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Die Zeit des Dünnfilms in der Sonne
Die geringen Herstellungskosten der Photovoltaik, die dünne Schichten aus Cadmium-Tellurid-Halbleitern verwendet, haben lange Zeit das Potenzial, Solarenergie aus ihrem Nischenstatus als sehr teure Energiequelle herauszuholen, die weniger als ein Zwanzigstel des US-Stroms liefert.
Sonnenblitz: Cadmium-Tellurid-Dünnschicht-Solarmodule von First Solar werden von Blitzstrom, einem deutschen Solarsystemintegrator, auf einem Dach in Bamberg, Deutschland, installiert. Die Dünnschichttechnologie beginnt mit der traditionellen Siliziumtechnologie zu konkurrieren, insbesondere in Ländern wie Deutschland, in denen die finanziellen Anreize stark sind.
Jetzt, nach zwei Jahrzehnten, in denen die Cadmium-Tellurid-Technologie von geringen Leistungsabgaben und Zuverlässigkeitsproblemen verfolgt wurde, drängt sie plötzlich in die Märkte der erneuerbaren Energien und konkurriert mit der heute dominierenden Solartechnologie: Silizium-Solarzellen. Das Unternehmen hinter dieser Technologiewende ist in Phoenix ansässig Erste Solar , die besagt, dass die Technologie schließlich kostenwettbewerbsfähig mit herkömmlichen fossilen Stromquellen sein könnte.
First Solar hat im vergangenen Jahr eine Reihe von Großaufträgen und Investitionen für seine Dünnschichttechnologie abgeschlossen. First Solar schloss im November einen Börsengang in Höhe von 400 Millionen US-Dollar ab und schloss drei Monate später einen Vertrag über die Lieferung eines 40-Megawatt-Solarparks in Deutschland ab, der zu den größten der Welt gehören wird. Anfang dieses Monats gab das Unternehmen bekannt, dass es langfristige Verträge mit europäischen und kanadischen Käufern über die Lieferung von 685 Megawatt Modulen im Wert von 1,28 Milliarden US-Dollar unterzeichnet hat. Letztere Zahl ist besonders beeindruckend, wenn man bedenkt, dass alle Solarmodulfabriken in den USA im vergangenen Jahr weniger als 200 Megawatt Photovoltaik ausgeliefert haben.
Ken Zweibel, Leiter des US-amerikanischen National Renewable Energy Laboratory (NREL) Dünnschicht-Partnerschaftsprogramm seit mehr als einem Jahrzehnt, sagt First Solar, dass es aus der Masse herausgebrochen ist, indem es gleichzeitig eine kostengünstige Massenproduktion und eine respektable Leistung erreicht hat. Zweibel, der NREL im Januar verließ, um sein eigenes Dünnschichtunternehmen mit ähnlicher Technologie zu gründen, erwartet an beiden Fronten weitere Verbesserungen. Cadmiumtellurid habe einen klaren Weg zur Kostenwettbewerbsfähigkeit gegenüber konventioneller Energie, sagt er.
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Dünnschichtplatten werden hergestellt, indem flache Schichten von Halbleitermaterialien auf Glas-, Kunststoff- oder Metallscheiben aufgebracht werden – ein scheinbar einfaches Konzept, das in großem Maßstab nur schwer umzusetzen ist. Vor allem Cadmium-Tellurid-Platten schienen vor fünf Jahren fertig zu sein, als BP Solar , ein Zweig der in London ansässigen Ölgesellschaft, stellte die bisher größte Kommerzialisierung von Cadmiumtellurid ein.
BP Solar hatte 1998 eine Anlage für Cadmium-Tellurid-Module eröffnet, die acht Megawatt Module pro Jahr produzieren sollte, aber nie mehr als ein Megawatt erreichten. Das Erstellen von Filmen nach genauen Spezifikationen erwies sich als schwieriger als erwartet. Und das Unternehmen machte sich angesichts der Verwendung des giftigen Schwermetalls Cadmium Sorgen um das Image des Produkts. Und BP stolperte über den Markt, als die Effizienz, mit der seine ersten kommerziellen Cadmium-Tellurid-Module Sonnenenergie absorbierten, nach nur wenigen Wochen auf Dächern von 8 Prozent auf 6 Prozent sank.
First Solar, 1999 von einem Vorgänger-Startup namens Solar Cells gegründet und mit einer Infusion von 250 Millionen US-Dollar von Walmart-Gründer John Walton, optimierte seinen Herstellungsprozess weiter. Das Unternehmen reagierte auf Bedenken hinsichtlich der Toxizität von Cadmium, indem es ein Recyclingprogramm aufstellte, das die Rücknahme von Platten am Ende ihrer Nutzungsdauer garantiert. Beamte des Unternehmens wollten sich vor einer Gewinnabrechnung nicht äußern. Laut Unternehmensdokumenten wurde die Produktion in seinem ersten Werk in Perrysburg, Ohio, schrittweise von einigen hundert Kilowatt Modulen pro Jahr in den Anfangsjahren auf 75 Megawatt im letzten Jahr hochgefahren. Dank einer neuen Anlage in Deutschland produziert First Solar jetzt mehr als 100 Megawatt Solarmodule pro Jahr.
First Solar sagt, dass es zwei mal vier Fuß große Glasplatten in 2,5 Stunden in versandfertige Module umwandelt, mit einer Energieeffizienz von über 9 Prozent, gegenüber etwa 7 Prozent im Jahr 2004. Diese Kombination, behauptet First Solar, hat sich drastisch reduziert die Kosten pro Watt von 2,94 US-Dollar im Jahr 2004 auf 1,29 US-Dollar heute – ein Zeitraum, in dem die steigende Nachfrage nach hochwertigem Silizium die Kosten für die Herstellung von Siliziumplatten auf 2,50 bis 3,00 US-Dollar pro Watt oder mehr in die Höhe trieb.
Deutsche Erneuerbare-Energien-Entwickler wie Juwi Solar , Gehrlicher Gruppe , und Blitzstrom begann im Jahr 2005 mit dem Einsatz von First Solar-Modulen in großen Dachanlagen und Freiland-Solarparks. Im Februar wählte Juwi Solar die Module von First Solar für seinen 40-Megawatt-Solarpark in Sachsen; Nach seiner Fertigstellung im Jahr 2009 werden die 550.000 First Solar-Module des Parks eine Fläche von 160 Fußballfeldern abdecken.
Auf der Solar 2007-Konferenz in Cleveland Anfang dieses Monats sagte Chip Hambro, COO von First Solar, dass das Unternehmen erwartet, den Preis für Module (im Gegensatz zu den Herstellungskosten) von heute mehr als 2 USD pro Watt auf 1,25 USD pro Watt oder weniger zu senken 5 Jahre. Dies würde das Unternehmen vor allem durch eine weitere Leistungssteigerung der Module erreichen.
Zweibel’s startup, PrimeStar Solar , mit Sitz in Golden, CO, setzt ebenfalls auf eine höhere Effizienz. PrimeStar strebt die Kommerzialisierung eines anspruchsvolleren Moduldesigns an, das am NREL entwickelt wurde und mit 16,5 Prozent den Wirkungsgradrekord für im Labor hergestellte Zellen hält (verglichen mit 14,5 Prozent für die besten Laborzellen von First Solar). Zweibel sagt, dass die Cadmiumtellurid-Technologie einen klaren physikalischen Weg bietet, um die Kosten für Solarenergie von heute 15 bis 30 Cent pro Kilowattstunde auf 5 Cent pro Kilowattstunde zu senken – knapp über den durchschnittlichen Kosten für Kohlestrom in den Vereinigten Staaten.
Allerdings ist die ursprüngliche Anlage von First Solar in Ohio inzwischen weitgehend abgeschrieben, was den Verlust eines wirtschaftlichen Nutzens bedeutet. Da First Solar in seinem neuen Modulwerk in Deutschland und einem dritten Werk in Malaysia mehr produziert, hat das Unternehmen möglicherweise noch mehr zu tun, um sein Versprechen einzuhalten, den Preis für ein Watt Modul auf weniger als 1,25 US-Dollar zu senken.