Solarenergie

Die Perfektionierung der Siliziumzelle

Von Georg Küffner

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Bei Leipzig sollen bis Ende 2009 Solarzellen mit einer Leistung von 40 Megawatt-Peak aufgestellt werden

01. März 2008 Sie nennen sich „Bürgersolaranlagen“ und man installiert sie auf den Dächern von Gemeindekindergärten, Stadthallen oder Feuerwehrhäusern. Ihren Namen verdanken sie (zum Teil) dem Umstand, dass man als Standfläche städtisches Eigentum nutzt. Wesentlich für die Namensgebung ist das gewählte Finanzierungskonzept: Man fordert die Bürger einer Kommune auf, Anteile an den Investitionskosten einer Solaranlage zu zeichnen und schlägt so zwei Fliegen mit einer Klappe - wobei einer der Vorteile des Engagements deutlich stärker kommuniziert wird als der andere: Durch den Betrieb der Anlage werde ein Beitrag zur Schonung der Ressourcen und zum Klimaschutz geleistet, so die Argumentation. Zum anderen winke eine „ordentliche“ Rendite, die das Engagement auch finanziell interessant mache.

Bürgersolaranlagen schießen wie Pilze aus dem Boden. Dächer, Freiflächen und Fassaden werden in Deutschland mit Photovoltaikanlagen regelrecht überzogen. Die Rekorde jagen sich. Jahr für Jahr werden immer größere Zuwächse gemeldet. So sind 2007 Anlagen mit einer Leistung von 1100 Megawatt-Peak neu ans Netz gegangen, was einer Steigerung gegenüber 2006 von knapp 30 Prozent entspricht. Zusammengefasst verfügt Deutschland mittlerweile über eine Solarstromleistung von 3800 Megawatt-Peak, was auf den ersten Blick der Leistung von vier großen Kohlekraftwerken entspricht. Doch das stimmt nur bedingt, kann doch im schattigen Deutschland und wegen der nur tagsüber strahlenden Sonne mit einer Solaranlage nur etwa ein Neuntel der Strommenge erzeugt werden aus einem gleich großen Kohlekraftwerk.

Einspeisevergütung über 20 Jahre garantiert

Dass trotz dieser nicht gerade überwältigenden Ausbeute weiter ungebremst in Photovoltaikanlagen investiert wird, liegt an dem vor acht Jahren aus der Taufe gehobenen und 2004 novellierten Erneuerbare Energien Gesetz (EEG). Die Betreiber von Solaranlagen erhalten mit 46 Cent je Kilowattstunde eine üppige Einspeisevergütung und zwar garantiert über 20 Jahre. Zahlen muss diesen Betrag die Solidargemeinschaft der Stromkunden, so dass Bürgersolaranlagen von der großen Gruppe der Durchschnitts- und Geringverdiener über deren Stromrechnungen alimentiert werden, während die finanziellen Vorteile einer solchen Gruppeninvestition nur wenigen zugute kommen.

Diese „Umverteilung“ ruft immer häufiger Kritiker auf den Plan, die zudem monieren, dass mit keiner anderen Technik der ausgelobte Beitrag zum Klimaschutz so teuer erkauft werde wie mit der Photovoltaik. So hat das Rheinisch-Westfälische Institut für Wirtschaftsforschung RWI in Essen für jede durch Solarstromanlagen vermiedene Tonne Kohlendioxid Kosten von gut 900 Euro ausgemacht, während der 2005 etablierte Emissionshandel diese Menge mit rund 30 Euro bewertet.

Solarboom ist und bleibt ungebrochen

Doch noch mit einer weiteren Zahl hat das RWI Aufmerksamkeit erregt. So haben die Wissenschaftler die Einspeisevergütung für die bis Ende 2007 aufgestellten Photovoltaikanlagen über den Garantiezeitraum von 20 Jahren hochgerechnet und sind dabei auf eine Summe von rund 31 Milliarden Euro gekommen. Um von diesem Bruttobetrag auf den „wahren“ Wert des Sonnenstroms zu schließen, haben sie die Summe um die Kosten der vermiedenen konventionell zu produzierenden Strommenge bereinigt. Herausgekommen sind für den derzeit installierten „Maschinenpark“ Solarstromfolgekosten von etwa 23 Milliarden Euro.

Ein Betrag, der umgelegt auf die Zahl der Beschäftigen eine Subventionierung jedes Arbeitsplatzes in der Photovoltaikbranche von rund 153.000 Euro ergibt. Zum Vergleich: Für die Kumpel im deutschen Steinkohlebergbau wurden „nur“ etwa 78.000 Euro ausgegeben. Unter diesen Randbedingungen ist und bleibt der Solarboom ungebrochen. Meldungen über die Inbetriebnahme neuer Produktionsanlagen gehen in immer kürzeren Abständen durch die Medien, wobei anders als bisher die Fabriken zunehmend in Ländern wie Malaysia, Singapur und China errichtet werden.

