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Hocheffizient in die Zukunft

Text: Carmen Klingler-Deiseroth für A&D Fotos: rotofrank; Schmid; Meyer Burger
Aufgrund gefallener Preise wird Sonnenenergie für immer mehr Länder attraktiv. Die aufgebauten Produktionskapazitäten übertrafen jedoch die Nachfrage bei weitem und führten in der Zulieferbranche zu dramatischen Umsatzeinbrüchen. Hocheffiziente Technik für Solarzellen und Module sollen Anlagenbauer aus dem Tal heraus helfen und neue Märkte erobern.

Der globale Photovoltaik-Markt konnte sich auch 2012 behaupten. Mit rund 30GW neu installierter Leistung erreichte er in etwa den Rekord von 2011, wie der Europäische Photovoltaik Industrie Verband EPIA im Februar 2013 berichtete. Was der Verband ebenfalls bemerkte war, dass der Markt globaler wird. Während die PV-Installationen in Europa von 23GW im Jahr 2011 auf rund 17GW im Jahr 2012 zurückgingen, wurden erstmals rund 13GW solare Leistung außerhalb Europas installiert. Ein deutliches Wachstum gab es laut EPIA in China, den USA und Japan. Insgesamt wurde die 100GW-Schwelle an installierter PV-Leistung überschritten.

Investitionen gehen zurück

Doch gleichzeitig schien die Sonne in der PV-Branche im vergangenen Jahr unterzugehen. Massiv aufgebaute Produktionskapazitäten für Solarzellen und Module - vornehmlich in China - übertrafen bei weitem die globale Nachfrage und führten zu extremen Überkapazitäten und damit verbunden zu einem enormen Preisverfall und letztendlich zur Konsolidierungsphase. Auch die PV-Zulieferbranche musste nach einem extrem guten Jahr 2011 dramatische Umsatzeinbrüche verkraften. Wie dramatisch die Einbrüche global waren, hat NPD Solarbuzz Anfang des Jahres deutlich gemacht. Demnach wurde 2012 rund 72Prozent weniger in PV-Equipment investiert als 2011. Auch für 2013 prognostiziert der Marktanalyst einen weiteren Investitionsrückgang, wenn auch nicht mehr so heftig. Die Investitionen sollen letztendlich auf dem Level von 2006 liegen.

Aufkommende Märkte

Auch wenn diese Entwicklung schmerzlich für die Branche ist, geht die Sonne jeden Tag von neuem auf. Aufgrund der gefallenen Preise, sind Photovoltaik-Systeme in immer mehr Ländern wirtschaftlich zu betreiben. Ein positiver Aspekt in schwierigen Zeiten, wie Dr. Florian Wessendorf, Geschäftsführer der VDMA-Plattform Photovoltaik-Produktionsmittel, hervorhebt: „Der massive Preisverfall in der Branche in den vergangenen Jahren ist auch ein Treiber für neue Märkte.“ PV-Märkte, die der VDMA unter anderem in Indien aufkommen sieht, aber auch dem mittleren und nahen Osten sowie Nordafrika - der sogenannten Mena-Region. Allerdings werden diese neuen Märkte das Problem mit den Überkapazitäten nicht kurzfristig lösen. „Die Lücke zwischen Produktions- und installierten Kapazitäten wird sich zwar verringern, aber nicht schließen“, sagt Wessendorf. Daher werde auch das laufende Jahr für die gesamte Wertschöpfungskette ein schwieriges Jahr werden. Mittel- und langfristig sehe die Perspektive aber wieder besser aus.

