11.08.22 Run auf die Module Autor*in: Christian Buck • Lesedauer: 7 min.

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Zusammenfassung

Selten war das Interesse an Photovoltaik so groß wie heute. Kleine Module für den Balkon machen den Einstieg leicht – sind derzeit aber kaum zu bekommen. Und dank intensiver Forschung winken bald noch effizientere Solarzellen.

Im Hochsommer scheint die Sonne viele Stunden am Tag, was nicht nur Urlauber freut: Für die Betreiber von Solaranlagen ist es die Jahreszeit, in der besonders viele Kilowattstunden grünen Stroms sprudeln. Derzeit sind in Deutschland rund 60 Gigawatt an Solarleistung installiert, alleine 2021 sind ungefähr fünf Gigawatt hinzugekommen. Das macht sich im Strommix inzwischen auch deutlich bemerkbar: Insgesamt trugen die Photovoltaik-Anlagen im vergangenen Jahr fast neun Prozent zur Bruttostromerzeugung bei. Bei der installierten Leistung haben im internationalen Vergleich China und die USA mit 260 beziehungsweise 100 Gigawatt die Nase vorn. Deutschland liegt hinter Japan (75 Gigawatt) auf dem vierten Platz. China und die USA erreichen allerdings keinen vergleichbaren Solar-Anteil am Strommix: In beiden Ländern lag er bei rund vier Prozent. Japan kam hingegen auf rund acht Prozent.

Ehrgeizige Ausbauziele

Deutschland will das Ausbau-Tempo weiter erhöhen: Die neueste Novelle des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG 2023) sieht vor, die Photovoltaik-Kraftwerkskapazität bis zum Jahr 2030 auf 215 Gigawatt auszubauen. Das bedeutet: Der Anteil der Solarenergie an der deutschen Stromversorgung dürfte in den kommenden zehn Jahren auf nahezu 30 Prozent ansteigen. Der Solar-Experte Volker Quaschning von der Hochschule für Technik und Wirtschaft (HTW) Berlin geht sogar davon aus, dass wir langfristig etwa ein Drittel des gesamten Energiebedarfs – also inklusive beispielsweise des Verbrauchs im Wärme- und Verkehrsbereich – mit Photovoltaik decken werden. Heute sind es rund drei Prozent.

Natürlich kann man in Südeuropa oder im arabischen Raum dank der vielen Sonnenstunden pro Jahr mehr Solarenergie gewinnen als in Deutschland. Aber auch in unseren Breiten kommt im Jahresverlauf einiges zusammen: Die Sonneneinstrahlung liegt in Deutschland bei ungefähr 1.000 Kilowattstunden (kWh) pro Quadratmeter und Jahr – wobei die Einstrahlung im Sommer fünfmal höher ist als im Winter. Weiter südlich gelegene Länder wie Spanien oder die Türkei erreichen allerdings deutlich höhere Einstrahlungswerte von mehr als 1.800 kWh pro Quadratmeter und Jahr.

Für Experten ergibt es dennoch Sinn, auch in Deutschland Solarstrom zu erzeugen. „Die Vergangenheit hat gezeigt, dass Photovoltaik auch hierzulande wirtschaftlich ist“, sagt Jörg Sutter, Geschäftsführer der Deutschen Gesellschaft für Sonnenenergie. „Es gibt bei uns mittlerweile ja erste sehr große Photovoltaik-Anlagen, die überhaupt keine Förderung mehr benötigen. Außerdem: Würde man den Sonnenstrom beispielsweise in Afrika erzeugen, müsste man ihn mit riesigen Stromleitungen über Tausende Kilometer bis zu uns transportieren.“ Der Mehrertrag aufgrund der günstigen geografischen Lage ginge deshalb wegen der entsprechend hohen Leitungsverluste wieder verloren. „Es macht darum also absolut Sinn, Photovoltaik-Anlagen in Deutschland zu bauen und nicht irgendwo weit weg im Süden“, so Sutter.

Gewaltiges Interesse an Solarenergie

Das denken sich inzwischen auch sehr viele Menschen in Deutschland – umso mehr, als durch den Krieg in der Ukraine die Energiesicherheit wieder stärker in den Mittelpunkt des Interesses gerückt ist. „Das Interesse an der Photovoltaik ist derzeit gewaltig“, berichtet Sutter. „Das sagen beispielsweise die Installateure und die Großhändler, aber auch die Verbraucherzentralen.“ Letztere verzeichnen im Moment einen riesigen Run und einen gewaltigen Beratungsbedarf, denn viele Menschen wollen jetzt auf Photovoltaik umsteigen. „Jeder sechste Eigenheimbesitzer in Deutschland plant, in den nächsten zwölf Monaten eine Solaranlage zur Strom- oder Wärmeerzeugung zu errichten“, sagt Carsten Körnig, Hauptgeschäftsführer des Bundesverbandes Solarwirtschaft.

Besonders gefragt sind im Moment die noch relativ neuen Stecker-Solaranlagen für den Balkon. „Das hat sich massiv durchgesetzt – und hier ist die Nachfrage im Moment so groß, dass man bei keinem Online-Shop und auch bei keinen anderen Anbietern in den kommenden Wochen derzeit Produkte erhalten kann“, sagt Sutter. „Inzwischen gibt es hier sehr lange Lieferzeiten, weil die Anbieter mit Anfragen überrannt werden.“ Laut einer Studie der Verbraucherzentrale Nordrhein-Westfalen sind deutschlandweit bereits rund 190.000 dieser Anlagen installiert. „Und wenn in den nächsten Jahren noch ein paar 100.000 weitere Anlagen hinzukommen, haben wir wieder ein Stück mehr erneuerbare Stromversorgung bei uns“, sagt Sutter.

