Aktuell / 03.12.2013

Neue PV-Anlagen optimieren den Eigenverbrauch

Ralf Haselhuhn spricht im Interview über die Anwendung, Entwicklung und Perspektiven der Photovoltaik. Er ist Autor des BINE-Fachbuchs „Photovoltaik. © www.intersolar.de

In der Photovoltaik jagte in den letzten Jahren ein Rekord den nächsten: Zellen, Module und Wechselrichter erreichten immer höhere Wirkungsgrade. Zugleich sanken die Modul- und Anlagenkosten und damit die Stromgestehungskosten. Durch die Veränderung der Förderung wird der Eigenverbrauch des erzeugten Solarstroms interessanter. Über den aktuellen Stand von Forschung, Entwicklung und Anwendung der Photovoltaik spricht Ralf Haselhuhn, Autor des BINE-Fachbuchs „Photovoltaik“, im Interview.

 

EnEff:Industrie: Herr Haselhuhn, im neuen BINE Fachbuch „Photovoltaik“ stellen Sie den Stand der Technologie und aktuelle Forschung und Entwicklung vor. Welche Neuerungen werden bald in der Produktion und auf dem Dach zu finden sein?

 

Haselhuhn: Durch den Einsatz von Siliziumgranulat als Basismaterial, können mit Standardverfahren in der Zellproduktion hocheffiziente polykristalline Zellen mit Wirkungsgraden bis 19 Prozent erreicht werden. Gegenüber den üblichen Glasfolienmodulen bieten Module mit zwei sehr dünnen Glasscheiben eine erhöhte mechanische Belastbarkeit und Langzeitbeständigkeit.
Da der Wirkungsgrad von Dünnschichtmodulen sich nicht im erwarteten Umfang verbessern ließ, sind viele Hersteller aus der Produktion ausgestiegen. Hier besteht noch ein deutlicher Forschungs- und Entwicklungsbedarf, ehe wieder die Marktanteile der Dünnschichttechnologien ansteigen werden.

 

Welche Entwicklungen und Forschungsergebnisse in der Photovoltaik-Branche haben Sie in den letzten Jahren besonders beeindruckt?

 

Haselhuhn: Am beeindrucktesten war die außerordentliche Kostensenkung von 70 Prozent innerhalb der letzten vier Jahre, sodass heute der selbstproduzierte Solarstrom deutlich günstiger ist als der Strompreis. Das wurde besonders durch die dynamischen Entwicklungen im Maschinen- und Anlagenbausektor für die vollautomatische Zell- und Modulproduktion erreicht. An dieser Entwicklung waren vor allem deutsche Unternehmen und Forschungsinstitute beteiligt. Überzeugend war ebenfalls, dass die Photovoltaik derzeit mit über fünf Prozent zur Stromversorgung in Deutschland beiträgt. Diese dezentrale umweltfreundliche Energieversorgung führt zur Demokratisierung der Energiewirtschaft. Fast 40 Prozent der installierten Photovoltaikleistung haben Privatpersonen errichten lassen, gefolgt von Landwirten und dem Gewerbe mit jeweils 20 Prozent.

Wechselrichter können jetzt Aufgaben des Netzmanagements übernehmen. Sie können beispielsweise Blindleistung erzeugen und Frequenzhaltung unterstützen.

Hervorzuheben sind die Steigerung des Wirkungsgrades der Module auf durchschnittlich 16 Prozent und bei Wechselrichtern auf 97 Prozent. Zudem wurden Wechselrichter-Regelstrategien entwickelt, um auch in jedem Verschattungsfall den optimalen Arbeitspunkt zu finden. Die Entwicklung kostengünstiger Geräte mit hohen Wirkungsgraden führte zu Dreiphasengeräten auch im kleinen Leistungsbereich.

 

Wo sehen Sie aktuelle technischen Herausforderungen speziell bei Modulen?

 

Haselhuhn: Bei den Modulen ist das Überschreiten der 20-Prozent-Grenze im Wirkungsgrad ein Meilenstein. Das erreichen die ersten Hochleistungs-Module derzeit schon. Dafür werden Technologien wie N-Typ-Silizium-Wafer, Rückseitenkontaktierung oder Wafer-Beschichtung mit Dünnschichtsilizium eingesetzt. Die Herausforderung liegt darin, diese Wirkungsgrade ohne aufwendige Zellkonzepte durch die Optimierung vieler technologischer Details zu erreichen. Ansatzpunkte sind zum Beispiel Texturierung, dünnere Kontaktierung, selektive Emitter und Passivierung.  Kristalline Solarzellen können günstiger hergestellt werden, wenn der Silberanteil bei den Kontaktierungen minimiert wird.

 

… und bei Wechselrichtern?

 

Haselhuhn: Bei den Wechselrichtern könnte mit heute noch teuren, hocheffizienten Siliziumkarbid-Halbleitern für die Leistungsbrücke der Wirkungsgrad auf bis 99 Prozent gesteigert werden. Die Aufgaben des Wechselrichters, wie Anlagenüberwachung, Schutzfunktionen und Störungsmeldung, nehmen zu. Ebenso die Anforderungen an die Wechselrichter zur besseren Netzintegration, je höher der Anteil der Solaranlagen im Europäischen Stromnetz wird. So geht es zunehmend darum, Last und Erzeugung in Übereinstimmung zu bringen. Das macht in Zukunft die Einführung von bidirektionalen Netzschnittstellen, sogenannten Smart-Grid-Schnittstellen, nötig.

Ob die Entwicklung zu Smart-Solarmodulen ein internationaler Trend wird, ist noch offen. Hersteller integrieren in die Modulanschlussdose einen MPP-Regler (Leistungsoptimierer genannt) oder eine kleinen Wechselrichter und andere Zusatzelektronik zur Betriebsdatenüberwachung oder für diverse Schutzfunktionen, zum Beispiel gegen Lichtbogenbildung im Brandfall oder bei Diebstahl. Vorteilhaft ist die hohe Verschattungstoleranz, die Reduktion der Mismatch-Verluste der Module und Flexibilität im PV-Generatoraufbau: so können unterschiedliche Anzahlen von Modulen in Strängen sowie verschiedene Modultypen und unterschiedlich ausgerichtete Module miteinander verschaltet werden. Die Herausforderungen liegen allerdings noch in den hohen spezifischen Kosten sowie in Alterungsproblemen wegen der hohen Temperaturbelastung der Geräte auf der Rückseite der Module.

Modulhersteller wenden sich wieder der Gebäudeintegration zu. Bei der In-Dach-Montage wird auf einfache Montage und gute Dacheinbindung Wert gelegt. So werden Module mit Kunststoffrahmen angeboten. Neben einem besseren Design wird damit auch eine gute Verschindelung, Dacheinbindung sowie Hinterlüftung gewährleistet. Nebeneffekt ist die positivere Ökobilanz im Vergleich zu Aluminiumrahmen.

 

Wohin entwickeln sich Photovoltaik-Anlagen, hinsichtlich Größe Technik und Eigenverbrauch ?

 

Haselhuhn: Ein Trend geht in Richtung leistungsstärkerer polykristalliner Module. Zunehmen wird der Einsatz von rahmenlosen Modulen.
Außerdem zeichnet sich ein eindeutiger Trend zum Eigenverbrauch bei Privathaushalten und Unternehmen ab. Bezüglich der Größe spielt deshalb eine an den Stromverbrauch angepasste Auslegung der Anlagen eine entscheidende Rolle.

Der Einsatz von Stromspeichern befindet sich insbesondere durch das KfW-Förderprogramm in der Markteinführung. Verschiedene Speichersysteme mit unterschiedlichen Batterietechnologien ermöglichen eine zunehmende Autarkie von Solarstromerzeugern. Die Wirtschaftlichkeit ist derzeit bei den Speichersystemen bisher jedoch nicht erreicht. In den nächsten Jahren werden die Speicher jedoch günstiger. Die Forschung und Entwicklung von Speichersystemen ist derzeit ein Schwerpunkt in der Forschungsförderung der Bundesregierung.

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Zum Autor

Ralf Haselhuhn ist Mitarbeiter der Deutschen Gesellschaft für Sonnenenergie (DGS) e. V. und Vorsitzender des Fachausschusses Photovoltaik der DGS.