08.10.2021

Studie: Ausbau der PV-Industrie auf Terawatt-Niveau erfordert schnelle Innovationen

Freiburg, Potsdam - Ein kosteneffizienter Klimaschutz erfordert bis 2050 weltweit die Installation von insgesamt 20-80 TWp PV-Leistung und 80-170 TWp bis 2100. Ein Forscherteam hat nun untersucht, ob ein solches Wachstum aus Ressourcensicht machbar ist - und wenn ja, unter welchen Bedingungen.

 

Obwohl die Photovoltaik (PV) als zentrale EE-Technologie zur kostenoptimierten Eindämmung des Klimawandels gilt, wird der damit verbundene hohe Ressourcenbedarf selten diskutiert. In der Studie „Technological learning for resource efficient terawatt scale photovoltaics“ hat ein Forschungsteam des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE (Fraunhofer ISE) und des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung (PIK) den Ressourcenbedarf für eine PV-Industrie im Terawatt-Maßstab abgeschätzt, die für die Begrenzung der globalen Erwärmung auf 1,5 Grad erforderlich ist.

 

Technologische Lernkurve hält Ressourcennachfrage in vernünftigen Grenzen

In ihrer Untersuchung konzentrieren sich die Forscher von Fraunhofer ISE und dem PIK auf die wichtigsten Ressourcen, die unabhängig von der Art der verwendeten PV-Technologie künftig benötigt werden, nämlich Energie, Flachglas, Kapitalinvestitionen und als exemplarisches Metall Silber. Die Analyse zeigt, dass ohne kontinuierliche technologische Fortschritte die Ressourcenbeschränkungen den Einsatz der Photovoltaik im Terawatt-Maßstab höchstwahrscheinlich behindern werden. Daher müssten die Trends zur ständigen Weiterentwicklung der PV-Technologie und anhaltenden Effizienzsteigerung neuer Systeme sowie zur Verringerung des Ressourcenverbrauchs bei der Produktion beibehalten werden.

 

„Die Begrenzung der globalen Erwärmung auf 1,5 Grad bei niedrigsten Kosten erfordert eine 7 bis 14-fache Steigerung der PV-Kapazität bis 2030 und einen kontinuierlichen Ausbau danach“, so Robert Pietzcker vom PIK. Der Aufbau der globalen PV-Infrastruktur wird nach Einschätzung der Autoren unter der Annahme einer fortgesetzten technologischen Entwicklung zwar einige Prozent des Emissions-Budgets aufbrauchen, das mit dem 1,5 Grad-Ziel kompatibel wäre. Dann wird die Photovoltaik aber mehr als die Hälfte des globalen Elektrizitätsbedarfs abdecken.

 

Produktion von Glas müsste erweitert werden - Silberverbrauch könnte konstant blieben – Indium kritischer

Die massive Ausweitung der PV-Produktion wird auch die Glasnachfrage erhöhen, aber die fortgesetzte Steigerung des Modulwirkungsgrads verringert die pro Wp benötigte Modulfläche. Das Team schätzt die jährlich produzierte Modulfläche für das Jahr 2100 auf 12.000 bis 22.000 Quadratkilometer, was in etwa der gesamten derzeitigen weltweiten Flachglas-Produktion entspricht. Aus Ressourcensicht ist dies wahrscheinlich nicht kritisch, da Sandvorkommen reichlich vorhanden sind und Glas recycelbar ist. Da die aktuelle Produktion aber bereits von anderen Märkten benötigt werde, müssten für die Solarenergie die Produktionskapazitäten dringend erweitert werden, so die Wissenschaftler.

 

Bei Silber gibt es einen starken Trend zur Verringerung der Menge. Wenn diese Entwicklung beibehalten werden kann, könnte der Gesamtsilberverbrauch im besten Fall in etwa auf dem heutigen Niveau bleiben. Kritisch könnte dagegen die Versorgung mit Indium werden, das für transparente leitfähige Oxide in Mehrfachzellen verwendet wird.

 

Investitionen in PV-Technik müssen Kapazitätsausbau und hohes Innovationstempo sicherstellen

In der Konsequenz zeigen die Ergebnisse der Studie einige dringende Aufgaben auf. „Die Entwicklung emissionsarmer PV-Technologien sollte Priorität haben, ein rascher Ausbau der Flachglas-Produktionskapazitäten innerhalb der nächsten zehn Jahre ist notwendig und wir brauchen Recyclinganlagen, die die enormen Materialströme bewältigen können“, betont Dr. Jan Christoph Goldschmidt, Gruppenleiter Neue Solarzellen-Konzepte am Fraunhofer ISE. Außerdem erscheint es geboten, die Technologien für Tandemsolarzelle für die erforderlichen hohen Wirkungsgrade in die Industrie zu übertragen. Der Ersatz von Indium in transparenten leitenden Schichten bleibe nach wie vor eine Herausforderung, so Goldschmidt weiter. Aktuelle und künftige Investitionen müssen daher nicht nur auf die Kapazitätserweiterung abzielen, sondern auch auf die Aufrechterhaltung des derzeit hohen Innovationstempos mit dem Fokus auf Nachhaltigkeit.

 

Quelle: IWR Online
© IWR, 2021

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