Volle Kraft voraus: Photovoltaik heute und in der Zukunft

Photovoltaikanlagen liefern klimafreundlichen Strom und sind inzwischen eine tragende Säule der Energiewende geworden. Heute macht Strom aus Photovoltaik bereits einen Anteil von rund zwölf Prozent an der Stromerzeugung in Deutschland aus. Ein Anstieg um ein Sechstel im Vergleich zum Vorjahr. Photovoltaik ist im Aufwind – erschwinglich, rentabel und überraschend vielfältig.

Die aktuelle Marktsituation bei Photovoltaik

Photovoltaikanlagen boomen. 2021 wurden 235.600 neue PV-Anlagen in Deutschland gemeldet mit einer installierten Leistung von sechs Gigawatt. Insgesamt beträgt die installierte Photovoltaik-Leistung in Deutschland Mitte 2022 bei rund 2,2 Millionen Anlagen rund 64 Gigawatt, womit Photovoltaik zum Ende des letzten Jahres die Windkraft an Land überholte (mit knapp 60 Gigawatt installierter Leistung). Bereits jedes fünfte Dach in Deutschland kann mit einer Solaranlage glänzen.

Damit hat uns die Sonne unmittelbar dabei geholfen, 2021 fast 34,4 Millionen Tonnen CO₂ einzusparen. Das entspricht dem CO₂-Fußabdruck von 3 Millionen Deutschen im Jahr.

Doch damit ist das Ende der Fahnenstange noch nicht erreicht. Bis zum Ende des Jahrzehnts sollen 80 Prozent und bis 2035 nahezu 100 Prozent des Stroms aus Ökostromquellen kommen. Bislang sind es rund 50 Prozent. Um das Ziel zu erreichen, soll auch der Photovoltaik-Ausbau beschleunigt und bis 2030 Solarparks und Photovoltaik-Dachanlagen mit insgesamt rund 215 Gigawatt Leistung installiert sein. Die installierte Leistung wird sich dadurch noch einmal knapp vervierfachen.

Baustein Solarzellen

Photovoltaikanlagen bestehen aus mehreren Solarmodulen. Diese sind aus einzelnen Solarzellen zusammengesetzt. Die Solarzellen wandeln das Licht der Sonne in elektrische Energie um. Es gibt verschiedene marktverfügbare Zelltechnologien: Monokristalline Siliziumsolarzellen dominieren den Markt, polykristalline Zellen haben nur einen geringen Anteil. Darüber hinaus gibt es Dünnschichtsolarzellen, die aus amorphem Silizium, Cadmium-Tellurid und Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid bestehen. Weitere Solarzellentypen, etwa Konzentratorsolarzellen, Mehrfachsolarzellen oder organische Solarzellen, werden aktuell nur selten genutzt.

Kosten und Wirkungsgrade

Ein US-amerikanisches Forscherteam installierte 1954 die erste Silizium-Zelle der Welt mit einem Wirkungsgrad von gerade mal sechs Prozent. Heute liegt der Wirkungsgrad im Durchschnitt bei rund 20 bis 25 Prozent.

Je höher der Wirkungsgrad, desto positiver entwickeln sich auch die Produktionskosten je Watt Photovoltaikleistung. Aktuell liegen sie zwischen 0,25 und 0,35 Euro pro Watt. Möchte man sich jedoch eine private Photovoltaikanlage auf dem Einfamilienhaus installieren, fallen neben den reinen Produktionskosten noch Transport, Planungs- und Installationskosten an. Hier kostet ein Watt Photovoltaik 0,40 bis 0,80 Euro.

Es ist zu erwarten, dass die Wirkungsgrade von Solarzellen weiter ansteigen und somit auch der Preis pro Watt Photovoltaikleistung weiter sinken wird.

Tipp:

Insgesamt ist die Solartechnik bereits weit entwickelt und radikale Preisstürze wie sie in den Anfangsjahren ab 2000 erreicht wurden, werden sich nicht mehr wiederholen. Photovoltaik-Interessierte brauchen also nicht mehr warten, bis die Technik günstiger wird, denn bereits heute sind Photovoltaikanlagen rentabel und erzielen auf Häusern fünf bis acht Prozent Rendite.

Die aktuelle Forschung: Mit dem Tandem schneller zum Ziel

Die Zukunft gehört Tandemsolarzellen. Der Wirkungsgrad von Zellen mit zwei stromerzeugenden Halbleitern ist deutlich höher als der herkömmlicher Einfachsolarzellen: Bei Silizium-Zellen liegt das praktische Limit bei 27 Prozent Wirkungsgrad – und die marktbeherrschenden Zellen haben dieses Limit schon fast erreicht.

Einen Ausweg aus dem Dilemma bieten Tandemsolarzellen. Die obere Solarzelle wandelt das Licht im sichtbaren Teil des Sonnenspektrums in Strom um, die darunterliegende das Licht im infrarotnahen Spektrum. Durch die Kombination weisen die Tandemsolarzellen einen höheren möglichen Wirkungsgrad auf, der in den kommenden Jahren deutlich über die 30-Prozent-Marke steigen wird. Je nach Materialzusammensetzung können sie zudem leichter und flexibler sein.