Technologie

Photovoltaik wird zum Multi-Terawatt-Markt

04.06.2019 - Alle Energiesektoren werden maßgeblich durch Solarstrom versorgt werden.

Dramatische Kosten­senkungen und der rasante Ausbau der Produktions­kapazitäten machen die Photovoltaik zu einem Game Changer des globalen Energiesystems. Nicht nur der Stromsektor, sondern auch Verkehr, Wärme, Industrie und Chemie­prozesse werden in Zukunft maßgeblich durch Solarstrom versorgt. Darin liegen Chancen, aber auch Heraus­forderungen – auf der Ebene des Energiesystems ebenso wie für Forschung und Industrie. Die Eckpunkte der zukünftigen Entwick­lungen loteten nun führende internationale Photovoltaik-Forscher rund um die Global Alliance for Solar Energy Research Institutes aus. Die Global Alliance for Solar Energy Research Institutes GA-SERI besteht aus dem Fraunhofer-Institut für Solare Energie­systeme ISE, dem National Institute of Advanced Industrial Science and Tech­nology AIST (Japan) und dem National Renewable Energy Laboratory NREL (USA). 

Das Wachstum der PV-Branche zu einem Multi-Terawatt-Markt verlaufe schneller als erwartet, so die Experten. Während Ende 2018 500 Gigawatt Photovoltaik­leistung weltweit installiert waren, wird für 2030 mit zehn Terawatt und für 2050 mit dreißig bis siebzig Terawatt gerechnet. „Die Kosten für PV- Module sind in den letzten 40 Jahren um zwei Größen­ordnungen gesunken, Ende 2018 lagen sie unter 25 Dollarcent pro Watt. Dadurch sanken die Strom­gestehungs­kosten für Solarstrom – im Gegensatz zu konven­tionellen Energie­quellen – und in weiten Teilen der Welt ist er absolut wett­bewerbsfähig“, so Andreas Bett, Leiter des Fraunhofer-Instituts für Solare Energie­systeme ISE.

Der steigende Anteil von PV-Strom am Strommix zieht Änderungen im Strom­erzeugungs- und Übertragungs­system, in den Betriebsführungs­strategien und bei den PV-Systemen selbst nach sich, so die Forscher. „Der fundamentale Wandel in unserem Energie­system stellt uns vor die Heraus­forderung, ergänzende Technologien wie Speicher zu entwickeln und die Sektoren­kopplung voran­zutreiben“, so Bett weiter. Dabei identi­fizierten die Wissenschaftler fünf Handlungs­felder.

Die Harmonisierung von Verbrauch und Erzeugung auch über größere Entfernungen, Speicher sowie verbesserte Solar­prognosen helfen, Schwankungen im Solar­stromangebot auszugleichen. Mit einem wachsenden PV-Strom-Anteil im Stromnetz werden Solaranlagen zunehmend netz­dienliche Leistungen wie Spannungs­regulierung und Frequenz­steuerung übernehmen, wofür eine neue Generation PV-Wechsel­richter entwickelt wurde. Bei einem sehr hohen PV-Anteil werden neue Technologien wie virtuelle Schwingungs­regler zum Einsatz kommen, und die Kopplung mit Batteriesystemen schafft widerstands­fähige, zuverlässige Systeme.

Die Preise für Lithium-Ionen-Batterien sind in den letzten acht Jahren um achtzig Prozent gesunken, und weitere Senkungen sind durch steigende Produktions­kapazitäten und Technologie­entwicklung zu erwarten. Darüber hinaus arbeiten Forschung und Industrie an neuen, kosten­günstigen Materialien mit einer höheren Energiedichte als Alternative zu Lithium-Ionen – Batterien. Eine weitere Möglichkeit sind Pumpspeicher­kraftwerke, für die weltweit ein erhebliches technisches Potenzial besteht.

Die Elektri­fizierung des Transport­sektors, der für 39 Prozent des fossilen Gesamt­energie­verbrauchs zuständig ist, sowie der Gebäudeheizung (17 Prozent der fossilen Energieträger) werden die Nutzung erneuer­barer Energien dramatisch erhöhen. Wärmepumpen als die führende Heizungsform der Zukunft werden die Energie­effizienz von Gebäude deutlich verbessern. Industrien wie die Stahl-, Eisen – und Düngemittel­herstellung können mit kostengünstig solar erzeugtem Wasserstoff und Ammoniak die Treibhausgas­emissionen ihrer Prozesse reduzieren.

Kostengünstiger Wind- und Solarstrom kann zur Erzeugung von Wasserstoff, Methan und anderen Kohlen­wasserstoff­verbindungen genutzt werden, die als synthetische Kraft- und Brennstoffe, Prozess­chemikalien oder als Ausgangsstoffe für die chemische Industrie zum Einsatz kommen. Mit Power-to-Gas oder Power-to-X-Technologien können viele Terawatt Wind- und Solarleistung aufgenommen und über lange Zeiträume chemisch gespeichert werden. Die Forscher sehen hier noch viel Potenzial für Effizienz­steigerung und Kostensenkung. 

Die Lernkurve der Photo­voltaik, die in den letzten vierzig Jahren eine Senkung der Modulkosten von 23 Prozent pro Verdopplung der installierten Kapazität gezeigt hat, wird sich nach Ansicht der Wissen­schaftler fortsetzen. In der Silizium-Photovoltaik, die 95 Prozent des Weltmarktes ausmacht, geht der Trend zu kosten­günstigen Solarzellen mit passivierten Kontakten, die höhere Wirkungs­grade ermöglichen. Techno­logische Fortschritte im Bereich der Dünnschicht- und neuartigen Technologien haben hier die Wirkungsgrade über die 20-Prozent-Marke gehoben, bei Mehrfach­solarzellen auf Basis von Silicium sind es bereits über 35 Prozent. Auch die erhöhten Produktions­volumina bedingen neue Forschungs- und Entwicklungs­aufgaben: Fragen von Material­versorgung vor allem bei seltenen Elementen wie Silber, Nach­haltigkeit und Recycling rücken bei einer Produktion im Terawatt-Bereich stärker in den Mittelpunkt.

Fh.-ISE / JOL

Weitere Infos

Produkte des Monats

Fluid-Struktur-Interaktion simulieren

Vakuum- und Niederdrucksysteme werden für unterschiedliche Zwecke, wie Elektronenmikroskope oder in der Halbleiterherstellung, eingesetzt. Forscher und Entwickler, die mit Vakuumsystemen arbeiten, nutzen verstärkt Simulation für eine effizientere Entwicklung und zur Reduktion kostspieliger Prototypen.

 

Zur Registrierung

Neues aus der Welt der Multiphysik-Simulation

Die COMSOL News 2019 enthält spannende Berichte aus den verschiedensten Bereichen der Forschung und Entwicklung. Erfahren Sie, wie Multiphysik-Simulation Smart City-Technologien verbessert, den gezielteren Einsatz von Krebs-Medikamenten ermöglicht und für eisfreie Straßen im Winter sorgen kann!

Laden Sie die COMSOL News 2019 ohne Anmeldung und kostenfrei herunter:

HIER

Produkte des Monats

Fluid-Struktur-Interaktion simulieren

Vakuum- und Niederdrucksysteme werden für unterschiedliche Zwecke, wie Elektronenmikroskope oder in der Halbleiterherstellung, eingesetzt. Forscher und Entwickler, die mit Vakuumsystemen arbeiten, nutzen verstärkt Simulation für eine effizientere Entwicklung und zur Reduktion kostspieliger Prototypen.

 

Zur Registrierung

Neues aus der Welt der Multiphysik-Simulation

Die COMSOL News 2019 enthält spannende Berichte aus den verschiedensten Bereichen der Forschung und Entwicklung. Erfahren Sie, wie Multiphysik-Simulation Smart City-Technologien verbessert, den gezielteren Einsatz von Krebs-Medikamenten ermöglicht und für eisfreie Straßen im Winter sorgen kann!

Laden Sie die COMSOL News 2019 ohne Anmeldung und kostenfrei herunter:

HIER