Elektrotechnik
Wirtschaftlichkeit der PV heute und morgen
ep6/2006, 2 Seiten
Systemintegrators in der Gebäudetechnik auszufüllen. Gegenüber der Konkurrenz aus anderen Gewerken und Branchen hat das Elektrohandwerk einen enormen, natürlichen Vorteil: Den elektrischen Strom als das alles verbindende Element der Gebäudetechnik. Hier liege, so Tschischka, das am stärksten wachsende Aufgabengebiet. Im gewerblichen Bau kommt vor allem Mess-, Steuer- und Regeltechnik, internetbasierte Gebäudesteuerung, Zutrittskontrolle, digitale Videoüberwachung und Datenkommunikation zum Einsatz. Im privaten Wohnungsbau fällt darunter auch das altersgerechte Wohnen mit hoher Komfortausstattung wie Bewegungsmeldertechnik, Fernbedienungen oder Programmierungen. Aus dem Allrounder „Elektrotechniker“ und dem Spezialist „Gebäudetechniker“ entwickelt sich mit den neuen Techniken der Systemintegrator. Tschischka: „Unsere Betriebe sind im Gegensatz zu Großunternehmen in der Lage, Speziallösungen für jede Gebäudegröße umzusetzen und individuelle, maßgeschneiderte gebäudetechnische Komplettlösungen anzubieten. Nur wer hier ein Ticket in der Tasche hat, wird auf diesen Zug in die Zukunft aufspringen können.“ Energiemanager. Das Thema Energieeinsparung und Energieeffizienz rückt mit steigenden Energiepreisen in den Blickpunkt des öffentlichen Interesses. Die Zusatzqualifikation „Gebäudeenergieberater im Handwerk“ ist das Modell, wie sich die elektrotechnischen Handwerke in die Energiediskussion einbringen können. Diese Fortbildung ermächtigt zur Beurteilung eines Gebäudes und zur Ausstellung eines Energiepasses. Es bestätigt die Grundkompetenz in der Gebäudetechnik mit all ihren Facetten: · Elektroinstallation (konventionell oder Bustechnologie) · Energieerzeugung (verstärkte Nutzung regenerativer Energien) · Beleuchtung · Anlagenschutz Neben den Tätigkeiten rund um Sicherheit, Komfort, Energieeffizienz und den klassischen Aufgaben wie Instandhaltung und Wartung rückt nun die Gebäudeenergieberatung - vom Gebäudeenergiepass bis zum Modernisierungskonzept - in den Mittelpunkt. Das Energiemanagement selber setzt sich aus den einzelnen Komponenten Verkauf von Strom und Wärme, Fernüberwachung, Fernwartung, Service sowie Contracting etwa für die technische Infrastruktur zusammen. Einsatz regenerativer Energien. Das dritte Wachstumsfeld sind die regenerativen Energien. Hier spielt vor allem die Wärmepumpentechnik im Zusammenhang mit der Wohnraumlüftung und Wärmerückgewinnung eine gewichtige Rolle. Gleiches gilt für Photovoltaik, Solarthermie und die Kraftwärmekopplung in Blockheizkraftwerken (BHKW) zum Beispiel mit Biodiesel. Als weitere Plattformen, auf denen sich die Elektrohandwerke zukünftig bewegen werden, nannte der ZVEH-Präsident: Virtuelle Kraftwerke. Vernetzung vieler kleiner Anlagen, die der dezentralen Stromerzeugung dienen. Darunter fällt auch die Nutzung der Brennstoffzellentechnik. Automatisierungstechnik. Mess-, Steuer- und Regeltechnik im industriellen und maschinellen Bereich. Telekommunikations- und Netzwerktechnik. Die Informationstechnik ist das integrative Element zwischen allen Fachbereichen. Experten schreiben diesen Techniken eine dramatisch wachsende Bedeutung bei der Anwendung von Gebäudetechnik im häuslichen Bereich zu. „Das Haus wird online am Computer bedienbar über gewohnte Nutzeroberflächen, wie sie heute jedes Kind kennt.