Skaleneffekte nutzen

Um aus dieser schwierigen Phase herauszukommen und weiterhin wettbewerbsfähig zu bleiben, müssen die Produktionskosten noch weiter sinken. Was technisch durchaus möglich ist. Anlagenbauer sollten dazu laut Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE aber in ganz anderen Dimensionen denken als bisher - nämlich in X-GW-Fabriken. Das scheint in Zeiten der Überkapazitäten zunächst paradox zu klingen, doch Dr. Ralf Preu, Leiter der PV-Produktionstechnologie und Qualitätssicherung am Fraunhofer ISE verdeutlicht: „Wenn man kostengünstig produzieren und keinen Skalennachteil haben möchte, den die deutschen Hersteller in der Zwischenzeit haben, dann muss man von den Skalen her bei den ganz Großen dabei sein. Die größten Hersteller liegen bei einem Produktions-Output von bis zu 3GW peak.“ Das ist in Zeiten, in denen sich Hersteller auf der gesamten PV-Wertschöpfungsebene mit Investitionen zurückhalten, leichter gesagt als getan. Allgemein wird derzeit versucht, mit möglichst wenig Invest, möglichst viel an Wirkungsgrad und Produktivität herauszuholen. „Im Vordergrund stehen die Optimierung der Anlagen und die Weiterentwicklung von Materialien wie zum Beispiel Kontaktpasten“, sagt Preu. In den Kontaktpasten ist Silber - ein kritischer Kostenfaktor in der Zellherstellung. Lösungen für diese Herausforderungen sind gerade in der Markteinführung: Schmid hat zum Beispiel eine produktionsreife Anlage zum industriellen Aufbringen von Kontakten aus Zinn entwickelt - ganz ohne Silber; und Meyer Burger bietet die Elektrifizierungstechnik SmartWire mit einem reduzierten Silberanteil für Solarzellen an.

Hocheffiziente Zelltechnik

Ein weiterer Weg aus der Krise wird in kostengünstigeren Verfahren für hocheffiziente Zellen mit Wirkungsgraden von weit über 20Prozent gesehen. Dazu gehört zum Beispiel die vom Fraunhofer ISE entwickelte PERC-Technik (Passivated Emitter and Rear Contact). Das Verfahren der Rückseitenpassivierung hat das Institut in den vergangenen Jahren eigenen Angaben zufolge an Hanwha Q-Cells, Solarworld und Schott Solar transferiert. Schott Solar ist zwar Ende 2012 aus der kristallinen PV-Produktion ausgestiegen, hat aber die zur industriellen Massenproduktion weiterentwickelte PERC-Technik an die Schmid Group lizensiert. Für kristalline Zellen mit Wirkungsgraden von 20+Prozent hat der Anlagenbauer nun hierfür einen Produktionsprozess spezifiziert, der etwa halb so hohe Betriebskosten und höhere Abscheideraten hat als gängige Verfahren bietet. Weiterhin erhöht eine speziell entwickelte Laser Treatment Machine (LTM) zum Öffnen der Passivierungsschicht im PERC-Verfahren laut Schmid den Durchsatz um 30 bis 100Prozent gegenüber herkömmlichen Systemen. In der Markteinführung sind auch Anlagen für einen weiteren hocheffizienten Ansatz, der bisher nur von einem Unternehmen genutzt wurde. Nämlich die Heterojunction-Zelltechnik von Sanyo, die Panasonic nach der Übernahme weiterentwickelt. Das Patent dieser Technik ist mittlerweile abgelaufen und das hat Roth & Rau genutzt: In Kooperation mit der Universität Neuchâtel hat auch dieser Anlagenbauer das Zellkonzept weitergeführt sowie entsprechende Anlagen für die Herstellung von Heterojunction-Zellen gebaut. „Wir finden das Konzept gut und haben Maschinen dafür entwickelt, damit jeder Zellhersteller in der Lage ist, diese hocheffizienten Zellen zu produzieren“, sagt Mario Schubert, Sprecher von Roth & Rau. Im September 2012 präsentierte Meyer Burger, zu dessen Gruppe Roth & Rau gehört, schließlich ein 303W-Solarmodul mit Heterojunction-Technologie (HJT) und SmartWire-Kontaktierung. Derzeitige Module haben Leistungen zwischen 250 und 270W. „Der Wirkungsgrad unserer Heterojunction-Zellen liegt heute bei 21Prozent und soll in den kommenden zwei Jahren bis auf 24Prozent erhöht werden“, sagt Schubert. Damit Hersteller in den Genuss dieser Technik kommen, müssen sie allerdings in eine neue Produktionsanlage investieren. „Dafür erhält man aber einen höheren Output und geringere Produktionskosten, da der Prozess mit Niedertemperaturprozessen weniger Energie benötigt“, sagt Schubert. Zellen dieser Art haben einen sehr niedrigen Temperaturkoeffizienten, der zum einen für einen höheren Ertrag sorgt. Zum anderen sind Module mit dieser Technik damit besonders für die aufkommenden Märkte in der Mena-Region oderauch anderen heißen Regionen geeignet.

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