Der Clou bei den Stecker-Solaranlagen: Man kann sie einfach installieren – etwa am Balkongeländer – und ohne großen Aufwand ans elektrische Netz bringen: Es reicht, die Module einfach mit dem bekannten Schuko-Stecker an die Steckdose anzuschließen. Allerdings fordern manche Netzbetreiber in Deutschland spezielle Stecker oder eine Anmeldung wie bei einer großen Photovoltaik-Anlage. „Man müsste also erst mal zehn Seiten Papier ausfüllen, bevor man die Anlage in Betrieb nehmen darf“, ärgert sich Sutter. „Das ist natürlich ein bürokratisches Hindernis, das vielen Leuten den Spaß verdirbt. Das wurde in der letzten EEG-Novelle leider nicht geregelt.“ Wer seine Anlage nicht anmeldet, riskiert also ein Bußgeld. Viele tun es trotzdem nicht, ohne dass es Folgen für sie hätte. Den einfachen Schuko-Stecker zum Anschluss ans elektrische Netz hält Sutter für sicher. „Das Haus wird nicht abbrennen, die Forderung nach einem speziellen Stecker ist nicht nachvollziehbar.“

Autark durch eigene Elektrolyse-Anlage

Wer auf dem Dach oder am Balkon seinen eigenen Sonnenstrom produziert, kann seine Stromrechnung deutlich reduzieren. Autarkie ist aber nicht möglich – zumindest nicht mit einer Photovoltaik-Anlage und einer Batterie. „Fügt man aber noch einen Elektrolyseur, einen Wasserstoff-Speicher und eine Brennstoffzelle hinzu, könnte man tatsächlich den Netzanschluss kappen und ein Einfamilienhaus das ganze Jahr über autark versorgen“, erklärt Sutter. „Allerdings ist der technische Aufwand sehr groß – darum empfehlen wir, die Solaranlage so auszulegen, dass sie 70 bis 80 Prozent des Eigenverbrauchs liefern kann. Die restlichen 20 bis 30 Prozent kommen dann noch aus dem Stromnetz.“ Viele Bauherren seien dennoch an der Wasserstoff-Lösung interessiert. „Das ist aber eher eine technische Spielerei und wirtschaftlich nicht unbedingt sinnvoll“, so Sutter.

Mehr Wirtschaftlichkeit versprechen hingegen neue Entwicklungen bei den Solarzellen, denn Forscher arbeiten weltweit daran, ihren Wirkungsgrad weiter zu steigern. Wer sich heute eine Anlage aufs Dach baut, kann mit rund 20 Prozent rechnen. Herkömmliche Silizium-Solarzellen haben ein theoretisches Effizienz-Limit bei circa 29 Prozent Wirkungsgrad, während kommerziell erhältliche Module irgendwann bis zu 26 Prozent erreichen dürften. Noch bessere Ausbeuten lassen sich nur mit neuen Konzepten erzielen.

Im Tandem zu mehr Solarstrom

Hier kommen die Perowskite ins Spiel, eine Klasse von Materialien, die Solarzellen einen wahren Effizienz-Boost verpassen könnten. Als dünne Schicht auf eine Silizium-Solarzelle aufgebracht, steigern sie die Ausbeute deutlich – weil die Perowskite sich so maßschneidern lassen, dass sie auch diejenigen Anteile des Sonnenlichts nutzen, bei denen Silizium nicht besonders effizient ist (grün und blau). Tandem-Module aus Silizium und Perowskiten könnten so Wirkungsgrade von weit über 30 Prozent erreichen. Das neue Material bietet sich aber auch als Ersatz für Silizium an: Erste Solarzellen ausschließlich aus Perowskiten haben im Labor bereits einen Wirkungsgrad von mehr als 25 Prozent erreicht. Steigern ließe sich das noch, indem man mehrere Schichten aufeinander stapelt, die jeweils für verschiedene Anteile des Sonnenlichts optimiert sind. Aber auch dünne transparente Beschichtungen auf Fenstern oder Wänden sind denkbar – viele bisher ungenutzte Flächen ließen sich dadurch künftig zur Stromproduktion nutzen.

„Praktisch jeder namhafte Hersteller beschäftigt sich heute mit Perowskit-Materialien – denn man kommt einfach nicht daran vorbei, wenn man die Silizium-Solarzellen verbessern möchte“, sagt Professor Michael Saliba von der Universität Stuttgart, der selbst intensiv auf diesem Gebiet forscht. „Hoffentlich Mitte dieses Jahrzehnts, aber spätestens 2030 sollten die ersten Tandem-Module darum auf den Markt kommen. Denn inzwischen deuten viele Forschungsergebnisse und Presseartikel von Herstellern darauf hin, dass die Perowskite fast alle gängigen Stabilitätstests bestehen, um im Feld eingesetzt werden zu können. Auf Kreta gibt es bereits eine Forschungseinrichtung, wo eine Perowskit-Solarzellenanlage draußen getestet wird.“

Möglicherweise könnten die neuen Tandem-Module auch der deutschen Solarindustrie wieder neues Leben einhauchen, nachdem sie vor etwa zehn Jahren weitgehend nach China abgewandert ist. „Die Mehrfach-Solarzellen sind Hightech-Produkte“, so Saliba. „Wir haben auf diesem Gebiet weltweit führende Forschungseinrichtungen in Deutschland, die viel Wissen und Patente hervorbringen – was zu einer Renaissance der deutschen Solarindustrie führen könnte.“ In Neubrandenburg existiert zumindest bereits eine Fertigungslinie, die von dem britischen Start-up Oxford PV betrieben wird. Und Saliba selbst gründet gerade ein Start-up namens „Perosol“, das Perowskit-basierte Solarmodule ermöglichen soll.

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