Photovoltaik

Der Markt für Photovoltaiksysteme hat in den letzten 15 Jahren eine sehr dynamische Entwicklung durchlaufen. Die weltweite Produktion von Modulen stieg von etwa 5 MW_p¹ im Jahr 1980 auf heute (1994) 70 MW_p (Bild 1–1). Insgesamt wurden bislang rund 400 MW_p auf den Markt gebracht. In den frühen 80er Jahren wurde der Aufschwung vor allem durch Demonstrations- und Regierungsprojekte getragen, dann jedoch in zunehmendem Maße vom kommerziellen Bereich, der heute über 90% der Anwendungen ausmacht. Hier betrug die durchschnittliche jährliche Wachstumsrate seit Mitte der 80er Jahre etwa 15%. Wie bei vielen anderen neuen Technologien resultierte dieser Erfolg daraus, daß sich Nachfrage und technische Entwicklungen gegenseitig stimulierten und somit eine Steigerung der Leistungsfähigkeit der Systeme zu gleichzeitig niedrigeren Kosten erreicht werden konnte. Zugute kam der Photovoltaik (PV) aber auch eine ihrer herausragendsten Eigenschaften: ihre außergewöhnliche Modularität, die es erlaubt, Kleinstsysteme mit elektrischen Leistungen von wenigen Milliwatt gleichermaßen zu realisieren wie Kraftwerke im Megawatt-Bereich. Auch heute ist dieser Trend ungebrochen.

Bei der Analyse der gegenwärtigen Kostensituation in der Photovoltaik ergeben sich Schwierigkeiten, wie sie häufig bei Technologien auftreten, die sich in einer vorkommerziellen Phase befinden und die belastbare präzise Aussagen kaum zulassen. Die Bandbreite der Kostenangaben ist sehr groß, was im Falle von Photovoltaik-Modulen zum einen aus unterschiedlichen Produktions- und Vertriebsstrukturen der Anbieter resultiert, andererseits kann es sich aber im Einzelfall auch um eine subventionierte Produktion (z.B. durch öffentliche Förderung) handeln, was in den Kostenangaben nicht immer zum Ausdruck kommt. Zudem wird teilweise nicht nach Herstellungskosten und Verkaufspreisen (Liefermengenabhängigkeit) unterschieden, die jedoch erheblich differieren können. Dabei ist es auch möglich, daß die Verkaufspreise unter den Herstellungskosten angesetzt werden, um eine Marktposition zu erlangen bzw. zu halten.

Die Photovoltaik weist unter allen solaren Stromerzeugungstechnologien die weitaus größten Kostenreduktionspotentiale auf. Eine Halbierung der Stromgestehungskosten bis zum Jahr 2005 und eine Abnahme um den Faktor 3–5 bis zum Jahr 2020 erscheinen heute durchaus realisierbar, wodurch sich neue, umfangreiche Märkte erschließen würden. Wann es jedoch zu einer breiten Markteinführung kommt, wird sehr stark davon abhängen, wie sich technische Innovationen und die Zunahme der Nachfrage wechselseitig stimulieren. Diese starke gegenseitige Abhängigkeit läßt eine isolierte Betrachtung der technologischen Entwicklungsmöglichkeiten, der Ausschöpfung von Kostenreduktionspotentialen und der Entwicklung der Produktionskapazitäten nicht zu. Im weiteren wird daher versucht, den zukünftigen Entwicklungsstand der verschiedenen Techniken jeweils durch die drei Größen Wirkungsgrad, Produktionsvolumen und Kosten zu charakterisieren.

Für die Abschätzung der technischen Potentiale der photovoltaischen Stromerzeugung in Deutschland und die Diskussion möglicher Ausschöpfungsstrategien (s. Kapitel 6 und 7) ist es sinnvoll, aufbauend auf den Ergebnissen der vorangegangenen Abschnitte, eine einheitliche und repräsentative Datenbasis zu den technisch-ökonomischen Eigenschaften relevanter photovoltaischer Systeme zu definieren. Es werden daher folgende Referenzanlagen festgelegt:

Wichtigstes Kriterium für die Ermittlung der technisch nutzbaren Stromerzeugungspotentiale der Photovoltaik in Deutschland sind die nutzbare Sonneneinstrahlung in Verbindung mit den zur Verfügung stehenden Aufstellungsflächen sowie den Jahresnutzungsgraden der Anlagen (zur Definition des Jahresnutzungsgrades s. Abschnitt 2.3). Es läßt sich zunächst eine theoretische Obergrenze ableiten, wenn der unveränderliche Parameter Sonneneinstrahlung und die Gebietsfläche Deutschlands in Bezug gesetzt werden zu den theoretisch erreichbaren Wirkungsgraden photovoltaischer Systeme. Auch wenn die Abschätzung des theoretischen Potentials, was quasi einer Überdachung des Bundesgebietes gleichkäme, für die Ermittlung möglicher Beiträge der Photovoltaik zur Energieversorgung wenig hilfreich ist, so lassen sich doch einige grundsätzliche Aussagen ableiten, z.B. wieviel Prozent der Fläche einer Region solar genutzt werden müßten, um einen bestimmten Anteil an der Stromversorgung zu erreichen. Daher soll kurz darauf eingegangen werden: Geht man von einer mittleren Einstrahlung in Deutschland von etwa 1000 kWh/m² pro Jahr aus (s. Abschnitt 2.3) und multipliziert diesen Wert mit der Gebietsfläche von 357000 km², so erhält man eine Einstrahlung von 357000 TWh pro Jahr, bzw. eine maximale solare Leistung von 357 TW (bei 1000 W/m²). Zur Umrechnung dieses Wertes in elektrische Energieäquivalente muß der Wirkungsgrad photovoltaischer Systeme bekannt sein, insbesondere die theoretische Obergrenze des photovoltaischen Effektes in Halbleiterübergängen.

Wie das vorangegangene Kapitel zeigt, verfügt die Photovoltaik in Deutschland über erhebliche Potentiale. Bei der Entscheidung darüber, ob bzw. in welchem Umfang sie langfristig erschlossen werden sollten, muß geprüft werden, welchen Beitrag die Photovoltaik zur Erfüllung der Forderungen leisten kann, die heute an Energiesysteme gestellt werden. Dazu zählen nicht nur die Sicherung der Energieversorgung und die ökonomische Nutzung von Ressourcen, sondern auch die Minimierung von Umweltbelastungen und Risiken für die Bevölkerung sowie die Vermeidung gesellschaftlicher Spannungen und die langfristige Sicherung der Lebensbedingungen.

Betrachtet man die Ergebnisse der vorangegangenen Kapitel, so wird deutlich, daß die Photovoltaik langfristig in erheblichem Umfang zur Stromerzeugung in Deutschland beitragen kann. Selbst unter vorsichtigen Annahmen reichen die Potentiale aus, um ein Äquivalent von etwa 50% der heutigen Stromnachfrage zu decken. Für die Zukunft ist davon auszugehen, daß sich dieser Prozentsatz eher noch erhöht, wenn z.B. als Folge einer Klimaschutzpolitik Maßnahmen zur rationellen Energieverwendung in erheblichem Umfang eingeführt werden. Um nennenswerte Anteile des Potentials ausschöpfen zu können, müssen allerdings die Voraussetzungen für effiziente und kostengünstige Energiespeicher geschaffen werden, um die zeitlichen Unterschiede zwischen Stromnachfrage und solarem Energieangebot ausgleichen zu können.

In den vorangegangenen Kapiteln wurden ausschließlich die Möglichkeiten zur Stromproduktion aus Solarenergie in Deutschland betrachtet. Als Haupthemmnis wurden dabei die hohen Stromgestehungskosten photovoltaischer Anlagen aufgezeigt. Da die wichtigsten Einflußgrößen die Investitionskosten der Anlagen und die solaren Einstrahlungsbedingungen am jeweiligen Standort sind, stellt sich die Frage, ob nicht gegenüber der heimischen Stromproduktion der Import solarer Elektrizität aus einstrahlungsreichen Ländern günstiger sein kann.

Da man sich bei der Formulierung von Szenarien immer an der heute gegebenen Situation orientieren muß, sind die Spielräume, alternative Energiesysteme für die Zukunft zu beschreiben, um so geringer, je kürzer der Zeithorizont gesetzt wird. Daher soll im weiteren eine mögliche langfristige Option diskutiert werden, die davon ausgeht, daß eine aktive Klimaschutzpolitik umgesetzt wird und kurz- bis mittelfristig bestehende Hemmnisse weitgehend beseitigt werden.

Der Motor jeder wirtschaftlichen Entwicklung, die Versorgung mit Energie, steht heute zu Recht in der Kritik. Vor allem deshalb, weil wir mehr Energie verbrauchen als notwendig und weil wir durch die Verbrennung fossiler Ressourcen das globale Ökosystem in einer Weise gefährden, die zunehmend zu einer Bedrohung für die Menschheit selbst werden kann. Die Umgestaltung der weltweiten Versorgung mit Energie ist daher in den nächsten Jahren und Jahrzehnten eine der zentralen Herausforderungen für Wirtschaft, Politik und Gesellschaft. Der Schlüssel hierzu liegt in einem sehr viel effizienteren Umgang mit Energie und in der Erschließung erneuerbarer Energiequellen, insbesondere der Sonnenenergie, die die weitaus größten Potentiale aufweist und überall verfügbar ist.