Welt im Wandel: Energiewende zur Nachhaltigkeit - WBGU

Tabelle 3.2-11
Zukünftige Entwicklung der
Photovoltaik. Wegen der
hohen Modularität dieser
Technologie können
Anwendungen
verschiedenster
Anforderung realisiert
werden. Deshalb wird
erwartet, dass die technische
Vielfalt photovoltaischer
Stromerzeugung erhalten
bleibt. Die Energiekosten
sind im Wesentlichen
umgekehrt proportional zur
jährlichen solaren
Einstrahlung (Abb. 3.2-3).
Quelle: WBGU
Wichtigste
marktbeherrschende
Technologien
plarischen WBGU-Szenarios (Kap. 4) werden für
netzgebundene Anlagen im Jahr 2020 Installationspreise
von jeweils etwa 1 € pro Watt für das Modul
sowie die restlichen Systemkomponenten für realistisch
gehalten. Dies entspricht nur etwa einem Drittel
der heutigen Investitionskosten. Damit ergäben
sich für 2020 im globalen Mittel etwa 12 €-Cent
Stromkosten pro kWh. Die Kosten sind abhängig von
der geographischen Breite und in tropischen Trockengebieten
nur etwa halb so hoch wie in Europa.
2020 wird für kristallines Silizium eine Massenproduktion
im 10 GW-Maßstab erwartet. Für verschiedene
Dünnschichttechnologien sollte bis dahin die
Massenproduktion erreicht sein (Lux-Steiner und
Willeke, 2001).Auch zukünftig werden unterschiedliche
Solarzellentechnologien parallel Verwendung
finden, wobei neben den Kosten der Anwendungsbereich,
das regionale Einsatzgebiet und die technologische
Verfügbarkeit die spezielle Auswahl bestimmen
werden.
Mittel- und langfristig können weitere Technologien
zur Kostensenkung und Erschließung neuer
Einsatzgebiete beitragen, die heute im Labor entwickelt
werden:
• photovoltaische Kraftwerke im Leistungsbereich
von einigen 100 kW bis MW mit optischer Konzentration
kombinieren kostengünstige Konzentratoren
(z. B. Fresnel-Linsen) mit hocheffizienten
Solarzellen (Abb. 3.2-7);
• Solarzellen aus u. a. organischen Verbindungen,
Farbstoffsolarzellen.
Die grundlagenorientierte Forschung arbeitet außerdem
an visionären Photovoltaikkonzepten, deren
Potenzial noch nicht abgeschätzt werden kann (Kap.
6). Tabelle 3.2-12 fasst heute erzielte Wirkungsgrade
typischer Technologien zusammen.
2000 2020 2050
Kristalline Silizium-
Solarzellen
Energieträger 3.2
Solarthermische Stromerzeugung
In solarthermischen Kraftwerken wird direktes Sonnenlicht
mit optischen Elementen auf einen Absorber
konzentriert, die absorbierte Strahlungsenergie
erhitzt ein Wärmeübertragungsmedium. Diese Wärmeenergie
kann anschließend zum Antrieb weitgehend
konventioneller Kraftmaschinen, wie Dampfturbinen
oder Stirlingmotoren, eingesetzt werden.
Solarthermische Kraftwerke sind daher eng mit der
klassischen Kraftwerkstechnik verwandt, wobei
anstelle fossiler Brennstoffe Sonnenenergie genutzt
wird. Alle bisher gebauten solarthermischen Anla-
Sonne
Kristalline Si- und
Dünnschichtsolarzellen.Tandemsolarzellen
für PV-
Kraftwerke mit
optischer Konzentration
Organische und
Farbstoffsolarzellen
Modulwirkungsgrad [%] 14–15 Si Wafer Module:
18–20
Dünnschicht: 15
Organisch usw.: 10
Tandem: 40
Kosten [€/kWh]
~0,6
(Standort mit 1.000
Volllaststunden)
~0,14
(Standort mit 1.300
Volllaststunden)
Fresnel-
Linse
Solarzelle
Dünnschicht-Solarzellen
(auch Si),
Tandemsolarzellen,
Organische und
Farbstoffsolarzellen,
neue Konzepte
k. A.
Leistungsbereich W–MW W–MW W–MW
~0,06
(Standort mit 1.300
Volllaststunden)
Kühlkörper Beispielhafter Aufbau
Abbildung 3.2-7
Schema zukünftiger solarer Kraftwerke auf der Basis optisch
konzentrierender Photovoltaik. Die Solarstrahlung wird
durch kostengünstige Linsen auf eine sehr kleine
Solarzellenfläche konzentriert (links). Die Konzentrationsfaktoren
könnten dabei den Wert 1.000 erreichen. Die
Modulsysteme müssen dem Sonnenstand nachgeführt
werden (rechts). Es ist zu erwarten, dass Mehrkosten, die
durch Optik und Mechanik der Nachführung entstehen,
durch Einsparungen und Wirkungsgradsteigerungen bei den
Halbleitersolarzellen wettgemacht werden. Kraftwerke mit
dieser Technologie könnten bereits in naher Zukunft zur
Spitzenlastbereitstellung (z. B. hervorgerufen durch
elektrische Kühlanlagen) eingesetzt werden.
Quelle: WBGU
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