Für das Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme ISE und andere Institute ist ein Photovoltaik-Ausbau von 25 Prozent pro Jahr notwendig, um den globalen Energie-Bedarf 2050 klimaneutral decken zu können. Dieser Kurs müsse für die kommenden zehn Jahren gelten, schreiben sie in der neuesten Ausgabe von »Science«.

Zu dem Konsens seien die Teilnehmenden während des dritten Terawatt-Workshops gekommen, der im vergangenen Jahr in Freiburg stattfand. Vorausgegangen war, dass Forschungsgruppen aus der ganzen Welt immer höhere Prognosen über den notwendigen PV-Ausbau zur Elektrifizierung und Dekarbonisierung des Energiesystems publiziert hatten. Der Workshop stand ferner neben dem ISE unter der Leitung des National Renewable Energy Laboratory (NREL) und des National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST). Daran hatten zudem PV-Expertinnen und Experten aus 41 Institutionen in 15 verschiedenen Ländern teilgenommen. Unter der Annahme einer zukünftigen Bevölkerung von 10 Milliarden Menschen, weiter sinkender PV-Kosten und eines steigenden Energieverbrauchs im globalen Süden gehen sie davon aus, dass bis 2050 etwa 75 Terawatt an weltweit installierter PV nötig seien, um die Dekarbonisierungsziele zu erreichen.

Bisher Verdopplung der PV alle 3 Jahre

Die kommenden Jahre seien dafür entscheidend, so die Autorinnen und Autoren des Artikels. Diese Wachstumsrate von 25 Prozent stünde dabei im Einklang mit dem, was die PV in den vergangenen Jahrzehnten erreicht habe. Denn tatsächlich habe die PV-Industrie bisher weltweit alle drei Jahre eine Verdoppelung der jährlichen Produktion und der kumulativen Kapazität verzeichnet. Bei dieser Rate werde das nächste Terawatt an installierter Leistung voraussichtlich 2024 erreicht sein. Der geplante Ausbau der Polysiliciumkapazität lasse zudem vermuten, dass eine Produktionsrate von einem Terawatt pro Jahr bis 2028 oder früher zu erreichen sei. Die Kosten für den Bau einer neuen PV-Produktionslinie seien in den letzten 10 Jahren ferner alle drei Jahre um 50 Prozent gesunken.

Eine wichtige Rolle beim Erreichen der PV-Ausbauziele schreiben die Autorinnen und Autoren Effizienzsteigerungen zu. In den letzten 20 Jahren ist der Wirkungsgrad von Solarzellen im Durchschnitt um 0,5 Prozent absolut pro Jahr gestiegen, und immer größere Zellgrößen ermöglichten in dieser Zeitspanne einen Anstieg der Leistung pro Zelle von etwa 2,5 auf 10 Watt. TOPCon, die neueste Tunneloxid-passivierte Silicium-PV-Technologie bietet heute ein höheres Potenzial für Effizienz und Stabilität. Die Technologie schaffte es innerhalb von fünf Jahren von einem relevanten Labor-Design zur Kommerzialisierung und Massenproduktion. Jüngste Analysen zeigen, dass es etwa 3 Jahre dauert, bis die durchschnittliche Zelleffizienz in der Massenproduktion die Effizienz der im Industrielabor hergestellten Spitzen-Zelle erreicht.

Herausforderung Silberbedarf

Probleme in der Versorgungskette, die mit der hohen Nachfrage nach Komponenten oder der Knappheit von Materialien zusammenhängen, könnten laut den Autorinnen und Autoren eine Herausforderung für den massiven Einsatz der Photovoltaik darstellen. Der Silberverbrauch für PV macht bereits 10 Prozent der weltweiten Produktion aus und wird damit absehbar das Hauptproblem bei der Materialverfügbarkeit.

Die Forschung zum Ersatz von Silber durch Kupfer oder Aluminium schreite jedoch voran und werde bald für TOPCon und Heterojunction-Silicium-Solarzellen verfügbar sein. Um die Kreislauffähigkeit von Materialien in der Zukunft bei zunehmender Massenproduktion zu erhöhen, müssten Forschung und Entwicklung für Ökodesign und Recycling bereits jetzt intensiviert werden. Darüber hinaus müsse die PV-Lieferkette verlagert werden, nicht nur um die Logistikkosten und die damit verbundenen Emissionen zu senken, sondern auch um eine ununterbrochene Versorgung mit Komponenten zu gewährleisten.

Im Jahr 2022 erreichte die Photovoltaik mit einer weltweit installierten Kapazität von einem Terrawatt einen Meilenstein. Trotz des beträchtlichen Wachstums und der Kostensenkung in den letzten 30 Jahren trägt die Photovoltaik heute nur 4-5 Prozent zur weltweiten Stromerzeugung bei. Da die Photovoltaik – im Unterschied zu vielen anderen Technologien – weltweit vergleichsweise schnell zum Einsatz gebracht werden kann, ist sie eine der wenigen Möglichkeiten, die Treibhausgasemissionen bis 2050 zu reduzieren. Das nächste Jahrzehnt sei entscheidend, schreiben die Forschenden, um die Herausforderungen zu meistern, die Wege zu definieren und eine schnelle und nachhaltige Skalierung der Photovoltaik zu unterstützen, wobei der Schwerpunkt auf der gesamten PV-Lieferkette liege.

11.4.2023 | Quelle: Fraunhofer ISE | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH