Die So­lar­in­dus­trie steht vor ei­ner neu­en Ära

IN­TER­NA­TIO­NAL Gros­ses Po­ten­zi­al für Ef­fi­zi­enz­ver­bes­se­rung durch neue Zell­tech­no­lo­gi­en – Dünn­schicht hat nicht die bes­ten Kar­ten – Chi­na gibt wei­ter den Takt an

Finanz und Wirtschaft - - TECHNOLOGIE - DIETEGEN MÜL­LER,

Die So­lar­bran­che rüs­tet sich für den nächs­ten Wachs­tums­zy­klus. Die Ver­rin­ge­rung der Sys­tem­kos­ten ist da­bei zen­tral. Pro­duk­ti­ons­kos­ten für Mo­du­le könn­ten auf un­ter 0.40 €/Watt fal­len – et­wa die Hälf­te des­sen, was heu­te er­reich­bar ist –, wo­mit So­lar­strom un­ge­fähr wett­be­werbs­fä­hig mit Strom aus fos­si­ler Ener­gie­quel­le wä­re. Bei aus­rei­chen­der Nach­fra­ge wür­de die Mo­dul­pro­duk­ti­on da­mit pro­fi­ta­bel.

Der­zeit ist das nicht der Fall: Der Markt ist durch staat­li­che För­de­rung auf­ge­bläht, weist ho­he Über­ka­pa­zi­tä­ten auf, die Her­stel­ler ver­kau­fen un­ter Pro­duk­ti­ons­kos­ten. Welt­weit be­fin­det sich die Bran­che in pre­kä­rer Ver­fas­sung. Ein Sym­ptom ist der un­ge­lös­te Han­dels­kon­flikt zwi­schen den USA und Eu­ro­pa ei­ner­seits und Chi­na an­de­rer­seits, des­sen Aus­gang of­fen ist. Ei­ne Re­gio­na­li­sie­rung und Ab­schot­tung von Teil­märk­ten ist denk­bar.

An­hal­ten­der In­ves­ti­ti­ons­stau

Dar­um wird die Ef­fi­zi­enz­fra­ge für das fi­nan­zi­el­le Über­le­ben wich­ti­ger. Durch Op­ti­mie­rung rund um die So­lar­zel­le ( Wech­sel­rich­ter, Spei­cher) oder mit ver­än­der­tem De­sign lässt sich der Wir­kungs­grad stei­gern. Doch die da­für not­wen­di­gen In­ves­ti­tio­nen flies­sen noch kaum. Wür­den rasch Pro­duk­ti­ons­ka­pa­zi­tä­ten mit nied­ri­ger Ef­fi­zi­enz er­setzt, lies­se sich ein In­ves­ti­ti­ons­vo­lu­men von 1 Mrd. $ für So­lar­zu­lie­fe­rer frei­set­zen, schätzt das Bro­ker­haus Stie­fel Ni­co­laus.

Trotz tech­no­lo­gi­scher Viel­falt noch kaum über­ra­gen­de Wir­kungs­gra­de

Ir­gend­wann – wohl in ein bis zwei Jah­ren – dürf­te aber ein neu­er In­ves­ti­ti­ons­zy­klus star­ten, weil der Druck grös­ser wird, Mo­du­le zu pro­du­zie­ren, die nä­her an der Wett­be­werbs­fä­hig­keit lie­gen. Doch nicht al­le Markt­be­rei­che wer­den gleich­mäs­sig pro­fi­tie­ren. Der Markt­for­scher IHS pro­gnos­ti­ziert, dass die Aus­ga­ben für Dünn­film­tech­no­lo­gie noch wei­ter sin­ken. Dünn­schicht­mo­du­le kom­men ge­mäss Na­vi­gant Con­sul­ting auf gut 14% Markt­an­teil, wäh­rend gut 45% auf mul­ti- und 40% auf mo­no­kris­tal­li­ne Mo­du­le ent­fällt.

IHS glaubt, das sich In­ves­ti­tio­nen in der Si­li­zi­um­block-, Wa­fer- und Mo­dul­her­stel­lung be­le­ben. Be­son­ders dy­na­misch könn­ten sich Be­rei­che ent­wi­ckeln, in de­nen Ma­te­ri­al­ver­lus­te ver­mie­den wer­den, et­wa in­dem die So­lar­zel­len nicht mehr durch Aus­sä­gen aus Si­li­zi­um­blö- cken her­ge­stellt wür­den. Ei­ne tech­nisch gut um­setz­ba­re Ver­bes­se­rung bie­tet auch die so­ge­nann­te Rück­sei­ten­pas­si­vie­rung.