“ Neben diesen durch den technischen Fortschritt vorgegeben Wachstumsfeldern müssen die angestammten Tätigkeitsgebiete selbstverständlich gepflegt werden. Tschischka: „Die Devise muss lauten: Neues in Angriff nehmen, Bewährtes erhalten und Augenmaß verbessern.“ Wirtschaftlich erst ab dem Jahre 2018 Die PV gehört zu den wenigen Branchen, die zusätzliche Arbeitsplätze und Geschäftsfelder in Fertigung und im Elektrohandwerk geschaffen hat. Möglich wurde diese Entwicklung vor allem durch die geschaffenen Fördermöglichkeiten. Dazu gehören das 100 000-Dächer-Programm und das Erneuerbare-Energie-Gesetz (EEG) sowie die kostengünstige Kreditierung der Investitionen. Vor allem die Novellierung des EEG im Jahr 2004 und die stärkere Unterstützung immer leistungsstärkerer Solaranlagen bis in den MW-Bereich haben den Umsatz erhöht und den Übergang auf rationellere Fertigungen unterstützt. Verbunden mit dem EEG war und ist die jährliche Reduzierung der Stromeinspeisevergütung für neu installierte Anlagen. Aus Sicht des Unternehmensvereinigung Solarwirtschaft (UVS) - seit kurzem Bundesverband Solarwirtschaft (BSW) - ist bei einer Bewertung der zukünftigen Kostenentwicklung davon auszugehen, dass dieses System bestehen bleibt und gleichzeitig konventioneller Strom jährlich 2,5 % teurer wird. Das würde bedeuten, dass Solarstrom ab 2018 billiger als konventioneller Strom wird [1]. Es ist kaum zu erwarten, dass eine solche Perspektive von der Regierung akzeptiert wird. Sie will bereits 2007 das EEG bezüglich Aufwand und Nutzen überprüfen. Erschwerend kommt noch dazu, dass gemessen am Stromanteil anderer erneuerbaren Energiequellen (EE) der bisher von PV-Anlagen erbrachte Beitrag zur Stromerzeugung relativ gering ist. Effektiver ist die PV-Stromerzeugung allerdings in Regionen mit einem höheren Strahlungsangebot (beispielsweise in Afrika und im Mittelmeerraum). Auch der PV-Einsatz in Regionen ohne Stromversorgung sollte nicht in Frage gestellt werden. Um die Wirtschaftlichkeit so schnell wie möglich zu erreichen, ist vor allem eine Intensivierung der Forschungs- und Entwicklungsarbeiten notwendig. Hauptaufgabe ist die Verbesserung des Aufwand/Nutzen-Verhältnisses bei der Umwandlung solarer Strahlungsenergie in Elektroenergie. Von entscheidender Bedeutung ist dabei die Auswahl geeigneter Solarzellen. Solarzellen aus Silizium-Wafern Bis heute dominieren nicht nur in Deutschland Solarzellen aus kristallinem Silizium, die in einem Modul zur Baugruppe vereint werden. Ausgangspunkt der Solarzellenfertigung sind in der Mehrzahl Siliziumblöcke, die in etwa 0,2 bis 0,3 mm dicke Scheiben (Wafer) zersägt werden. Sie erhalten in mehreren, meistens automatisierten Prozessen die Fähigkeit, Solarstrahlung in Elektroenergie niedriger Spannung umzuwandeln. Völlig getrennt von dieser Produktion werden in mehr als einem Dutzend Arbeitsschritten Solarmodule gefertigt. Dazu gehören die Montage der Solarzellen, ihre Verschaltung zwecks Spannungserhöhung sowie der Schutz vor mechanischen und Umwelteinwirkungen [2]. Allerdings wird die Produktion der Solarzellen seit einiger Zeit durch eine ungenügende Versorgung mit Silizium behindert. Auch in diesem Jahr ist der Rohstoff Mangelware. Zu den Gegenmaßnahmen für dieses und folgende Jahre gehören die Nutzung von PV-Schrott aus drei Jahrzehnte alten Solarstromanlagen und die weitere Reduzierung des Siliziumbedarfs für Solarzellen. Darüber hinaus ist der Rohstoff eine gesuchte Importware. So bezieht die in Thalheim (Sachsen-Anhalt) ansässige Q-Cells im Rahmen von