtsystem (Minimierung jährliche Gesamtkosten) Ergebnisse Installierte Leistung aller Komponenten Größe Speicher Umfang energetische Sanierung Gebäude Wärmeversorgungstechniken Gebäudesektor (Wärme-netze, dezentral) 13

14 Slide courtesy Hans-Martin Henning

15 Slide courtesy Hans-Martin Henning

16 Slide courtesy Hans-Martin Henning

17 Slide courtesy Hans-Martin Henning

18 Netzstabilität bei wachsender Einspeisung fluktuierender erneuerbarer Energien: Das Netz ist in Deutschland heute stabiler als 2006! 18

19 Globaler PV-Markt Prognose bis 2017 Prognose der Entwicklung von Angebot und Nachfrage im globalen PV-Markt. Quelle: Lux Research Inc., Grafik: PSE AG 19

20 PV Markt Wachstum (IEA 2014) Die rasche Implementierung der globalen PV wird angetrieben durch die Verfügbarkeit von preiswerter, sauberer und verteilt bereit gestellter Energie Mehr als GW p an solarer PV werden bis 2050 installiert werden Wir sind noch ganz am Anfang der globalen Wachstumskurve!! Source: IEA

21 Das globale Supergrid der Zukunft Die Sonne scheint zu jeder Tageszeit auf einen Teil der Erde! 21

22 Die Bedeutung der Solarenergie für die globale Energieversorgung Die Solarenergie ist mit der Windenergie ein zentraler Pfeiler der globalen Energiewende, der Transformation unseres Energiesystem hin zu effizienter Nutzung von mehr und mehr erneuerbaren Energien. Globale Überkapazität führte zu rapide gesunkenen PV-Modul Preisen, die den weltweiten Markt weiter beschleunigen; die 2. PV-Welle steht vor der Tür, bis 2020 wird aus einem GW p /a Markt ein 100GW p /a Markt. In den nächsten 5 Jahren erwarten wir eine Verdoppelung der globalen PV Produktionskapazität, bis Terawatt bis 30 TW PV Installationen! Die entscheidende Frage wird sein, ob wir diesen Schlüsselmarkt asiatischen Herstellern überlassen oder unseren Technologiefortschritt nutzen, um selbst kommende Technologiegenerationen einzuführen. Wenn wir die forschungs- und industriepolitischen Weichen richtig stellen, haben wir eine Chance, unsere ausgezeichnete Stellung im internationalen Wettbewerb zur globalen Energiewende zu erhalten! 22

23 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE Eicke R. Weber mit Hans-Martin Henning, Bruno Burger, Thomas Schlegl, Gerhard Stryi-Hipp 23