Da­mit sol­len sich die Zell­wir­kungs­gra­de stär­ker in Rich­tung ih­res theo­re­tisch mög­li­chen Li­mits be­we­gen. Ein Gros der For­schung und Ent­wick­lung läuft der­zeit in staat­li­chen Pro­jek­ten so­wie in zahl­lo­sen Start-ups ab. Mit Mul­ti­junc­tion-Zel­len (vgl. Glos­sar) las­sen sich et­wa So­lar­an­la­gen mit über 25% Wir­kungs­grad bau­en. Da­bei wird wie bei den schon lang im Markt be­find­li­chen, bis­her we­nig er­folg­rei­chen Dünn­schicht­zel­len aus­ge­nutzt, dass mehr Licht­wel­len­län­gen zur Strom­er­zeu­gung ver­wen­det wer­den. Im­pul­se kom­men im Mul­ti­junc­tion-Seg­ment aus der Raum­fahrt, wie die Bo­eing-Toch­ter Spec­trolab zeigt, oder der bri­ti­sche Halb­lei­ter­spe­zia­list IQE, der mit dem US- Start-up So­lar Junc­tion kon­zen­trie­ren­de Pho­to­vol­ta­ik (CPV) mit Zel­len aus Gal­li­um­ar­se­nid for­ciert. In der in­dus­tri­el­len Pro­duk­ti­on sind aber vie­le neue Zell­ty­pen viel schwie­ri­ger zu kon­stan­ter Qua­li­tät zu fer­ti­gen als die ein­fa­che­ren, we­ni­ger ef­fi­zi­en­ten kris­tal­li­nen Zel­len.

Selbst In­dus­trie­gi­gan­ten wie Sie­mens und Bosch ha­ben sich nach Ver­lus­ten bis in die Mil­li­ar­den fast kom­plett wie­der aus dem So­lar­ge­schäft zu­rück­ge­zo­gen. Bosch wer­de aber wei­ter an Dünn­schicht­mo­du­len ar­bei­ten, heisst es. Auch Ge­ne­ral Electric ar­bei­tet an ei­ner Ver­bes­se­rung von Cad­mi­um­tell­u­rid-Mo­du­len und will da­mit Markt­füh­rer First So­lar her­aus­for­dern. Doch Zu­lie­fe­rer, die be­reits Ma­schi­nen zur Pro­duk­ti­on ef­fi­zi­en­te­rer Zell­ty­pen an­bie­ten könn­ten, wie Mey­er Bur­ger, Manz oder GT So­lar, spü­ren ei­ne an­hal­ten­de

Aus­rüs­tungs­in­ves­ti­tio­nen Zu­rück­hal­tung. GT So­lar et­wa wies En­de März mick­ri­ge 8 Mio. $ Auf­trags­be­stand in der So­lar­spar­te aus.

Wel­che tech­no­lo­gi­schen Kon­zep­te wer­den den Durch­bruch schaf­fen? Die Ant­wort dar­auf fällt nicht leicht. Gerd Wil­le­ke vom Fraun­ho­fer In­sti­tut für So­la­re Ener­gie­sys­te­me (ISE) meint im Ge­spräch: «Tech­no­lo­gi­sche Ent­wick­lun­gen sind lei­der nicht im­mer rich­tig pro­gnos­ti­ziert wor­den.» In den spä­ten Sieb­zi­ger­jah­ren hiess es, Dünn­schicht­mo­du­le sei­en die Zu­kunft, was sich bis­her aber nicht so be­wahr­hei­tet ha­be. «Wir kön­nen mitt­ler­wei­le da­von aus­ge­hen, dass sich das auch in den nächs­ten zwan­zig Jah­ren nicht we­sent­lich än­dert», sagt Wil­le­ke. Die Dünn­schicht­pro­duk­ti­on kon­zen­triert sich heu­te auf die drei gros­sen Her­stel­ler First So­lar (CdTe), Sharp (amor­phes Si­li­zi­um) und So­lar Fron­tier/Showa Shell Se­kiyu (CIGS).

