Woher unsere Solarzellen jetzt und in Zukunft kommen

Wenn jemand eine Photovoltaikanlage betrachtet und dich fragt, woher die Solarzellen darin wohl stammen, liegst du mit einer Antwort zu 98 Prozent richtig: Asien.

Man kann es auch auf ein einzelnes Land beschränken und China sagen. Dann liegt die Trefferrate immer noch bei 77,7 Prozent.

Für jemanden, der diese Antwort immer noch zu diffus findet und gerne wissen will, wer gerade die großen Player im Photovoltaikbereich sind, wie es dazu kam und welche Technologien künftig am erfolgversprechendsten sind, gibt es hier ausführlichere Antworten.

Solarenergie-Boom

Die Stromgewinnung mittels Sonnenlicht erlebt momentan einen enormen Aufschwung. 767 Gigawatt beträgt derzeit die weltweite Kapazität von Photovoltaikanlagen. 145 GW davon sind laut den jüngsten Statistiken der internationalen Energieagentur alleine im Jahr 2020 hinzugekommen.

4 Prozent des globalen Strombedarfs werden bereits durch Photovoltaik gedeckt. Künftig soll es noch wesentlich mehr werden. "Es ist mit Abstand die billigste Form der Stromerzeugung. Künftig wird Photovoltaik 60 Prozent der globalen Stromproduktion oder mehr bewerkstelligen", ist Hubert Fechner, Obmann der Technologieplattform Photovoltaik, überzeugt.

Europa die Führerschaft entrissen

Von dem Boom profitieren momentan vor allem chinesische Unternehmen. Das war nicht immer so. "Ab 1998, 1999 sind die ersten Märkte für Solarmodule entstanden", erzählt Fechner. Zunächst waren es vor allem europäische Unternehmen, die PV-Zellen und -Module produzierten. Ab 2010 habe man gesehen, dass die Märkte größer werden. PV als erneuerbare Energiequelle wurde großes Potenzial zugestanden, um die Energiewende zu vollziehen und das Klima zu schützen.

In einem cleveren strategischen Zug begann China eigene Unternehmen dabei zu unterstützen, PV-Produktionen hochzuziehen, meist mit europäischer Herstellungstechnologie. China begann auch, riesige PV-Anlagen zu installieren. Bis heute ist das Land beim Solarstromausbau mit Abstand führend, wie Zahlen des Fraunhofer Instituts für Solare Energiesysteme zeigen. "Vor allem durch niedrigere Personalkosten und bessere regulatorische Rahmenbedingungen ist die PV-Produktion immer mehr nach Asien gewandert", so Fechner.

Big Player aus China

Besonders dominant ist die Position Chinas momentan bei der Herstellung von Ausgangsmaterialien für Solarzellen. Wafer, die Grundlage für Solarzellen aus Siliciumkristallen (die am meisten verbreitete Form), kommen zu 96 Prozent aus China. Auch Zellen und ganze Module (zu einem Paneel zusammengesetzte Zellen) kommen großteils aus China. Bei Modulen ist der Marktanteil mit 69,8 Prozent noch am geringsten. Sie werden auch in vielen anderen Ländern der Welt hergestellt, darunter Österreich.

Welche chinesischen Unternehmen sind denn die größten im PV-Bereich und wo genau sind sie daheim? Der aktuell größte Hersteller von Solarzellen ist die Firma Tongwei Solar. Sie hat allein 2020 Zellen mit einer Gesamtleistung von 21,4 GW produziert. Ansässig ist sie in Hefei (ca. in der Mitte zwischen Wuhan und Shanghai). Ebenfalls kennen sollte man die Firma LONGi. Sie war 2020 mit 26,6 GW der bei weitem größte Modulhersteller und der nach Tongwei zweitgrößte Zellenhersteller.

LONGi kommt aus der Stadt Xi'an und ist Mitglied der Silicon Module Super League, einer Vereinigung der weltgrößten Modulhersteller. Ihr gehören auch andere Big Player im PV-Bereich an, wie Jinko Solar (Shanghai), Trina Solar (Changzhou), JA Solar (Peking) oder Canadian Solar (von einem Chinesen in Guelph, Kanada, gegründet, Produktion in China). Die Silicon Module Super League hat die Ambition, die effizientesten Solarzellen anzubieten.

Veränderung bei Zelltechnologien

Dank großer Investitionen in Forschung und Entwicklung konnte die Effizienz alleine in den vergangenen 10 Jahren von durchschnittlich 15 auf nunmehr 20 Prozent gesteigert werden. D.h. 20 Prozent der auf die Solarzelle treffenden Sonnenenergie wird in Strom umgewandelt.

