bild der wissenschaft: 2004 hat Deutschland erstmals Japan als Weltmeister bei neu installierten Solarmodulen abgelöst. Kam 2005 der Gegenschlag der Japaner, Herr Prof. Luther?
LUTHER: Nein. Die jährlich neu installierte Gesamtleistung in Deutschland liegt weiter vor Japan und den USA.
bdw: Wie viele Megawatt sind denn aktuell weltweit am Netz?
LUTHER: Insgesamt werden in diesem Jahr gut 1800 dazukommen. Ende 2006 werden die Photovoltaikanlagen damit rund 6800 Megawatt Spitzenleistung haben, die immer dann erbracht wird, wenn die Sonne voll scheint. Auch weiterhin wird die durchschnittliche jährliche Wachstumsrate um die 30 Prozent betragen.
bdw: Im Mai 2005 berichtete bild der wissenschaft, dass ein Mangel an Reinstsilizium die Nachfrage nach Sonnenstrom bremste. Lagen die Experten mit ihren Befürchtungen falsch?
LUTHER: Es gibt in der Tat eine kleine Delle. Bis 2005 hatten wir Wachstumsraten über 30 Prozent. In diesem Jahr werden sie eher leicht darunter liegen. Die Kosten für die installierten Photovoltaik-Module sind um etwa 10 Prozent hochgegangen, weil Reinstsilizium nicht in dem Maß zur Verfügung stand, wie es nachgefragt wurde. Binnen etwa eines Jahres stieg daher dessen Kilopreis von 25 auf 100 US-Dollar. Dass die Delle beim Wachstum nicht so stark wie befürchtet ausgefallen ist, liegt auch an technologischen Entwicklungen, die unser Fraunhofer-Institut mitbewirkt hat.
bdw: Beispielsweise?
LUTHER: Einmal sind die Zellen dünner geworden. Vor zwei Jahren lag der Standard bei 300 Mikrometern, heute ist er 240 Mikrometer. Große Firmen wie Sharp in Japan behaupten, schon 180 Mikrometer dünne Scheiben in der Produktion zu haben. Aus der gleichen Menge Reinstsilizium lassen sich dann bedeutend mehr Solarzellen fertigen. Dünnere Scheiben sind aber erst möglich, seit man die Lichtabsorption beim Silizium durch Vielfachreflexion im Innern des Werkstoffs verbessern konnte. Und was spannend ist: Trotz immer dünnerer Schichten steigen die Wirkungsgrade.
bdw: Lässt sich der Mangel an Reinstsilizium dadurch kompensieren?
LUTHER: Dadurch allein nicht. Aber die Produktionskapazität an Reinstsilizium wird weltweit so vorangetrieben, dass es den Engpass in drei Jahren wohl nicht mehr geben wird.
bdw: Warum dauert das so lange?
LUTHER: Da geht es um metallurgische Groß-Chemie, insbesondere um Chlorchemie. Für solche Anlagen muss man erst eine Baugenehmigung bekommen. Und dann kosten sie um die 100 Millionen Euro, sind also nicht aus der Portokasse zu bezahlen. Drittens gehört zu einer solchen Produktion Know-how. Momentan gibt es viel zu wenige Experten.
bdw: Konkretisieren Sie bitte die Leistungen Ihres Institutes.
LUTHER: Wir haben früh erkannt, dass die Siliziumwafer-Technologie das Arbeitspferd der Photovoltaik wird und sind der Meinung, dass das auch noch mindestens zehn Jahre so bleibt. Mehr als 90 Prozent des Leistungsmarkts und praktisch alle Photovoltaikzellen auf dem Dach sind aus Wafersilizium. Dieser Markt teilt sich je zur Hälfte in monokristallines und multikristallines Silizium. Wir haben uns ins Zeug gelegt, Technologien für die Solarzellenproduktion aus deutlich dünneren Wafern zu entwickeln und höhere Wirkungsgrade zu erzielen – bei fallenden Kosten. Hinzu kommt die Optimierung der Produktionstechnologie im Hinblick auf hohe Ausbeuten und schnellen Durchsatz. In diesem Dreiklang – dünnere Siliziumscheiben, besserer Wirkungsgrad, höhere Ausbeute – sind wir heute technologisch Weltspitze. Gegenwärtig arbeiten wir daran, bei industriell hergestellten Modulen mit kristallinem Wafersilizium 20 Prozent Wirkungsgrad zu erreichen.
bdw: Wie viele Institute spielen noch in Ihrer Liga?
