Photovoltaik – Gegenwart und Zukunft

Photovoltaik – Gegenwart und Zukunft

Als Energiegruppe haben wir nicht nur die grundsätzliche Umsetzung und Realisierung von Photovoltaikanlagen auf verschiedenen Objekten geprüft, wir mussten uns auch mit den aktuellen technischen Gegebenheiten und möglichen Zukunftsaussichten auseinandersetzen. Im Zentrum standen Fragen wie: welche Technik wird aktuell verwendet? Ist diese ausreichend und genügend für unsere Zwecke? Wie lässt sich diese zukünftig ersetzen, kombinieren oder erweitern? Hier daher ein kleiner Überblick unserer Ergebnisse.

Siliciumzellen – Technik der Gegenwart

Siliciumzelle

Am meisten verbreitet sind heutzutage aus Siliciumzellen gefertigte Photovoltaik-Module. Diese weisen, je nach Herstellungsweise und Materialdicke, einen hohen Wirkungsgrad von rund 20 % auf und sind auch im Betrieb sehr langlebig und stabil.
Ein Vorteil der Silicumzellen ist die hohe Verfügbarkeit des Materials. Es ist das zweithäufigste chemische Element nach Sauerstoff und somit „ausreichend“ verfügbar. Jedoch ist auch Silicium endlich und muss aufwendig, unter hoher Energiezugabe verarbeitet werden. Noch schwieriger wird es, wenn die Verfügbarkeit der für die Produktion benötigten Verbundstoffe wie Gallium, Indium und Tellur betrachtet wird. Gallium beispielsweise ist ein sehr seltenes Element, das meist nur sehr unökonomisch gewonnen werden kann. Bereits 2030 könne die Nachfrage das Vierfache der heutigen Produktion betragen. Bei Indium und Tellur sieht es ähnlich aus. Die Reserven bei Indium werden auf rund 15 – 25 Jahre geschätzt, bei Tellur immerhin auf 70 Jahre.

Wie man anhand des Status quo sieht, besteht zwingend die Notwendigkeit der Forschung, Weiterentwicklung und Suche nach Alternativen für Photovoltaikanlagen.

Perowskit-Kristalle

Perovskite_-_Perovskite_Hill,_Magnet_Cove,_Hot_Spring_Co,_Arkansas,_USA

Eine Alternative stellen hierbei die sogenannten Perowskit-Kristalle dar. Diese können aus alltäglichen chemischen Stoffen erzeugt werden und haben somit einen Vorteil gegenüber klassischen Siliciumzellen. Die benötigten Stoffe sind in großen Mengen verfügbar und können daher, auch im Hinblick auf die Herstellungsmethoden, deutlich kostengünstiger bereitgestellt werden. In besonders kurzer Zeit konnte der Wirkungsgrad dieser neuen Technologie bereits auf ca. 18 % verfünffacht werden, mit weiterer Luft nach oben.
Ein weiterer Vorteil ist die extreme dünne Herstellungsweise. Dadurch können nicht nur massive Standardmodule hergestellt werden, sondern auch dünne und transparente Zellen, was den Handlungsspielraum und das Anwendungsgebiet flexibel erweitert. Ferner lässt es sich auch mit Silicium kombinieren, da es andere Wellenlängenbereiche des Lichts benutzt. Somit kann eine weitere Erhöhung des Wirkungsgrades erreicht werden.

Organische Solarzellen

10-pi-17-de-Organisches Solarzellenmodul

Im Gegensatz zu anorganischen Standardmodulen, basieren organische Solarzellen (wie der Name schon preisgibt) auf organischem Material, also Kohlenwasserstoffverbindungen. Aktuell haben diese noch den großen Nachteil eines recht geringen Wirkungsgrades von rund 12 %. Nichtdestotrotz handelt es sich hierbei um ein interessantes Forschungsgebiet, das von verschiedenen europäischen Forschungseinrichtungen vorangetrieben und von der EU aktiv gefördert wird (FabriGen – Fabric structures for solar power generation).
Auch diese Technologie hat den Vorteil von niedrigeren Produktions- und Materialkosten. Ähnlich zu Perowskit-Kristalle sind auch organische Solarzellen vielfältig einsetzbar, da sie biegbar und transparent sind.

Farbstoffsolarzelle

farbstoffsolarzelle

Die elektrochemische Farbstoffsolarzelle benutzt im Gegensatz zu klassischen Siliciumzellen keine sogenannten Halbleitermaterialien, sondern organische Farbstoffe wie z.B. Chlorophyll, welches auch von Pflanzen bei der Photosynthese benutzt wird.
Für diesen Typ Zellen sprechen einerseits erneut die niedrigen Herstellungskosten als auch eine geringere Umweltbelastung. Diese Technologie leidet jedoch ebenfalls unter einem geringen Wirkungsgrad. Können im Labor knappe 12 % realisiert werden, erreichen kommerzielle Module „nur“ kappe 8,6 %. Jedoch ist laut Forschern eine Steigerung des Wirkungsgrades auf rund 31 % denkbar. Ferner sind die Farbstoffsolarzellen besonders bei diffusem Licht im Vorteil, was ihr Anwendungsgebiet breit gestaltet. Durch die Transparenz der Module können sie auch in Glasfassaden, stromproduzierenden Fenstern oder in einer stromsparenden Hauswand eingesetzt werden.

Wie man sieht, ist die aktuelle, technische Entwicklung im Bereich der Photovoltaik äußerst spannend und dynamisch. Die aufgezeigten Technologien versprechen in Zukunft eine äußerst flexible als auch integrierte Nutzung von Solarmodulen in verschiedenen Formen, Farben wie auch in bis dato unbekannten Einsatzgebieten, die alte Probleme (z.B. Denkmalschutz, Statik des Daches, Verschattung etc.) auf sehr elegante Weise lösen. Wir dürfen also gespannt sein, wie die Entwicklung weitergeht und auf welche Weise auch Utopiastadt durch neue Lösungen profitieren kann.

Quellen:

http://www.spektrum.de/news/die-rohstoffkrisen-der-zukunft/1067430

http://www.sueddeutsche.de/wissen/perowskit-kristalle-die-solar-alternative-1.2086900-2

http://www.heise.de/tr/artikel/31-Prozent-Wirkungsgrad-sind-mit-intensiver-Forschung-drin-1027456.html

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