Auf der Jagd nach immer größerer Effizienz hat sich die PV-Zellenproduktion in den vergangenen Jahren stark gewandelt. Waren vor wenigen Jahren noch polykristalline Siliciumzellen groß angesagt, sind es derzeit vor allem monokristalline Zellen. Dünnschichtzellen, denen früher u.a. aufgrund wesentlich geringeren Materialeinsatzes großes Potenzial zugerechnet wurde, konnten sich dagegen nicht durchsetzen. Ihre Effizienz liegt einige Prozent unter jener von monokristallinen Siliciumzellen.

Die effizientesten monokristallinen Zellen am Markt kommen auf eine Umwandlungsrate von 26 Prozent, bei Modulen liegt der aktuelle Bestwert bei rund 24 Prozent. Der Effizienzsteigerung bei kristallinen Siliciumzellen sind Grenzen gesetzt, wie Hubert Fechner erklärt. "Silicium kann vom Sonnenlichtspektrum nur einen bestimmten Teil verwerten, eher den längerwelligen (rötlichen) Bereich. Mehr als 30 Prozent kann also mit Silicium niemals in Strom umgewandelt werden."

Renaissance mit Photovoltaik 2.0

Das Problem kann man umgehen, indem man Silicium mit anderen Zelltechnologien zu Tandem-Solarzellen vereint. Silicium wird dabei schichtweise mit anderen Zelltypen kombiniert, etwa Cadmiumtellurid (CaTe) oder Perowskit. Jede Schicht kann unterschiedliche Teile des Sonnenlichtspektrums verwerten. "Dadurch kommt man auf Wirkungsgrade von 47 Prozent. Das theoretische Maximum liegt bei etwa 70 Prozent. Da ist also noch sehr viel drin", meint Fechner. Für Europa ergebe sich hier eine Chance, denn: "Die Photovoltaik 1.0 ist nach China abgewandert, aber die Photovoltaik 2.0 könnte in Europa produziert werden."

Ein Beispiel, wie die Renaissance der europäischen Solartechnologie laufen könnte, liefert die Schweizer Firma Meyer Burger. Sie ist Weltmarktführer bei der Maschinenausstattung von Solarfabriken, will aber zunehmend selbst zum Produzenten werden und sich auf hocheffiziente Tandem-Zellen spezialisieren. Produziert wird in Deutschland. In den vergangenen Jahren sind die Herstellungskosten für Solarzellen gesunken, die Produktion läuft weitgehend automatisch. Werden die Produkte lokal verkauft, ergibt sich ein Vorteil gegenüber chinesischen Produzenten aufgrund geringerer Transportkosten.

Auch Österreich ist drauf und dran, eine erfolgversprechende Nische im PV-Bereich zu besetzen. "Die Entwicklung von PV-Systemen zur Gebäudeintegration ist von strategischer Bedeutung", heißt es in einem Bericht des BMK. "Solarzellen lassen sich nicht nur in Gebäudedächer integrieren, sondern auch in die Fassade, in Fenster, in Straßenbeläge und Parkräume. In diese Richtung wird sehr viel kommen", ist Fechner überzeugt. Die Firma Ertex Solar aus Amstetten ist in diesem Bereich bereits seit einiger Zeit tätig.

Recycling von Rohstoffen im Kommen

Auf die Frage, ob es genügend Ressourcen für die Flut neuer Photovoltaikanlagen und -entwicklungen in den kommenden Jahren gebe, meint der Experte: "Silicium gibt es genügend. In der Natur kommt es in Schotter und Sand vor. Außerdem braucht man Glas, Kupfer und Silber - als Zellverbinder. Von Silber versucht man wegzukommen."

In Zukunft werde Recycling ein immer wichtigeres Thema. Weil der PV-Markt erst in den vergangenen Jahren so stark gewachsen sei, sei die Rücklaufquote derzeit noch gering. "Jetzt ist es aber eine akzeptierte Massentechnologie und dadurch stellt sich immer mehr die Frage, was mit den Millionen Modulen passiert, die ab 2030 ausgemustert werden."

Laut Fechner setzen sich immer mehr Firmen mit der Thematik auseinander, entweder um PV-Module und -zellen selbst zu verwerten oder so zu gestalten, dass ihre Materialien am Ende ihrer Einsatzzeit möglichst sortenrein getrennt und anschließend wiederverwertet werden können.