Partnerschaften Silizium aus den USA und aus Norwegen. Die Gegenleistung ist eine spezielle Technologie, mit der der Siliziumbedarf gegenüber herkömmlichen Siliziumzellen um weitere 30 % reduziert wird. Voll gelöst ist allerdings das Problem erst, wenn die Kostenerhöhungen für Sili-Elektropraktiker, Berlin 60 (2006) 6 440 BRANCHE AKTUELL Tafel Kennzahlen der elektro- und informationstechnischen Handwerke Betriebe1) Beschäftigte2) Umsätze2) am einschl. in Mio. Euro 1.1.2006 Lehrlinge ohne MwSt. im Jahr 2005 im Jahr 2005 Elektrotechniker- 63995 272400 24496,6 Handwerk (+0,8 %) (-3,5 %) (+2,0 %) Informationstechniker- 12347 39900 5083,2 Handwerk (-2,1 %) (-4,8 %) (-5,9 %) Elektromaschinenbauer- 1332 10700 1264,6 Handwerk (-0,9 %) (-3,6 %) (+0,6 %) Elektrohandwerke 77674 323000 30844,4 insgesamt (+0,3 %) (-3,6 %) (+0,6 %) 1) mit handwerklichen Nebenbetrieben 2) ohne handwerkliche Nebenbetriebe Wirtschaftlichkeit der PV - heute und morgen Weltweit boomt die Photovoltaik (PV) mit jährlichen Wachstumsraten von rund 30 %. Träger dieser Entwicklung sind vor allem Japan, Deutschland, die USA und zunehmend Spanien. Die Bundesrepublik hat in eine moderne Solarindustrie investiert und exportiert teilweise sogar Produktionseinrichtungen für die PV (beispielsweise in die USA). Schwerpunkt der deutschen PV-Branche ist die netzgekoppelte Stromerzeugung. EP-0606-436-441 16.05.2006 9:41 Uhr Seite 440 zium der Vergangenheit angehören. Insgesamt beherrschen Module mit kristallinen Siliziumzellen zu etwa 90 % den Markt. Trotz intensiver Forschung und Entwicklung gibt es immer noch ein nicht genutztes Potential zur Verbesserung ihrer Wirtschaftlichkeit. Allerdings fehlen im derzeitigen Forschungsprogramm Innovationen, die die Investitionskosten so weit reduzieren, dass in einem absehbaren Zeitraum die finanzielle Förderung überflüssig wird. Solarzellen der zweiten Generation Aus den genannten wirtschaftlichen Gründen arbeitet die Solarforschung seit Jahrzehnten parallel an der Entwicklung großflächiger Solarmodule in Dünnschichttechnologie. Unbestritten ist ihr Entwicklungspotential größer als das der Solaranlagen, die zurzeit den Markt beherrschen. Kennzeichen der zweiten Generation sind die übereinander geschichteten Halbleiter, die mehr Sonnenenergie in Strom umsetzen können. Mit anderen Worten: Mehrere übereinander geschichtete Halbleiter erfassen mehrere unterschiedliche Ausschnitte aus dem nutzbaren Gesamtspektrum des Sonnenlichts und erhöhen damit die verfügbare Strahlungsenergie. Allerdings entspricht die Produktionsreife bei weitem nicht dem Reifegrad der eingangs behandelten PV-Anlagen. Erste Erzeugnisse aus dem Ausland sind seit einigen Jahren auch auf dem deutschen Markt verfügbar. Dazu gehören auch die Tripel-Junction Solarzellen [3]. Sie sind Vorläufer einer Entwicklung, deren Erstlinge jetzt käuflich erworben werden können. Ein entscheidender Vorteil der zweiten PV-Generation ist der gemeinsame Fertigungsprozess von Solarzellen und Modul. Dabei wird es möglich, Quadratmeter große Substrate wie Glas, Metall- oder Plastikfolien mit Solarzellen zu beschichten und damit Materialkosten sowie Handhabungsaufwand zu reduzieren. Die Schichtdicke reicht von wenigen bis zu 50 m. Bei der Dünnschichttechnologie werden die Halbleiterschichten mit geeigneten Verfahren in kleinere Zellen unterteilt und dann integriert verschaltet. Die geringe Schichtdicke kann in einigen Varianten die Strahlungsenergie und damit den Wirkungsgrad