Strom aus Photovoltaischen Zellen ist ein schickes Thema und das seit gut zwei Jahrzehnten. Scheinbar ohne große Technik, ohne Bedrohung der Umwelt – still vor sich hin – wandeln elektronische Bauelemente Strahlung in Strom um. Die smarten Generatoren absorbieren Photonen, erzeugen Elektron-Loch-Paare und trennen so negative und positive Ladungsträger. Dadurch entsteht eine Spannung, die in einem äußeren Stromkreis genutzt werden kann. Was Wunder, dass sich diese Technologie (im Jargon: PV) angesichts Tschernobyl, Treibhauseffekt und Territorialkämpfen ums Öl gut vermarkten lässt. Forscher spielen gerne mit. So kam eine Studie der Ludwig-Bölkow-Systemtechnik zum Schluss, dass sich die Kosten einer Kilowattstunde (kWh) Solarstrom binnen fünf Jahren von 3,60 Mark auf 40 bis 80 Pfennig senken ließen. Das war vor 15 Jahren.
Und heute? „Eine in Deutschland erzeugte Kilowattstunde PV-Strom kostet zwischen 50 und 65 Cent”, sagt Gerhard Stryi-Hipp, Geschäftsführer des Bundesverbands Solarindustrie e. V. (BSI). Vorsicht ist also geboten, wenn man sich mit hoffnungsfrohen Entwicklungsszenarien der Solarzellentechnologie beschäftigt. Was also ist von Joachim Luther zu halten, dem Chef des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme in Freiburg? Er präsentiert gerne eine Kostenkurve, die der Photovoltaik große Perspektiven einräumt. Danach wird PV-Strom am sonnenverwöhnten Mittelmeer bereits in wenigen Jahren eine echte Konkurrenz für herkömmlich erzeugten Spitzenlaststrom sein. Spitzenlaststrom ist beispielsweise jener Energiebedarf, der in der sommerlichen Mittagshitze für Klimaanlagen gebraucht wird. Ende des kommenden Jahrzehnts sollen sich die Kosten einer Kilowattstunde PV-Strom so verringert haben, dass dieser selbst in Mitteleuropa in der Spitzenlast wettbewerbsfähig wird. Ist das wieder so eine Rechnung, die sich erst dann als falsch erweist, wenn der Verkünder der guten Botschaft – Luther ist 62 – längst das Amt verlassen hat? Sicher werden wir das erst wissen, wenn Jahre ins Land gegangen sind.
Doch in einem wesentlichen Punkt unterscheidet sich die von Luther präsentierte Perspektive von vielen anderen Szenarien: Sie entstammt nicht dem Wunschdenken eines marktfernen Energietheoretikers, sondern den Kenntnissen des Industriemanagers Winfried Hoffmann. Der promovierte Physiker beschäftigt sich seit 24 Jahren mit verschiedenen Solarzellen-Technologien. Inzwischen ist er Sprecher der Geschäftsführung der RWE SCHOTT Solar GmbH im unterfränkischen Alzenau, eines Unternehmens, das im vergangenen Jahr gegründet wurde. Hoffmann hat das ehrgeizige Ziel, dass seine Firma bis Ende des nächsten Jahres in die ersten Drei der Welt aufrückt: „ Ab 2005 wollen wir jährlich über eine Million Quadratmeter Solarzellen fertigen, die es zusammen auf gut 100 Megawatt (MW) Spitzenleistung bringen.”
Zur Orientierung: Der weltgrößte Solarzellenfertiger Sharp produzierte im vergangenen Jahr 110 MW, der zweite große Japaner Kyocera 70 MW – ebenso BP Solar. Shell Solar, die vierte Größe mit Produktionsstätten in Gelsenkirchen und den USA, brachte es auf knapp 50 MW. Zusammengerechnet wurden im abgelaufenen Jahr weltweit Solarzellen mit einer Maximalleistung von 440 Megawatt hergestellt (Insider sagen dazu MWp, wobei p für peak – Spitze – steht). Theoretisch könnte man damit die 500000 Einwohner von Leipzig mit Strom versorgen. Im sonnenverwöhnten Mittelmeerraum könnten mit dieser Leistung sogar eine Million Menschen ihren Strombedarf decken. Das ist viel und wenig zugleich. Denn in einer Stadt benötigen nicht nur die Einwohner Strom, sondern auch die Wirtschaft und die kommunale Infrastruktur. Desweiteren beherbergt die Welt inzwischen 6400 Millionen Menschen. Zurzeit werden gerade 0,4 Promille des gesamten deutschen Stromverbrauchs aus den blau – und neuerdings immer häufiger grau – schimmernden Zellen gedeckt. Dennoch kann sich ISE-Chef Luther, der in Personalunion Professor für Festkörperphysik an der Universität Freiburg ist, über einen solaren Aufwind freuen: „Seit Jahren liegen die jährlichen Wachstumsraten bei 30 Prozent – welche Branche kann das schon vermelden?”
