Zukunft der Photovoltaik: Tandemzellen und Agri-PV

Silizium nähert sich seiner physikalischen Grenze. Der nächste Sprung kommt deshalb nicht aus besseren Siliziumzellen, sondern aus einer zweiten Schicht darüber – und aus Anwendungen, die heute noch keine Fläche nutzen.

Wo die Grenze liegt

Marktübliche Module liegen bei 20 bis 23 Prozent; zwischen Labor und Serie liegen traditionell vier bis sechs Prozentpunkte und etwa zehn Jahre. Die Zahl, die zählt, ist deshalb nicht der Rekord, sondern die Zeit bis zur Serie.

Tandemzellen: der reale nächste Schritt

Eine Perowskitschicht über der Siliziumzelle nutzt den kurzwelligen Teil des Lichts, den Silizium schlecht verwertet. Im Labor sind damit über 34 Prozent erreicht – das ist ein Drittel mehr als die beste Siliziumzelle allein. Erste Pilotfertigungen laufen.

• Was dafür spricht: Die Schicht lässt sich auf bestehende Siliziumzellen aufbringen; die vorhandenen Fabriken bleiben nutzbar.
• Was dagegen spricht: Perowskit ist empfindlich gegen Feuchtigkeit und UV. Die Haltbarkeit über 25 Jahre ist der ungelöste Punkt, nicht der Wirkungsgrad.
• Zeithorizont: Erste Serienmodule werden ab Ende der 2020er Jahre erwartet. Für eine Kaufentscheidung heute ist das ohne Bedeutung.

Anwendungen, die Fläche erschließen

Ansatz	Stand	Wofür
Agri-PV	im Markt, gefördert	Module über Ackerflächen und Obstkulturen – Ernte und Strom von derselben Fläche, mit Schutz vor Hagel und Verdunstung
Bifaziale Module	Standard bei Freiflächen	Beide Seiten erzeugen Strom; auf hellem Untergrund 5 bis 20 Prozent Mehrertrag
Fassaden-PV	verfügbar, Nische	Senkrechte Flächen liefern weniger, aber gleichmäßiger und im Winter besser
Schwimmende Anlagen	im Markt, begrenzt	Auf Baggerseen und Speicherbecken; Kühlung bringt Mehrertrag, die Genehmigung ist die Hürde
Solardachziegel	verfügbar, teuer	Optisch unauffällig, dafür zwei- bis dreifacher Preis je Kilowatt peak
Organische und gedruckte Zellen	Forschung	Leicht, biegsam, kurzlebig – für Flächen, die kein Standardmodul tragen

Was sich am System ändert

• Vom Erzeuger zum Marktteilnehmer. Mit dynamischen Tarifen und § 14a EnWG wird der Zeitpunkt der Erzeugung wichtiger als die Menge, siehe § 14a EnWG.
• Negative Strompreise häufen sich in sonnigen Mittagsstunden – die Einspeisung wird dann nicht mehr vergütet, siehe negative Strompreise.
• Das Auto wird zum Speicher. Bidirektionales Laden macht 40 bis 80 Kilowattstunden verfügbar, siehe bidirektionales Laden.
• Die Wärme folgt dem Strom. Wärmepumpen verschieben den Verbrauch in den Winter und verändern die Auslegung, siehe Speicher und Wärmepumpe.

Versprechen, bei denen Vorsicht angebracht ist

• „Doppelter Wirkungsgrad durch X“. Die physikalische Grenze einer Einfachzelle liegt bei rund 33 Prozent; alles darüber braucht mehrere Schichten.
• Solarstraßen und Solarwege. Mehrfach gebaut, mehrfach gescheitert – falscher Winkel, Verschmutzung, Verschleiß.
• „Strom auch nachts“. Thermoradiative Ansätze liefern Milliwatt, nicht Watt.
• Module, die angeblich keine Wartung und keine Degradation kennen. Jede Zelle altert; seriöse Hersteller geben die Rate an.

Häufige Fragen

Weiterlesen

• Geschichte der Solarenergie – wie es dahin kam
• Wirkungsgrad – was die Zahl wirklich bedeutet
• Änderungsmonitor – jede Regeländerung mit Datum und Quelle

Quellen

• NREL: Best Research-Cell Efficiency Chart – Rekordwirkungsgrade von Laborzellen
• Fraunhofer ISE: Photovoltaics Report
• Elektro- und Elektronikgerätegesetz (ElektroG) – Rücknahme von Altmodulen