verringern. In diesen Fällen wird der Lichtweg in den Solarzellen durch integrierte Lichtfallen verlängert. Direkte Halbleiter wie Kupfer-Indium-Diselenid (CIS-Technologie) können darauf verzichten [2]. Im Ergebnis jahrelanger Forschung und Entwicklung werden inzwischen vereinzelt auch Dünnschicht-Module angeboten. Dabei liegt der Schwerpunkt bei CIS-Modulen (Bild ), die sich aber nur begrenzt gleichen. Erster Lieferant ist die deutsche Würth Solar, die ihre Kapazität im kommenden Jahr auf 15 MW steigern will. Gegenwärtig werden bereits Solarmodule im Leistungsbereich von 55 bis 75 W mit einem Wirkungsgrad von 10 % angeboten. Wie die Ende Februar in Berlin durchgeführte Messe Solar Energy zeigte, ist inzwischen die vom Hahn-Meitner-Institut und vom Energiekonzern Vattenfall unterstützte Sulfurcell Solartechnik Gmb H ebenfalls lieferfähig. Angeboten werden Module mit Nennleistungen von 47 und 50 W (Bild ). Der Hersteller gibt eine Gewährleistung von zehn Jahren auf 90 % und von 20 Jahren auf 80 % der elektrischen Leistung. Nächstes Ziel ist ein Versuchsobjekt in der Gebäudetechnik. Zeitgleich stellte auch der Mineralölkonzern Shell ein etwa leistungsgleiches CIS-Modul aus eigener Fertigung vor. Die Produktion erfolgt in Japan und soll bereits in wenigen Wochen in Deutschland vermarktet werden. Besonders herausgestellt wurde der Wirkungsgrad von 13 %, der gegenwärtig als Spitzenwert gilt. Theoretisch ist es aber möglich, CIS-Solarzellen in Zukunft mit Wirkungsgraden von mehr als 30 % zu produzieren [2]. EU-Projekt „Athlet“ koordiniert Forschung Zur Beschleunigung des Einsatzes von Dünnschichtsolarzellen haben kürzlich Spezialisten aus elf europäischen Ländern in Berlin die Intensivierung der Forschungsarbeit beschlossen. Ziel ist die Kostensenkung der Stromerzeugung mit PV-Anlagen. Koordiniert wird dieses auf vier Jahre begrenzte Forschungsprojekt durch Frau Prof. Martha Ch. Lux-Steiner, Chefin der Solarenergieforschung im Berliner Hahn-Meitner-Institut (HMI). An erster Stelle stehen bei dem Projekt Leistungserhöhung und Kostenreduzierung der CIS-Technologie. Zweites Thema ist die Weiterentwicklung der mikromorphen Dünnschichtsolarzelle mit der gleichen Zielstellung. Diese Tandem- oder Stapelzellen kombinieren zwei unterschiedliche Solarzellen. Die Arbeiten sollen in vier Jahren abgeschlossen werden. Dann wird hoffentlich auch die Frage zu beantworten sein, wann und auf welchem Weg die Wirtschaftlichkeit der PV-Anlagen tatsächlich erreicht werden kann. H. Kabisch Literatur [1] Unternehmensvereinigung Solarwirtschaft: Wann wird Solarstrom wettbewerbsfähig. Herausgeber BSi/UVS. Stand: 01.08.2005. [2] Informationsdienst BINE: Photovoltaik-Innovationen bei Solarzellen und Modulen. Themeninfo 111/05. Herausgeber FIZ Karlsruhe Gmb H 76344 Eggenstein-Leopoldshafen. [3] Kabisch, H.: PV-Forschung auf dem Weg zu höheren Wirkungsgraden. Elektropraktiker, Berlin 58(2004)4, S. 320-325. Elektropraktiker, Berlin 60 (2006) 6 441 Sulfurcell Module Kristalline Silizium Module 800 600 400 200 07:12 09:36 12:00 14:24 16:48 19:12 Leistung Ertragsvergleich an einem Herbsttag zwischen CIS-Modulen von Sulfurcell und herkömmlichen Siliziummodulen Quelle: Surfurcell CIS-Schichtstrukturen im Raster-Elektronen-Mikroskop Foto: HMI EP-0606-436-441 16.05.2006 9:41 Uhr Seite 441
Ähnliche Themen
Autor
- H. Kabisch
Downloads
Laden Sie diesen Artikel herunterTop Fachartikel
In den letzten 7 Tagen:
Sie haben eine Fachfrage?