Von hier aus will man die Weltmärkte bedienen. Doch erst einmal gehen die größten Mengen nach Deutschland, das zwar selbst über riesige Produktionskapazitäten verfügt, die aber bei weitem nicht ausreichen, den Bedarf zu decken. Rund die Hälfte des für dieses Jahr erwarteten Zubaus an Photovoltaikanlagen von 1500 bis 2000 Megawatt-Peak werden importiert. Die hohe Einspeisevergütung und damit deutlich über den Kosten realisierbare Preise saugen die Solarzellen förmlich ins Land.

Nicht mehr gesägt, nur noch geschnitten

Der überhitzte Solarmarkt ist nicht gerade ein Motivator, neue Techniken voranzubringen. Solarzellen werden heute zu rund 90 Prozent noch immer aus kristallinem Silizium hergestellt. Veränderungen werden nur vorgenommen, um die Herstellkosten der Module und damit die Kosten für die Produktion des Sonnenstroms zu minimieren. Das Verbessern der Wirkungsgrade ist dagegen von untergeordneter Bedeutung, steht doch - anders als bei einem Gaskraftwerk - der „Brennstoff“ Sonnenenergie kostenlos zur Verfügung.

Dem Ziel billigere Module nähert man sich am schnellsten, wenn man mit immer weniger Silizium auskommt. Das bezog man vor wenigen Jahren noch ausschließlich von der Halbleiterindustrie, deren „Abfälle“ man teuer aufkaufte. Mittlerweile haben sich Verfahren zum Herstellen von Solar-Silizium etabliert, die mit geringerer Qualität und damit niedrigeren Produktionskosten auf die Ansprüche der Photovoltaikindustrie abgestimmt sind. Auch hat man völlig andere Kristallziehtechniken entwickelt, die das verlustreiche Sägen der Siliziumblöcke in hauchdünne Wafer überflüssig machen.

Die Zukunft gehört den Dünnschichtzellen

So lässt sich heute Silizium zu feinsten achteckigen Rohren oder zu Bändern direkt aus der Schmelze ziehen. Es muss nicht mehr gesägt, sondern nur noch geschnitten werden. Erfolg hatte man auch mit der Strategie, die Wafer dünner zu machen. So lag deren Standarddicke lange bei 0,3 Millimeter, heute ist man bei etwa der Hälfte. Bei der Steigerung der Effizienz geht es darum, die Verluste zu minimieren: Das klingt trivialer, als es ist, denn dabei kommt es mitunter zu Wechselwirkungen. So kann etwa das Reduzieren optischer Verluste die elektrischen Verluste in die Höhe treiben.

Obwohl die Siliziumzelle noch immer den Standard bestimmt, wird trotz aller Erfolge beim „Leichtbau“ wegen des noch immer recht hohen Materialbedarfs intensiv an Dünnschichtzellen gearbeitet, die nur ein Hundertstel der klassischen Zellenstärke messen. Ihnen gehört nach Meinung der Fachleute die Zukunft. Rund zehn Prozent aller Zellen sind heute bereits von dieser Art, hier wird das Halbleitermaterial in Schichtstärken von wenigen Mikrometer direkt auf das Trägermaterial (Glas, Metall, Folien) aufgetragen. Damit entfällt das Sägen und Polieren.

Größere Zellen möglich

Auch die Kontaktschichten und die oben drauf sitzende Antireflexionsschicht können großflächig aufgebracht werden. Ein weiterer Vorteil: Das elektrische Verschalten der Zellen kann in den Produktionsprozess integriert werden, und es lassen sich mit fenstergroßen Zellen deutlich größere Einheiten herstellen, als das mit der klassischen Technik möglich ist, die nur tellergroße Zellen erlaubt.

Einer der Vorreiter dieser Technik ist das Unternehmen Würth Solar, das im Herbst 2006 in Schwäbisch Hall mit der Großserienfertigung sogenannter CIS-Zellen begonnen hat. Diese Ende der achtziger Jahre am Stuttgarter Institut für Physikalische Elektronik (IPE) ausgetüftelte Technik setzt auf eine Legierung aus Kupfer, Indium und Selen, die sich wie ein fotoaktiver Halbleiter verhält. Andere Dünnschichtzellen setzen auf Galliumtellurid, das sich wegen seiner physikalisch-chemischen Eigenschaften sehr gut eignet und chemisch als sehr stabil gilt. Dennoch müssen diese Zellen am Ende ihres Lebens eingesammelt und sehr sorgfältig verwertet werden.

Text: F.A.Z., 26.02.2008, Nr. 48 / Seite T6
Bildmaterial: F.A.Z., picture-alliance/ dpa

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