LUTHER: In Deutschland auf dem Siliziumgebiet noch zwei, weltweit weitere vier. In Japan gibt es keine vergleichbaren Forschungsinstitute. Dort findet Forschung und Entwicklung aber viel stärker in der Industrie selbst statt.
bdw: Wie beurteilen Sie die technologische Leistungskraft Deutschlands auf Ihrem Arbeitsgebiet?
LUTHER: Deutschland ist vor Japan und den USA eindeutig Technologieführer. Wenn es um das Produktions-Know-how geht, sind die Japaner gleichauf mit den Unternehmen hierzulande. Was mich besonders freut, ist die Innovationskraft der großen Mittelständler, die in Deutschland Solarzellen produzieren.
bdw: Wenden wir uns dem Output zu, der Stromproduktion durch Photovoltaik. Hier sieht es noch nicht weltmeisterlich aus. Schaffen es denn alle Photovoltaik-Kraftwerke der Welt zusammen endlich, so viel Strom zu erzeugen, wie ein einziges modernes Kohle- oder Kernkraftwerk?
LUTHER: Ungefähr 0,1 Prozent des weltweit verbrauchten Stroms kommt aus der Photovoltaik. Das ist so viel, wie ein großer fossil oder atomar betriebener Kraftwerksblock produziert. Entscheidend sind unsere hohen Wachstumsraten. Ich bin davon überzeugt, dass wir die über mehrere Dekaden durchhalten können. Damit haben wir pro Jahrzehnt zehnmal mehr installierte Leistung und damit zehnmal so viel Strom. 2015 kann ein Prozent der weltweiten Stromnachfrage durch Solarkraftwerke befriedigt werden. 2025 können es bereits zehn Prozent sein.
bdw: Ganz schön mutig…
LUTHER: …nicht mutig, sondern unbedingt notwendig und machbar. Technologisch, materialwissenschaftlich und in Anbetracht der zeitlichen Dimension, in der sich Industrien entwickeln, spricht überhaupt nichts dagegen.
bdw: Heißt das, wenn man mehr Geld in die Erforschung und Entwicklung der Photovoltaik steckt, geht es noch schneller?
LUTHER: Ingeniosität kann man durch Geld nicht herbeizaubern. Andererseits haben wir mehr Ideen, als wir umsetzen können. Wenn wir mehr Geld hätten, könnten wir die Innovationsgeschwindigkeit in der Tat beschleunigen.
bdw: Damit sind Sie im Gleichklang mit anderen Wissenschaftlern. Sie alle sehen sich finanzbegrenzt. Nochmals konkret: Wird die Photovoltaik angemessen gefördert oder nicht?
LUTHER: In Deutschland ist die Photovoltaikforschung relativ gut bedient. Vor allem deshalb, weil die Förderung über unterschiedlich zusammengesetzte Regierungen hinweg eine hohe Präferenz hatte. In anderen Ländern – etwa den USA – ging es damit auf und ab. Wenn wir die derzeitigen Wachstumsraten halten wollen, müssen wir uns insbesondere bei der anwendungsorientierten Grundlagenforschung weit stärker anstrengen – und dazu braucht es deutlich mehr öffentliche Mittel. Der Abstand zwischen dem, was heute gemacht wird, und dem, was die Physik an Wirkungsgrad potenziell erlaubt, ist immer noch beträchtlich. Beispielsweise kann er durch optische Konzentration auf weit mehr als 40 Prozent gesteigert werden.
bdw: Wie funktioniert das?
LUTHER: Etwa indem man drei Solarzellen übereinander stapelt und in jeder Ebene nur einen schmaleren Wellenlängenanteil des solaren Spektrums in Strom umwandelt. Durch diesen Kniff steigen die Wirkungsgrade beträchtlich: schmale Spektralbereiche lassen sich effizienter als breite Spektren in Strom umwandeln. Da ein solcher Aufbau teuer ist, musste man sich etwas einfallen lassen, um die Kosten des Gesamtsystems zu drücken. Und das ist uns gelungen: Durch Fresnel-Linsen wird das einfallende Sonnenlicht um den Faktor 500 konzentriert. Man kann so den stromerzeugenden Halbleiter entsprechend kleiner ausfallen lassen. Selbst wenn der Halbleiter hundertmal teurer ist als eine gängige Siliziumzelle, wäre das System preislich attraktiv, weil man ja nur ein 500stel des Halbleiters benötigt und der Stromertrag um den Faktor 2 bis 3 steigen wird. Auf der anderen Seite benötigt man zusätzlich Linsen und Einrichtungen, die die Systeme mechanisch dem Sonnenstand nachführen – hier muss man sehr auf die Kosten achten. Das hört sich kompliziert an, ist aber handhabbar und wird in Spanien in Kürze installiert werden.
bdw: Was bezahlt der Kunde für ein installiertes Kilowatt bei einer herkömmlichen Photovoltaik-Anlage?
