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Fotovoltaik ist Konkurrenz für Kohle und Gas Der neue Billigstrom kommt

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Technik - Solarzellen zum Auflackieren

Die Sonnenkönige der Solarbranche
Wer hat auf dem schrumpfenden Solarmarkt noch eine Chance? Das Zentrum für Solarmarktforschung (ZFS) hat exklusiv für die WirtschaftsWoche die Zukunftssaussichten der deutschen Solarindustrie unter die Lupe genommen. Und das ist das Ergebnis.... Quelle: dpa
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Wer heute Solarzellen herstellen will, braucht wahres High-Tech-Equipment: Schmelzöfen und Präzisionssägen, Roboter und Beschichtungsanlagen. Fotovoltaikfabriken sind teuer, komplex, und sie schlucken enorme Mengen Energie.

Nicht so bei Arved Hübler. Wenn er neue Solarmodule braucht, drucken seine Mitarbeiter einfach welche aus. Dafür reichen dem Leiter des Instituts für Print- und Medientechnik der TU Chemnitz eine Druckmaschine, Spezialtinte und eine Rolle Papier. „Fast so wie die Verpackungsindustrie Pralinenschachteln herstellt“, sagt Hübler, „stellen wir Solarzellen her.“

In seinem Labor hat der Solarforscher schon kilometerlange Papierrollen an einem Stück in Sonnenkraftwerke verwandelt. In Stücke geschnitten und mit Kontakten versehen, kann damit selbst gewöhnliches Büropapier Strom produzieren. Die Zellulosezellen halten nur rund drei Monate, sind aber spottbillig – und lassen sich wie jeder Pappkarton recyceln.

Bald sollen Hinterhofdruckereien in Indien Fotovoltaikkartons fertigen, so der Plan des Chemnitzers. Selbst die Ärmsten können sich dann kleine Kraftwerke auf ihre Hütten legen – vielleicht finanziert durch Werbung auf der Rückseite. „Zwei Din-A3-Bögen reichen, um ein Handy zu laden“, sagt Hübler. „Und ein Filmplakat, um einen Schreibtisch zu beleuchten.“

Nicht nur in Indien steht die Fotovoltaik vor einem technischen Wandel: Weltweit erhalten die starren blauen Solarmodule aus Silizium bald Konkurrenz von dünnen, flexiblen Zellen, gefertigt aus Plastik oder sogar Papier. Auch auf Glasscheiben und Stahlbleche lassen sich neuartige Solarzellen lackieren. Forscher sprechen von der dritten Generation der Fotovoltaik – nach Siliziummodulen und Dünnschichtsolarzellen. Sie könnte Sonnenstrom noch preiswerter machen – und allgegenwärtig.

Die Top-Ten-Hersteller kristalliner Solarmodule

Aufsehen erregen derzeit sogenannte Farbstoffsolarzellen. Sie nutzen statt Silizium spezielle Farbstoffe, um Sonnenlicht in Strom zu verwandeln. Anders als ihre Siliziumpendants erzeugen die bunten Zellen auch dann reichlich Strom, wenn sie nicht direkt in die Sonne gerichtet sind – was sie ideal für den Einbau in Hausfassaden macht. Zudem sind sie dünn, leicht und flexibel – und lassen sich mit Druckmaschinen auf Stahl oder Glas auftragen.

Oft werden die Zellen Grätzel-Zellen genannt – nach ihrem Erfinder, dem Chemiker Michael Grätzel von der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne. Seit mehr als 20 Jahren forscht er daran, nun ist ihm ein Durchbruch gelungen: In seinem Labor erreichte er den Rekordwirkungsgrad von 14,1 Prozent. „Das ist ein Durchbruch, wie Forscher ihn selten erleben“, sagt Grätzel. Siliziumzellen haben zwar noch höhere Wirkungsgrade – sind aber viel teurer.

Möglich wurde der Rekord dank neuer Mineralien, Perowskite genannt. Mit ihnen leisten Farbstoffzellen nicht nur mehr, sie werden auch widerstandsfähiger und preiswerter. Denn das Material ist spottbillig, und eine Schicht von einem tausendstel Millimeter reicht für den Bau einer Solarzelle. Für ein Zehn-Megawatt-Kraftwerk, schätzt Toby Meyer, Gründer des Schweizer Solar-Startups Solaronix, brauche man nur 30 Kilogramm der Mineralien. „Das ist nicht low-cost“, sagt er, „das ist no-cost.“

Kevin Arthur, Chef des britischen Solar-Startups Oxford-PV, glaubt, dass Module aus Farbstoffsolarzellen nur 30 Cent pro Watt kosten – weniger als halb so viel wie heute. Zudem sollen die Zellen, gedruckt auf Fensterscheiben oder Stahlfassaden, Teile von Gebäuden ersetzen, für die Bauherren ohnehin Geld ausgeben. Und es soll noch billiger gehen: „Die Technik wird mit der Zeit einen Wirkungsgrad von 20 Prozent erreichen“, sagt Arthur. Das schaffen heute nur Spitzensiliziummodule.

Die Top-Ten-Hersteller von Dünnschicht-Solarmodulen

Aber auch die herkömmliche Technik ist lange nicht an ihren Grenzen. Mit immer neuen Tricks machen die Hersteller Siliziummodule effizienter: Sie schneiden die Wafer – den Rohstoff für die Zellen – immer dünner, ersetzen teures Silber in den Leiterbahnen durch Kupfer oder stapeln mehrere Zellen übereinander, um das gesamte Wellenspektrum des Lichts auszunutzen.

Mit solchen Sandwich-Solarzellen will Martin Green, einer der renommiertesten Solarforscher, die Wirkungsgrade der Siliziumzellen erheblich steigern. „In den nächsten 20 bis 30 Jahren sind bis zu 50 Prozent machbar“, sagt der Leiter des ARC Photovoltaics Centre of Excellence an der University of New South Wales in Sydney.

Teure Materialien erlauben solche hohen Wirkungsgrade sogar heute schon: Kürzlich haben Forscher des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) in Freiburg mit einer Zelle aus Gallium und Arsen 43,6 Prozent erzielt – Weltrekord. Dabei bündeln die Forscher das Sonnenlicht mit einer Linse auf eine Hochleistungssolarzelle, die nur so klein wie ein Fingernagel ist. Das senkt die Kosten.

Die konzentrierte Fotovoltaik, für die der Heilbronner Solarhersteller Azur Space High-Tech-Zellen fertigt, könnte schon bald den preiswertesten Sonnenstrom liefern. Zwar eignet sie sich nicht für Deutschland, denn sobald sich ein Wölkchen vor die Sonne schiebt, erzeugt die Konzentratorzelle fast keinen Strom mehr. In sonnenreichen Regionen wie Kalifornien, Nordafrika oder Saudi-Arabien aber lassen sich damit Riesenanlagen errichten.

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