Der Beginn des Solarzeitalters
Der Klimawandel zwingt uns, in den nächsten fünf Jahren entscheidende Weichenstellungen zu vollziehen. Photovoltaik wird dabei eine zentrale Rolle spielen.
Die Menschheit steht vor einer der größten Herausforderungen ihrer Geschichte, vielleicht der größten: dem Übergang vom Ressourcen verschwendenden Wirtschaften der letzten 200 Jahre zu einem nachhaltigen Umgang mit unseren endlichen Ressourcen. Das abschreckende Beispiel der Osterinseln lässt grüßen, von denen nach Abholzung des letzten Baums die Grundlagen für menschliches Leben fast verschwanden.
Unter den anstehenden Themen der Transformation unserer Wirtschaft und unserer Gesellschaft in Nachhaltigkeit steht die Transformation des Energiesystems oben an: Zusätzlich zur Endlichkeit unserer Ressourcen an Öl, Gas, Kohle und nutzbarem Uran, die uns noch 50 bis 100 Jahre „Business as usual“ erlaubten, kommt das drohende Klimaproblem. Es zwingt uns, bereits in den nächsten fünf Jahren entscheidende Weichenstellungen zu vollziehen. Nur so können wir gefährliche, irreversible „Tippingpoints“ im Erdsystem vermeiden. Ungebremster Anstieg des Gehalts unserer Atmosphäre an CO2, N2O und anderen klimawirksamen Gasen kann zum Umkippen von Klimaphänomenen führen, wie Monsunregen, Golfstrom, El Niño und La Niña – und zu Gefahren, die wir noch gar nicht im Blick haben.
Kernpunkt der anstehenden Transformation unseres Energiesystems hin zu effizienter Verwendung von schließlich 100 % erneuerbar, CO2-neutral bereitgestellter Energie ist der rasche Zubau der Nutzung erneuerbarer Energiequellen für die Produktion von Strom, Wärme und den Verkehr. Detaillierte Simulationen zeigen, dass ein wesentlich auf der Ernte von Sonnenenergie in Form der Photovoltaik, der Ernte von Windenergie, dazu Biomasse, Geothermie sowie andere Formen erneuerbarer Energien beruhendes Energiesystem unseren Energiebedarf kostengünstig und zuverlässig decken kann. Speicher und intelligente Vernetzung sind natürlich wesentliche Bestandteile des künftigen Energiesystems.
Die beiden Hauptpfeiler des künftigen Welt-Energiesystems werden Photovoltaik und Windenergie sein, die ja letztlich beide auf den schier unerschöpflichen Energiefluss der Sonne zurückgehen.
In der aktuellen Ausgabe von Physik in unserer Zeit beschreiben Giso Hahn und Sebastian Joos von der Universität Konstanz in einem profunden Artikel die technischen Details der Ernte der Solarenergie durch die direkte photovoltaische Umwandlung des Sonnenlichts in Elektrizität. Dieser Prozess ist zwar bereits seit über hundert Jahren bekannt. Es dauerte aber bis 1954, bis an den Bell Laboratories – nur wenige Jahre nach der Entwicklung des ersten Transistors – auch die erste Halbleiter-Solarzelle aus Silizium hergestellt wurde. Diese Solarzelle wandelte Licht mit einem Wirkungsgrad von 6 % in Strom um. Die Kosten derartigen Solarstroms waren aber so hoch, dass er nur für die Energieversorgung von Satelliten einsetzbar war. Um 1980 herum begann man jedoch, diese Technologie auch auf der Erde mit rasch zunehmender Wirtschaftlichkeit einzusetzen. Aktuell, im Jahr 2016, kann selbst im sonnenarmen Deutschland Solarstrom für nur noch 7 €ct/kWh hergestellt werden, im sonnenreichen Dubai bereits für 3 €ct/kWh!
Daher öffnen sich gerade die Schleusentore für den weltweiten Durchbruch dieser von Hahn und Joos beschriebenen Technologie: Ende 2015 waren erst etwa 300 Gigawatt an Photovoltaik-Leistung installiert, 2020 gehen wir von einer jährlichen Installation von über 100 GW pro Jahr aus, und 2030 erwarten die Experten weltweit bereits zwischen 2000 und 5000 Gigawatt, also zwei bis fünf Terawatt installierter Leistung!
Jährliche, globale Produktion von Photovoltaikmodulen.
Wir stehen heute erst am Beginn des Solarzeitalters, das uns Stromgestehungskosten von 2 ct/kWh bringen wird. Technologien konventioneller Stromerzeugung werden einfach nicht mehr wirtschaftlich sein. Diejenigen Firmen und Länder, die diese revolutionäre Entwicklung erkennen und in Technologieentwicklung und Arbeitsplätze umsetzen, werden Gewinner sein. In Deutschland sind wir leider gerade dabei, den großartigen Vorsprung als Pioniere in großvolumiger, kostengünstiger Solarzellenproduktion aufzugeben. Wir vernachlässigen unseren eigenen Markt und zwingen damit die Investoren, Photovoltaik-Produktion neuester Technologie dort zu errichten, wo sie rasch wachsende Märkte vorfinden!
Eicke R. Weber , ISE, Freiburg
Dieser Essay des Direktors vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg (freier Download) kommentiert den Artikel "Marktführer mit Zukunft" von Giso Hahn und Sebastian Joos (Universität Konstanz) über die aktuellen technischen Entwicklungen bei industriellen Solarzellen (Download nur mit Online-Abo). Beide Beiträge sind in der aktuellen Ausgabe von Physik in unserer Zeit erschienen.
