Sonnige Zukunft Solarenergie

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1 Sonnige Zukunft Solarenergie Franz Karg Shell Solar GmbH, München Münchner Wissenschaftstage,

2 Fotovoltaikanlage Messe München: 2.1 MWp; 2GWh/a Ertrag; 2000 t CO 2 /a Ersparnis

3 Fotovoltaik... bezeichnet die direkte Stromerzeugung aus Licht mittels großflächiger, lichtabsorbierender Halbleiter... kommt ohne bewegte Teile aus... ist hochgradig modular (von mw bis MW)... liefert derzeit noch kleinen Anteil (0.03%) an Gesamtenergie... ist aber die am stärksten wachsende neue Energiequelle

4 Strom aus Fotovoltaikanlagen wird in Deutschland mit 46 C/kWh vergütet

5 Japan ist der größte Markt für Fotovoltaikanlagen By Courtesy of Kaneka Corporation

6 Solarstromanlagen fernab vom Netz häufig wirtschaftlichste Lösung Telekommunikation Wasserpumpen

7 Marktwachstum bei Fotovoltaikanlagen: 25 % / a MW / y Netzkopplung Inselanlagen

8 Steigendes Fertigungsvolumen führt zu Kostensenkung: Jede Verdopplung der installierten Kapazität: -20% PV Module cost ($ per Watt-peak) (4-fold reduction ) ? (2-fold reduction ?) ,000 10, ,000 Cumulative installed capacity (in MW)

9 Alle Szenarien für ein künftige Energieversorgung erwarten höhere Beiträge erneuerbarer Energien Quelle: WBGU

10 Die größten Hersteller von Solarzellen (Status 2003) PV cell production (MW) Traditionelle japanische Elektronikkonzerne an vorderster Front Gute Ausgangsposition deutscher Firmen: Innovative und qualitativ hochwertige Komplettlösungen 0 Sharp Kyocera BP Solar Shell RWE Mitsubishi Isofoton Sanyo Q-cell s GE Solar Source: Solarbuzz

11 Zur Motivation Fotovoltaik eignet sich zur dezentralen Energieerzeugung Wirkungsgrade von 10-15% werden bereits heute realisiert, Verbesserungen auf 20-25% erscheinen praktisch erreichbar Vorhandene Flächen auf Gebäuden genügen für nennenswerten Beitrag Energieverbrauch bei der Herstellung nach ca. 3 Jahren Betriebszeit zurückgewonnen Markteinführung jetzt beginnen (Inkubationszeit für neue Energiequellen: Jahre)

12 Überblick Aktuelle Märkte Technologien Entwicklungstrends

13 Typische Komponenten einer Solarstromanlage = DC Solarmodul DC Regler DC/DC Wandler LAST Wechselrichter ~ AC 60 % der Gesamtkosten Speicher Batterie H 2 -Speicher Druckluft Wasser

14 2 Kategorien an Solarmodulen Dünnschichttechnik Silizium- Wafertechnik

15 Herstellprozess für Monokristalline Silizium Module Video Clip Video Clip Poly Si Kristallziehen Besäumen Drahtsägen P-Diffusion Video Clip Siebdruck Solarzelle Verketten Verkapseln Rahmen

16 Überblick Aktuelle Märkte Technologien Entwicklungstrends

17 Wege zur Kostenreduzierung in der Fotovoltaik 3. Generation : Tandem Zellen...? Wirkungsgrad 1$/Wp 2$/Wp 1. Generation: Si-Wafer 2. Generation: Dünnschicht 3$/Wp Kosten / m 2

18 Theoretische und realisierte Wirkungsgrade bei fotovoltaischer Energiewandlung Theorie: Carnot-Limit: 95 % Nichtfokusierende Strahlung: 66% Ein Absorbermaterial: 31% Praxis: < 40 % < 30 % (Labor), < 24% Fertigung < 25 % (Labor), < 20 % Fertigung Weiße Solarstrahlung Energie - + Leitungsband Valenzband Weiße 1400 Solarstrahlung Spectral Irradiance Tandemzelle Front- Cell Back- Cell - Sonnenspektrum AM 1.5 G Leitungsband Zwischenband Valenzband Energie Wavelength [micometer]

19 Wege zur Kostenreduzierung in der Fotovoltaik 3. Generation : Tandem Zellen...? Wirkungsgrad 1$/Wp 2$/Wp 1. Generation: Si-Wafer 2. Generation: Dünnschicht 3$/Wp Kosten / m 2

20 Neuentwicklungen zur Wirkungsgraderhöhung bei Si SiN Oberflächenpassivierung Selektive Emitter 15 % 18% Bor-Rückseiten-Dotierung Front Metall Finger SiN Passivierung N + Emitter Local N ++ Emitter 250 µm P-Basis Bor-Rückseitenfeld Rückseiten-Metallisierung

21 Neue Fertigungsverfahren aus der Glasindustrie für die Fotovoltaik: Dünnschichttechnologie Isolierglasbeschichtung 320 cm Bandbreite 1 GW PV? CIS Shell Solar (60 cm Bandbreite)

22 Dünnschichthalbleiter eröffnen ganz neue Möglichkeiten: Großflächenbeschichtung bei niedrigen Temperaturen Integrierte Serienverschaltung Dünne Halbleiterabsorber (direkte Absorption bei a-si, CuInSe 2 etc. ) Fensterglas µm - + Kunstoffverkapselung Fensterelektrode Absorber Rückelektrode Fensterglas - ~ m

23 Dünnschichtsolarmodule mit deutlich verbesserten Wirkungsgraden Weltbestes Dünnschicht-Leistungsmodul von Shell Solar CIGS: 13% Wirkungsgrad Aperturfläche: 565 mm x 874 mm Integrierte Verschaltung von 98 Zellen Modulleistung 65 W Bei SES 21 am Austellungsstand!

24 Dünnschichtsolarmodule eigenen sich gut zur Gebäudeintegration CIGS Tübingen 13 kwp (Würth) CIGS Wales 85 kwp (Shell)

25 Gebäudeintegrierte Fotovoltaik mit Dünnschichttechnologie New York Subway (RWE_Schott)

26 Zusammenfassung Solarstromerzeugung mittels fotovoltaischer Solarzellen etabliert sich am Markt mit 25 % Wachstum / a Heutige Produkte bestehen zum überwiegenden Teil aus kristallinen Silizium- Solarzellen Künftige Verbesserungen (2. und 3. Generation) lassen weitere Kostensenkungen erwarten Garantiezeit von 25 Jahren erfordert schnelle Klimatestverfahren zur Lebensdauerprüfung

27 Shell Solar Forschungszentrum München Perlach