LUTHER: Je nach Größe der Anlage zwischen 5000 und 6000 Euro. Umgerechnet auf den in Mitteleuropa erzeugten Strom heißt das: Die Kilowattstunde kostet etwa 40 Cent. 2013 können wir bei gut 20 Cent liegen, Ende des kommenden Jahrzehnts bei 15 Cent.
bdw: Der Steigflug in Deutschland ist vor allem auf das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) zurückzuführen, das ein gigantisches Umlagesystem beinhaltet: Wer Solarstrom produziert, wird von anderen Stromkunden mitfinanziert. Wer dagegen konventionell hergestellten Strom verbraucht, wird über das EEG für regenerativ erzeugten Strom zur Kasse gebeten. Manche nennen das „eine Schweinerei”.
LUTHER: Ohne den Einsatz von Solarstrom hat unsere Energieversorgung langfristig keine Zukunft. Unter anderem zwingt uns die nicht wegzudiskutierende Klimaerwärmung zu neuen Energieversorgungstechnologien. Neue Technologien sind anfangs immer teurer. Doch durch Massenproduktion und Technologieentwicklung lassen sich die Kosten drastisch reduzieren. Die Idee des EEG, die finanzielle Unterstützung nur an die Stromproduktion zu koppeln und den Betrag jährlich für Neuanlagen um 5 Prozent zu reduzieren, ist genial. Dieser Anreiz fokussiert auf technologische Innovationen und sorgt effektiv für Kostenreduktion. Wie positiv die deutsche Erfindung EEG im Ausland aufgenommen wird, zeigt ein Blick über die Grenzen: Spanien hat die Idee kopiert und ist erfolgreich. Italien auch, steckt freilich noch im Bürokratie-Dschungel. Neuerdings gibt es sogar in Frankreich und Griechenland ein Energieeinspeisegesetz nach deutschem Vorbild.
bdw: So heiß diskutiert die Photovoltaik auch ist, durch solargerechtes Bauen und energetische Gebäudesanierung kommt man einer umweltverträglichen Energieversorgung rascher und nachhaltiger entgegen.
LUTHER: Wir brauchen beides: Strom und Wärme aus Sonnenenergie. Aber in der Tat: 40 Prozent der gesamten Endenergie wird in Gebäuden zur Erzeugung von Wärme umgesetzt. Wenn man den Wärmebedarf der Gebäudesubstanz in Deutschland auf einen Quadratmeter Nutzfläche umrechnet, kommt man auf rund 20 Liter Heizöl oder 20 Kubikmeter Erdgas pro Jahr. Mit energieeffizientem und solarem Bauen bringt man das leicht auf 1,5 oder 2 Liter runter – bei Gebäudemehrkosten von etwa 10 Prozent. Die dazu nötigen Maßnahmen fangen bei einer guten Wärmedämmung an und hören bei dreifach verglasten, hochabgedichteten Fenstern auf. Hauptziel muss es sein, aus unseren Energieverlust-Fassaden Energiegewinn-Fassaden zu machen. Auch daran arbeiten wir intensiv. Beispielsweise ist ein Fenster ein idealer Sonnenkollektor. Ich muss allerdings dafür sorgen, dass der Lichteintrag genügend groß ist und die im Zimmer aus Licht entstehende Wärme auch im Winter ausreicht, um die Wärmeverluste auszugleichen. Unser Forschungsziel ist es, die gesamte Gebäudehülle als Einheit zu sehen.
bdw: Welchen Heizenergiebedarf haben die heute standardmäßig gebauten Häuser und Wohnungen?
LUTHER: Da liegen wir bei sechs Litern – was in erster Linie den Grund hat, dass die Bauträger sehr stark auf die direkten Kosten schauen und sich bei der Ausstattung ihrer Bauten lediglich an der gängigen Energieeinsparverordnung orientieren.
bdw: Bis die genutzte Bausubstanz energiesparend beheizt wird, vergehen Jahr- zehnte!
LUTHER: Ich gebe Ihnen Recht. Bei Energiesystemen liegen die Zeitkonstanten bei 20 bis 30 Jahren. Deshalb müssen wir schon heute alles dran setzen, uns mit innovativen Techniken in Richtung Energie-Effizienz zu entwickeln. Ich hoffe auch darauf, dass der wirtschaftlich denkende Bürger künftig beim Kauf oder Anmieten von Wohnraum nicht nur auf den Preis oder die Miete schaut, sondern auch auf die Nebenkosten. Es ist wichtig, den maximalen Primärenergieverbrauch – also vor allem von fossilen Rohstoffen – pro Quadratmeter weiter zu begrenzen. Das kann durch eine bessere Wärmedämmung geschehen, aber auch durch den Einsatz von Sonnenkollektoren auf dem Dach.
bdw: Seit Mai 2003 ist der Rohölpreis auf das Dreifache gestiegen – und in der Folge steigt auch der Preis für Erdgas. Hat sich dadurch die öffentliche Akzeptanz von regenerativer Energie verbessert?
LUTHER: Mir liegt derzeit noch keine Statistik vor, wie sich die Situation verändert hat. Ich freue mich allerdings, dass Energie endlich wieder zu einem Megathema geworden ist. Lange Zeit schaffte sie es ja überhaupt nicht mehr in die Schlagzeilen.
bdw: „Geiz ist geil” ist als Werbebotschaft bei den Energieverbrauchern also noch nicht angekommen.
LUTHER: Das Bewusstsein ist gewachsen. Doch ich bezweifele, dass Homo sapiens sapiens das in dem notwendigen Umfang in Handlungen umsetzt – in Richtung Investitionsentscheidungen oder mit dem rechten Fuß auf der Autobahn. Deshalb bleibt uns vermutlich nichts anderes übrig, als weiter an der Preisschraube zu drehen. Ich befürworte, die Energiepreise langsam, aber kontinuierlich weiter hoch zu setzen – etwa durch Steuern. Dies muss natürlich mindestens europaweit geschehen. Über Steuern die Energiepreise zu erhöhen, ist zwar höchst unpopulär, würde aber dem Staat Mittel verschaffen, mit denen er an anderer Stelle Steuern senken könnte. Eines ist sicher: Wenn ein Mensch davon ausgehen muss, dass sich ein Produkt dauerhaft verteuert, reagiert er – und der Markt bietet Platz für Innovationen.
bdw: Seit einem Jahr ist klar, dass die Kernfusion durch das ITER-Projekt weiter vorangetrieben wird – mit erheblichen Mitteln aus Europa. Wäre das Geld besser angelegt, wenn man es in solare Energiesysteme investieren würde?
LUTHER: Die Kernfusion ist eine ernst zu nehmende Energieoption. Ich bin der Meinung, dass es richtig ist, auch diese Option voranzutreiben. Der Chef des ITER-Projekts, Kaname Ikeda, denkt, dass man 2048 das erste professionelle Fusionskraftwerk mit einer Leistung von etwa einem Gigawatt in Betrieb nehmen wird. Die Photovoltaik ist allerdings eine viel realere Option. Hier weiß ich, dass sie funktioniert und dass die Kosten sinken werden. Nach Zukunftsszenarien für nachhaltige globale Energiesysteme beläuft sich die installierte Photovoltaikleistung in der Mitte unseres Jahrhunderts bereits auf mehrere Tausend Gigawatt. Ich bin überzeugt, dass wir dann in Deutschland die Hälfte unseres Energieverbrauchs durch erneuerbare Energien decken können und davon wiederum die Hälfte durch Sonnenenergie.
bdw: Stehen wir also gar nicht vor einem Weltenergieproblem?
LUTHER: Wir haben gravierende Probleme mit unserem heutigen Energiesystem: Der Klimawandel, energiebedingte geopolitische Konflikte und die fehlende Versorgung von einem Drittel der Menschheit mit elektrischer Energie sind nicht zu übersehen. Wir haben aber die Chance, unsere Energieversorgung in Richtung strikter Nachhaltigkeit zu transformieren – wir haben also kein prinzipielles Energieproblem. Energieeffizienz, eine breite Nutzung erneuerbarer Energien, eine weitere Nutzung fossiler Energieträger – eine sichere und fast 100-prozentige Abscheidung des Kohlendioxids vorausgesetzt – und eventuell die Kernfusion können gemeinsam eine nachhaltige und insbesondere sichere, bezahlbare Energieversorgung garantieren.
Das Gespräch führte Wolfgang Hess ■