Sowohl der geringere Marktanteil als auch das reale Wachstum beflügeln alle Solarzellenhersteller. Exakt ermittelte Daten aus den letzten Dekaden belegen laut Luther eindeutig: „Immer wenn sich die Summe aller bisher weltweit produzierten Solarzellen – gemessen in Megawatt – verdoppelt hatte, waren die Kosten gegenüber der Ausgangslage um etwa 20 Prozent gefallen.” Insider nennen diese Degression eine „Preiserfahrungskurve”. Liegen genügend statistisch untermauerte Positionsbestimmungen vor, lassen sich mit hoher Wahrscheinlichkeit auch die Kosten für die Zukunft vorhersagen. Konkret hieße dies: Wächst die Produktion in den kommenden Jahren weiter wie in jüngster Zeit, gehen die Preise pro Solarzelle im Jahr um etwa fünf Prozent zurück. Ein schlüsselfertig installiertes PV-System kostet pro Watt heute rund sechs Euro, 2010 sollten die Kosten demnach auf unter vier Euro gefallen sein.
Nicht nur Prof. Luther, auch der Vorstand der mächtigen RWE vertraut Hoffmanns Chart und tut damit kund, dass sich die Wettbewerbsfähigkeit bei Photovoltaik positiv entwickelt. Das sehen auch die Energie-Multis BP und Shell so. Phillipe de Renzy-Martin, Executive Vice-President von Shell Solar, präsentiert sich im Internet mit den markigen Worten: „Shell Solar will an führender Stelle eine nachhaltige Energiezukunft schaffen, und wir werden das in weltweitem Rahmen und wirtschaftlich erfolgreich tun.” Völlig umgekrempelt wird der Weltstrommarkt damit freilich noch lange nicht. In einem Planspiel, das Joachim Luther gemeinsam mit Carsten Agert, einem Mitarbeiter seines Instituts, vorgestellt hat, deckt Solarstrom frühestens ab 2040 ein Zwanzigstel des Weltenergiebedarfs. Gegen Ende des 21. Jahrhunderts könnte nach diesem Planspiel die Hälfte des gesamten Weltenergiebedarfs durch Solarstrom gedeckt sein. Hoffmann meint, dass es dazu auch erst Mitte des 22. Jahrhundert kommen könnte.
Wie sich die ferne Zukunft auch immer entwickeln mag, bei der näheren sind sich die Experten einig: Selbst engagierte Wachstumsanhänger des Solarzellengeschäfts glauben nicht daran, dass PV-Strom in den kommenden zwei bis drei Jahrzehnten eine wichtige Rolle bei der Befriedigung des Weltenergiebedarfs spielen wird. „Ich kann nicht in wenigen Dekaden die gesamte Weltenergiewirtschaft umwandeln”, sagt Hoffmann und korrigiert damit die Auffassung so mancher Solar-Apostel. Und auch in Deutschland wird sich – trotz viel guten Willens – an der bescheidenen Rolle der Photovoltaik vorerst nichts ändern: Wenn die installierte Leistung jährlich um 25 Prozent wächst, schaffen wir im Jahr 2010 gerade 0,5 Prozent Anteil am Gesamtstromaufkommen. Selbst bei einen 50-prozentigen Jahreswachstum erreichen wir bis dahin nicht mehr als ein Prozent, besagt ein aktuelles Chart des Bundesverbands Solarindustrie.
„Das Treibhausproblem werden wir in den nächsten Jahrzehnten durch Photovoltaik nicht in den Griff bekommen”, urteilt Hoffmann und rückt noch einem anderen Vorurteil zu Leibe: „Es ist falsch anzunehmen, dass amorphe Siliziumzellen oder Solarzellen mit einem anderen Basismaterial höher entwickelte Generationen seien als kristalline Siliziumzellen.” Neue Zellentypen treten zunächst kaum in Konkurrenz zu althergebrachten, sondern müssen sich eigene Anwendungsfelder suchen. Andere Materialien wie Kupfer-Indium-Gallium- Diselenid (CIS-Zellen), Kadmium-Tellurid, Gallium-Arsenid, Farbstoff- oder organische Solarzellen haben „ ein Potenzial nicht exakt bestimmbarer Größe, weil sich die spannende Frage, ob man die Kosten runter kriegt, immer erst entscheidet, wenn die Fabriken stehen”, sagt Luther.
Die Photovoltaik wird beherrscht vom kristallinen Silizium, das einen Marktanteil von über 90 Prozent hat. Für kristalline Siliziumzellen sprechen eine Hand voll Argumente:
• Zellen aus Silizium kennen kein Rohstoffproblem: Silizium ist Hauptbestandtteil von Sand und Sandstein.
• Da Elektronikchips aus dem gleichen Rohstoff bestehen, profitieren die Hersteller von Silizium-Solarzellen von der stürmischen technologischen Entwicklung dort.
• Der elektrische Wirkungsgrad von Solarzellen aus kristallinem Silizium trotzt Wind und Wetter über Jahre hinweg und liegt konstant bei 14 bis 15 Prozent.
• Die Produktionstechnik ist so weit entwickelt, dass die Umwelt dadurch praktisch nicht mehr belastet wird.
Hoffmann beschäftigt sich seit 1986 nur noch mit der Fertigung von Siliziumzellen. Ein kluger Schachzug sicherte seinem Arbeitgeber 1994 eine Technologie „die uns heute eine 600-Mann-Produktion in Deutschland erlaubt”. Für 400 Millionen Dollar wurde die amerikanische Mobil-Solar gekauft und mit ihr eine revolutionäre Herstellungstechnik. Knackpunkt dieses Verfahrens ist die Abkehr von der konventionellen Wafertechnologie, auf die alle anderen setzen: Konventionell wird Reinstsilizium in Rohlingen hergestellt, aus denen dann die Wafer mühsam und unter 60-prozentigem Materialverlust herausgesägt werden. Die Alzenauer dagegen konnten den Abfall auf 30 Prozent reduzieren, weil sie die Solarzellen anders herstellen: Sie kochen Siliziumgranulat auf und lassen den Rohstoff über feine Kapillaren auskristallisieren. Die geometrische Anordnung ist dabei so gewählt, dass das Silizium mit der Wandstärke und der Breite gängiger Solarzellen auskristallisiert. Pro Minute wächst eine achteckige Säule um zwei Zentimeter. Ist das Oktogon sechs Meter lang, zerlegt es ein Laser in insgesamt 500 quadratische Wafer, die sich sofort weiterverarbeiten lassen.
Anders als beim weltführenden PV-Hersteller Sharp, der lediglich die Zellen selbst fertigt, werden in Alzenau sowohl die Wafer selbst produziert als auch die Module integriert – mit beachtlicher Wertschöpfung. Unter Mitwirkung des Betriebsrates einigte man sich, dass die Solarzellenproduktion im Vierschicht-Betrieb über alle Tage der Woche hinweg und an mehr als 360 Tagen im Jahr aufrechterhalten werden kann. Durch den ausgeklügelten Produktionsablauf werden selbst nach dem Endausbau nicht mehr als 400 Mitarbeiter gebraucht, um in vier Produktionslinien Solarzellen mit einer Leistungskraft von insgesamt 100 Megawatt herzustellen. Im vorläufigen Endausbau (ab 2005) soll das Werk einen Umsatz von einer Drittel Milliarde Euro machen – mit einem Personalkostenanteil von unter zehn Prozent. „ Dieser geringe Anteil macht uns trotz der hohen deutschen Löhne und Sozialkosten auf dem Weltmarkt konkurrenzfähig”, sagt Hoffmann. Bei diesen Vorgaben entwickelt der Standort Deutschland dann sogar beachtliche Qualitäten. „Wenn wir produktionstechnische Störungen beheben müssen oder Verbesserungen umsetzen wollen, profitieren wir hier mehr als anderswo in der Welt von gut ausgebildeten und flexiblen Fachkräften.”
Dass Hoffmann Geschäftsführer der ehrgeizigen „SmartSolarFab” in Alzenau geworden ist, verdankt er nicht nur seinem Engagement, sondern indirekt auch der rot-grünen Bundesregierung. Sie hat 1999 das „Erneuerbare-Energien-Gesetz” – besser bekannt unter dem Kürzel: EEG – ins Leben gerufen, das der Photovoltaik in Deutschland endgültig Breitenwirkung verschaffte (siehe Kasten „ Schub für Regenerative Energien” auf Seite 62). Durch Vergütungsanreize soll die Photovoltaik produktionstechnisch so vorangetrieben werden, dass sie über den Lernkurven-Effekt in wenigen Jahrzehnten auch ohne Unterstützung konkurrenzfähig ist. Nicht nur Rot-Grün ist von dieser Markteinführungsstategie überzeugt. Auch der bayerische Ministerpräsident Edmund Stoiber, in dessen Territorium das neue Werk von RWE SCHOTT Solar in Alzenau liegt, erklärte bei der Einweihung im letzten August, dass er von der segensreichen Wirkung des eingeschlagenen Vergütungsweges überzeugt sei.
Alle, die sich bis Ende 2003 eine Photovoltaik-Anlage genehmigen lassen, nutznießen noch von einer zweiten Vergünstigung: Im Rahmen des 100000-Dächer-Programms, das die Installation von insgesamt 300 MW fördert, vergibt die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) bis 2003 zinsgünstige Darlehen (Zinssatz: 1,9 Prozent) für die Investition. Beide Maßnahmen zusammengenommen haben zu einem bemerkenswerten Ergebnis geführt: 2001 und 2002 wurden in Deutschland jeweils rund 80 MW ans Netz angeschlossen. In diesem Jahr werden es sogar 95 MW sein – mehr als der gesamte Weltmarkt von 1996. Dennoch: „ Niemand verdient durch die Installation einer PV-Anlage Geld”, weiß Gerhard Stryi-Hipp. Er plädiert dafür, dass der Bund auch im kommenden Jahr, wenn das 100000-Dächer-Programm ausgelaufen ist, Anreize schaffen muss. „Wir brauchen einen langen Atem”, meint Stryi-Hipp. Und: „Wir sind zum Wachstum verdammt.”
Eine Perspektive für weiteres Wachstum bietet der Neubau von Häusern jedweder Art. Japaner machen das vor: Obwohl die öffentliche Förderung der Photovoltaik in Japan geringer ausfällt als bei uns, boomt deren Integration dort stärker als in Deutschland. Wesentlicher Grund dafür ist für Stryi-Hipp, dass die dortige Bauwirtschaft mit den Einbaumöglichkeiten solarer Zellen intelligenter umgeht. „Photovoltaische Anwendungen sind dort viel stärker als bei uns bereits in die Hülle von Neubauten integriert. Dadurch senken die Japaner ihre Kosten.”
Bei diesem Thema voll in seinem Element ist auch Joachim Luther, der Freiburger Fraunhofer-Forscher: „Wir brauchen in Deutschland mehr Architekten, die sich mit solarem und energieoptimiertem Bauen beschäftigen.” Er würde am liebsten gleich einen Energietechniker mit an den Tisch setzen, wenn ein Architekt anfängt, sich Gedanken über ein Bauvorhaben zu machen. Dabei geht es natürlich nicht nur um Strom, sondern auch darum, wie die Sonneneinstrahlung genutzt werden sollte, um möglichst wenig Wärmeenergie zukaufen zu müssen. Welche Chancen sich da bieten, zeigt die Verglasung der RWE SCHOTT Solar in Alzenau. Die angenehm aufgelockerte Fabrikhalle besticht durch große Fensterfassaden in Richtung Süden. Obwohl keine Rollos die Sicht versperren, bleibt Außenstehenden verborgen, was sich in der Produktionshalle abspielt. Die Werker drinnen sehen dagegen genau, was sich vor ihrem Betrieb tut – leicht abgeschattet durch regelmäßig angeordnete, nur wenige Quadratzentimeter kleine Grauflächen in den Fenstern. Auf dem Fensterglas ist eine dünne Schicht aus amorphem Silizium aufgebracht, aus dem ein Laser Maschen herausgefurcht hat. Dadurch ist die Fassade teildurchsichtig und produziert gleichzeitig Strom. „Die 540 Quadratmeter große Fensterfassade leistet 18 Kilowatt und produziert übers Jahr 10000 Kilowattstunden Strom – genug, um zwei Vier-Personen-Haushalte zu versorgen.” Man kann nachempfinden, dass Winfried Hoffmann diesen Satz voller Stolz von sich gibt.
KOMPAKT
• Die weltweite Jahresproduktion der Solarzellenhersteller reicht in diesem Jahr an die 500 Megawatt heran.
• Mit mehr als 90 Prozent Marktanteil beherrschen Solarzellen aus kristallinem Silizium die Photovoltaik.
• Ende des kommenden Jahrzehnts soll photovoltaisch erzeugter Strom selbst in Mitteleuropa konventionelle Spitzenlastkraftwerke verdrängen.
Wolfgang Hess
