Welt im Wandel: Energiewende zur Nachhaltigkeit - WBGU

sind weiter zu entwickeln. Die Fortsetzung der Aktivitäten
bei organischen und Farbstoffsolarzellen ist
für die langfristige Entwicklung der Photovoltaik
unerlässlich. Derartige Konzepte können die Basis
für völlig neue, nicht halbleiterbasierte photovoltaische
Konversionsverfahren sein. Letztlich muss auch
anwendungsorientierte Grundlagenforschung
betrieben werden, um derzeit eher spekulative Konzepte
mit gleichzeitig hohem Potenzial auszuloten
(z. B. Quantentopfstrukturen, Thermophotonik,
Mehrbänderzellen, Augerzellen, Zellen mit Auskopplung
heißer Ladungsträger, selbstorganisierende
organische photovoltaische Strukturen, Verwendung
von molekularen Antennenstrukturen zur
Energiekonversion).
Für alle Solarzellentechnologien ist eine angepasste
Modulverkapselungstechnik zu entwickeln.
Dabei sollte insbesondere auf eine vollautomatische
Fertigung, niedrigen Materialeinsatz und die Wiederverwertbarkeit
der photovoltaischen Elemente und
Materialien geachtet werden. Zudem ist die sichere
Versorgung mit Rohmaterialien für die Photovoltaik
ein wichtiges Kriterium.
Neben der eigentlichen Solarzellen- und Modulentwicklung
sollte die Systemtechnik der Photovoltaik
stärker als bisher bei der Vergabe von Forschungsprojekten
berücksichtigt werden, wozu bei
Konzentratorkraftwerken auch eine angepasste
Optik zählt. Damit Systemtechnik eine weitere
starke Kostendegression erreicht, sind hochintegrierte
Leistungselektroniken und digitale
Regelungstechnik sowie neue Netzüberwachungsverfahren
notwendig. Erhebliche Fortschritte müssen
auch bei der Integration in Gebäude erreicht
werden, so dass Solartechnik künftig integraler
Bestandteil der Gebäudehülle wird, anstatt dass sie
lediglich Baustrukturen „hinzuaddiert“ wird.
Solarthermische Kraftwerke
Langfristig bilden optisch konzentrierende solarthermische
Kraftwerke neben der Photovoltaik das
zweite wichtige Fundament einer solaren Stromversorgung
im exemplarischen Transformationspfad
(Kap. 3.2.6 und 4.4). Bei großen Anlagen konzentriert
sich die Entwicklung auf Turm- und Rinnenkraftwerke.
Beide Ansätze sind vielversprechend,
Verbesserungspotenziale sollten durch Forschung
und Entwicklung weiter erschlossen werden. Die
derzeitigen Aktivitäten repräsentieren die Wichtigkeit
dieser Technologie im exemplarischen Transformationspfad
des Beirats nur unzureichend und sollten
daher deutlich verstärkt werden. Bei Kraftwerken
auf der Basis optischer Linearkonzentration
sollten neue optische Konzepte für die Konzentration
(z. B. Fresnel-Konzentratoren) vor allem auch
unter dem Gesichtspunkt der Kostensenkung unter-
Technologieforschung und -entwicklung 6.3
sucht werden. Zudem sind hier die Materialforschung
für optische und thermische Komponenten
(Spiegel, selektive optische Absorber usw.) sowie
die Verfahrenstechnik, z. B. für die Wasserdirektverdampfung,
besonders zu berücksichtigen. Auch
Turmkraftwerke, die im Vergleich zu linear konzentrierenden
Anlagen höhere Temperaturen und damit
höhere Wirkungsgrade erzielen können, sollten weiter
entwickelt werden.
Zur Kostensenkung und für einen Betrieb auch
nach Sonnenuntergang sind Entwicklungen bei
Hybridkraftwerken, die solare und fossile Technologien
kombinieren, sowie bei großen Wärmespeichern
für hohe Temperaturen wichtig. Vor dem
Hintergrund des im exemplarischen Transformationspfad
des Beirats enthaltenen großen Anteils der
solarelektrischen Energiekonversion am globalen
Primärenergieeinsatz ab der Mitte des Jahrhunderts
müssen auch fortgeschrittene Konzepte zur reibungslosen
Einbindung der Kraftwerke in Energieversorgungssysteme
entwickelt werden.
Thermische Solarenergiekonversion
(Solarkollektoren)
Solarwärme kann sowohl zum Heizen, zur Brauchwassererwärmung,
zum Kühlen als auch in Prozesswärmeanwendungen
(z. B. in der Nahrungsmittelindustrie)
eingesetzt werden (Kap. 3.2.6). Ihr nachhaltig
nutzbares Potenzial ist im Wesentlichen durch die
lokale Nachfrage nach entsprechender Wärme und
nicht durch das Angebot bestimmt. Zum Erreichen
der im exemplarischen Transformationspfad des Beirats
formulierten Ziele sollten insbesondere auch
solare Technologien zur Gebäudekühlung Schwerpunkte
der Forschung bilden. Bei der Brauchwassererwärmung
und Raumheizung ist die Weiterentwicklung
von Wärmespeichern mit hoher Energiedichte
und geringer Selbstentladung vorrangig. Zur
Erschließung neuer Einsatzbereiche für die Solarwärme
sollten Prozesswärmekollektoren im Temperaturbereich
100–200 °C weiter entwickelt werden.
Der Einsatz solarer Prozesswärme zur Wasserentsalzung
und -reinigung sowie zur Nahrungsmittelkühlung
ist für die globale Nachhaltigkeit besonders
relevant. Bei diesen verschiedenen Anwendungen
darf die Systemtechnik einschließlich zugehöriger
Regelungsverfahren nicht vernachlässigt werden.
Windkraftanlagen
Die Nutzung der Windkraft ist im exemplarischen
Transformationspfad des Beirates nach der Sonnenenergie
die zweitwichtigste erneuerbare Energiequelle
(Kap. 3.2.5). Für eine weitere schnelle
Erschließung des nachhaltig nutzbaren Windenergiepotenzials
ist insbesondere die Entwicklung des
Offshore-Sektors zu forcieren, wozu neben den spe-
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