Blau­er Him­mel ge­fragt

Im La­bor und in ers­ten Pro­duk­tio­nen viel ver­spre­chend, so Wil­le­ke, sind Mul­ti­junc­tion- oder Tan­dem-Zel­len (vgl. Glos­sar), die in Kom­bi­na­ti­on mit op­ti­schen Kon­zen­tra­tor­sys­te­men ein­ge­setzt wer­den. Das Fraun­ho­fer ISE ar­bei­tet hier mit dem fran­zö­si­schen Halb­lei­terher­stel­ler Soi­tec (Nyse Eu­ronext) zu­sam­men.

Wäh­rend klas­si­sche kris­tal­li­ne Single­junc­tion-Zel­len ei­nen theo­re­ti­schen Wir­kungs­grad von ma­xi­mal rund 30% er­rei­chen, lie­gen die Gren­zen von Mul­ti­junc­tion-Zel­len bei über 80%. Pro­du­ziert wer­den heu­te Tri­ple­junc­tion-Mo­du­le mit über 40% Wir­kungs­grad in der Zel­le und 25 bis 30% im Mo­dul. Qua­drup­le- und Quin­tu­ple­junc­tion-Zel­len sind Wei­ter­ent­wick­lun­gen. «Die Zel­l­ent­wick­lung ist et­wa ver­gleich­bar mit der Leucht­di­oden­ent­wick­lung», meint Wil­le­ke.

Sys­te­me mit hoch­kon­zen­trie­ren­der Pho­to­vol­ta­ik (HCPV) zu pro­du­zie­ren, ist aber noch tech­ni­sches Neu­land. «HCPV be­nö­tigt viel blau­en Him­mel, so­dass sie vor al­lem für son­nen­rei­che Ge­bie­te in Fra­ge kommt», meint Wil­le­ke. Die Rei­ni­gung der Mo­du­le et­wa von Sand ist ein The­ma, wenn sie in Wüs­ten ein­ge­setzt wer­den sol­len. Die Mey­er-Bur­ger-Toch­ter Roth & Rau er­klärt, die Pro­gno­sen für die wei­te­re Ent­wick­lung und die Markt­an­tei­le von HCPV sei­en «wi­der­sprüch­lich».

Mas­sen­fer­ti­gung mög­lich?

Ei­ne wei­te­re, po­ten­zi­ell viel ver­spre­chen­de Ent­wick­lung ist die He­te­ro­junc­tion-Tech­no­lo­gie (HIT). Dar­auf setzt Pa­na­so­nic – die den frü­he­ren Pa­tent­in­ha­ber San­yo So­lar ge­kauft hat, so­wie Mey­er Bur­ger. HITMo­du­le zei­gen ge­gen­über kon­ven­tio­nel­len kris­tal­li­nen Zel­len ei­nen nied­ri­ge­ren Tem­pe­ra­tur­ko­ef­fi­zi­ent: Bei stei­gen­der Tem­pe­ra­tur nimmt die Leis­tung et­was we­ni­ger stark ab. «Die­se Tech­no­lo­gie muss die ech­te Mas­sen­fer­ti­gung erst noch de­mons­trie­ren», meint Wil­le­ke.

Der So­lar­spe­zia­list ver­weist auch dar­auf, dass ins­be­son­de­re chi­ne­si­sche Her­stel­ler sich die Pro­duk­ti­ons­füh­rer­schaft bei kris­tal­li­nen Mo­du­len nicht mehr neh­men lies­sen. Wil­le­ke pro­gnos­ti­ziert hier Mo­dul­prei­se in 2020 «si­cher bei 0.40 € je Watt». Ei­ni­ge Bran­chen­be­ob­ach­ter er­war­ten, dass chi­ne­si­sche An­bie­ter ge­nug Know-how be­sit­zen, um vor­nehm­lich auf Ei­gen­ent­wick­lung zu set­zen. Für west­li­che So­lar­zu­lie­fe­rer wür­de dies be­deu­ten, ihr Glück bes­ser in an­de­ren Ab­satz­märk­ten wie in Nord- und Süd­ame­ri­ka, in der Golf­re­gi­on oder in Afri­ka zu su­chen.

Der So­lar Ark von San­yo So­lar (Pa­na­so­nic) in Ja­pan sym­bo­li­siert Auf­bruch – den Markt­durch­bruch hat San­yo bis­her aber nicht ge­schafft.

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