Gespräch mit Prof. Dr. Eike Weber
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Einführung und Hintergrund
Im Energiegespräch mit Prof. Dr. Eduard Heindl spricht Prof. Dr. Eike Weber, eine Koryphäe in der Siliziumforschung und ehemaliger Leiter des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) in Freiburg, über die Bedeutung von Silizium in der Photovoltaik und Mikroelektronik. Weber, der 23 Jahre an der University of California, Berkeley, forschte und von 2006 bis 2016 das ISE leitete, teilt seine Einblicke in die Entwicklung der Solartechnologie und die Herausforderungen der Energiewende. Das Gespräch beleuchtet die einzigartigen Eigenschaften von Silizium, die Kostenentwicklung der Solarenergie und die Zukunft der Energiespeicherung.
Silizium: Das Wundermaterial
Silizium ist das Rückgrat der Photovoltaik und Mikroelektronik, da es ein Halbleiter mit idealen elektronischen Eigenschaften ist. Weber erklärt, dass Silizium durch Licht Ladungsträger erzeugt, die zur Stromproduktion genutzt werden können. Im Vergleich zu anderen Materialien wie Cadmiumtellurid oder Galliumarsenid hat sich Silizium aufgrund seiner Stabilität, Häufigkeit und Kosteneffizienz durchgesetzt. Trotz eines theoretischen Wirkungsgradlimits von etwa 30 %, vergleichbar mit Verbrennungsmotoren, bleibt Silizium die beste Wahl für kostengünstige Solarstromproduktion auf der Erde. Tandemstrukturen, die verschiedene Halbleitermaterialien kombinieren, erreichen zwar höhere Effizienzen (bis zu 47,6 %), sind jedoch vor allem für Weltraumanwendungen relevant.
Kostenentwicklung der Photovoltaik
Die Kosten für Solarstrom sind in den letzten Jahrzehnten drastisch gesunken. Weber erinnert an die Zeit um 2000, als Solarstrom noch 50 Cent pro Kilowattstunde kostete, während der Haushaltsstrompreis unter 20 Cent lag. Heute ist in sonnenreichen Regionen ein Preis von einem Cent pro Kilowattstunde möglich, was Solarenergie zur günstigsten Stromquelle macht. Diese Entwicklung wurde maßgeblich durch China vorangetrieben, das mit Kreditgarantien in Höhe von 50 Milliarden Dollar die Solarindustrie aufbaute. In Europa fehlte hingegen die Unterstützung für eine eigene Produktion, was dazu führte, dass viele Maschinen aus Deutschland nach China exportiert wurden.
Herausforderungen und Innovationen
Ein Problem der Silizium-Photovoltaik ist der hohe Materialverlust beim Sägen von Wafern. Weber hebt die innovative Technologie der Firma NexWafe hervor, die Dünnschicht-Wafer auf porösen Siliziumträgern abscheidet, wodurch der Materialverbrauch halbiert wird. Diese Methode könnte die Produktionskosten weiter senken und die Abhängigkeit von Polysilizium reduzieren. Zudem wird die Kontaktierung mit Silber minimiert, um Kosten zu sparen, während Kupfer durch Diffusionsbarrieren kontrolliert wird, um Verunreinigungen zu verhindern. Bifaziale Module, die Licht von beiden Seiten nutzen, erhöhen die Effizienz zusätzlich.
Wasserstoff und Energiespeicherung
Weber betont, dass die Speicherung von überschüssigem Solarstrom ein Schlüssel zur Energiewende ist. Wasserstoffproduktion durch Elektrolyse ist eine bewährte Technologie, die jedoch noch kostengünstiger werden muss. Er schlägt vor, kleinere Elektrolyseure mit Batteriespeichern zu kombinieren, um Schwankungen der Solarenergie auszugleichen. Second-Life-Batterien aus Elektroautos könnten zudem kostengünstige Speicherlösungen bieten. In Deutschland könnten überschüssige 5–6 Terawattstunden Strom jährlich in Wasserstoff umgewandelt werden, anstatt abgeschaltet zu werden, was ein ökonomisches Modell mit Wasserstoffpreisen von etwa 5 Euro pro Kilogramm ermöglicht.
Zukunft der Energiewende
Weber sieht die Kombination von Sonne und Wind als Vorteil für Deutschland, da sie die Einspeisung erneuerbarer Energien auf bis zu 4000 Stunden pro Jahr erhöht. Dezentraler Ausbau, etwa auf Hausdächern, und große PV-Anlagen für die Industrie ergänzen sich. