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Welche Technologie kommt als nächstes für die Solarindustrie?
Die Installationen von Solarmodulen nehmen weiterhin schnell zu, aber die Branche der Solarmodulherstellung befindet sich in einer Flaute, da das Angebot die Nachfrage bei weitem übersteigt (siehe Warum wir mehr Solarunternehmen zum Scheitern brauchen ). Der schwache Markt mag die Innovation verlangsamen, aber die Fortschritte gehen weiter; Gemessen an der Stimmung in dieser Woche auf der IEEE Photovoltaics Specialists Conference in Tampa, Florida, bleiben die Branchenteilnehmer hinsichtlich der langfristigen Aussichten optimistisch.
Die Technologie, die fast alle überrascht, ist konventionelles kristallines Silizium. Vor einigen Jahren kosteten Silizium-Solarmodule 4 US-Dollar pro Watt, und Martin Green, Professor an der University of New South Wales und einer der führenden Forscher für Silizium-Solarmodule, erklärte, dass sie nie unter 1 US-Dollar pro Watt sinken würden. Jetzt sind es nur noch etwa 50 Cent Watt, und es ist die Rede von 36 Cent pro Watt, sagt er.
Das US-Energieministerium hat sich zum Ziel gesetzt, bis 2020 weniger als 1 US-Dollar pro Watt zu erreichen – nicht nur für die Solarmodule, sondern für komplette, installierte Systeme (siehe Warum Solaranlagen in den USA mehr kosten als in Deutschland). Green glaubt, dass die Solarindustrie dieses Ziel noch früher erreichen wird. Wenn ja, würden die direkten Kosten für Solarstrom sechs Cent pro Kilowattstunde betragen, was niedriger ist als die durchschnittlichen Kosten, die für Strom aus neuen Erdgaskraftwerken erwartet werden. (Die Gesamtkosten für Solarstrom, einschließlich der Kosten für die Versorgungsunternehmen, um die Unterbrechung zu kompensieren, wären höher, obwohl der genaue Betrag davon abhängt, wie viel Solarstrom im Netz vorhanden ist und andere Faktoren.)
Alle Teile der Silizium-Solarpanel-Industrie haben nach Möglichkeiten gesucht, Kosten zu senken und die Leistungsabgabe von Solarpanels zu verbessern, und das hat zu stetigen Kostensenkungen geführt. Grün weist auf etwas so Alltägliches wie die Pasten hin, die zum Siebdrucken einiger Merkmale auf Sonnenkollektoren verwendet werden. Greens Labor baute in den 1990er Jahren eine Solarzelle, die einen Rekordwirkungsgrad für Siliziumsolarzellen aufstellte – ein Rekord, der bis heute Bestand hat. Um diesen Rekord zu erreichen, musste er teure Lithografietechniken anwenden, um feine Drähte zum Sammeln des Stroms aus der Solarzelle herzustellen. Durch schrittweise Verbesserungen ist es jedoch möglich geworden, mit Siebdruck immer feinere Linien herzustellen. Neuere Forschungen legen nahe, dass mit Siebdrucktechniken Linien mit einer Dicke von bis zu 30 Mikrometern erzeugt werden können – etwa der Breite der Linien, die Green für seine Rekordsolarzellen verwendet hat, aber zu Kosten, die weit unter denen seiner Lithografietechniken liegen.
Green sagt, dass diese und andere Techniken es billig und praktisch machen werden, die Designs seiner Rekordsolarzelle in Produktionslinien zu replizieren. Einige Firmen haben Fertigungstechniken für die vorderen Metallkontakte entwickelt. Die Implementierung des Designs der elektrischen Rückseitenkontakte ist schwieriger, aber er erwartet, dass die Unternehmen dies als nächstes einführen.
Forscher des National Renewable Energy Laboratory haben unterdessen flexible Solarzellen auf einer neuen Glasart von Corning namens Willow Glass hergestellt, die dünn ist und aufgerollt werden kann. Der von ihnen hergestellte Solarzellentyp ist der einzige aktuelle Herausforderer von Silizium in Bezug auf die Großserienproduktion – Dünnschicht-Cadmiumtellurid (siehe First Solar Shines as the Solar Industry Falters ). Flexible Solarzellen könnten die Kosten für die Installation von Solarzellen senken und Solarstrom billiger machen.
Einer von Greens ehemaligen Studenten und Kollegen, Jianhua Zhao, Mitbegründer des Solarmodulherstellers China Sunergy, gab diese Woche bekannt, dass er eine Pilotfertigungslinie für eine zweiseitige Solarzelle baut, die Licht sowohl von der Vorder- als auch von der Rückseite absorbieren kann. Die Grundidee, die nicht neu ist, ist, dass in einem Solarkraftwerk zu bestimmten Tageszeiten Sonnenlicht auf das Land zwischen den Reihen von Solarpaneelen fällt. Dieses Licht wird auf die Rückseite der Paneele reflektiert und könnte geerntet werden, um die Leistungsabgabe zu erhöhen. Dies funktioniert besonders gut, wenn die Sonnenkollektoren auf Sand gebaut sind, der stark reflektierend ist. Während ein einseitiges Solarpanel 340 Watt erzeugen kann, kann ein zweiseitiges bis zu 400 Watt erzeugen. Er erwartet, dass die Panels im Laufe eines Jahres 10 bis 20 Prozent mehr Strom erzeugen.
Solche Sonnenkollektoren könnten wie ein Zaun vertikal montiert werden, sodass eine Seite morgens und die andere nachmittags Sonnenlicht sammelt. Damit wäre es möglich, die Solarpaneele auf kleinstem Raum zu installieren – sie könnten beispielsweise als Lärmschutzwände entlang von Autobahnen dienen. Eine solche Anordnung könnte auch in staubigen Bereichen wertvoll sein. Viele Teile des Nahen Ostens scheinen gute Orte für Sonnenkollektoren zu sein, da sie viel Sonnenlicht bekommen, aber häufige Staubstürme verringern die Leistung. Vertikale Paneele würden nicht so viel Staub ansammeln, was dazu beitragen könnte, solche Systeme wirtschaftlich zu machen.
Auch längerfristig setzt Green auf Silizium, um von den enormen Kosteneinsparungen zu profitieren, die die Technologie bereits erzielt hat. Er hofft, die Effizienz von Silizium-Solarmodulen erheblich zu steigern, indem er Silizium mit einem oder zwei anderen Halbleitern kombiniert, von denen jeder ausgewählt wird, um einen Teil des Sonnenspektrums effizient umzuwandeln, den Silizium nicht effizient umwandelt. Durch Hinzufügen eines Halbleiters könnten die Wirkungsgrade von 20 bis 25 Prozent auf etwa 40 Prozent gesteigert werden. Das Hinzufügen eines weiteren könnte Wirkungsgrade von bis zu 50 Prozent ermöglichen, was die Anzahl der für eine bestimmte Installation benötigten Solarmodule halbieren würde. Die Herausforderung besteht darin, gute Verbindungen zwischen diesen Halbleitern herzustellen, was durch die Anordnung der Siliziumatome in kristallinem Silizium erschwert wird.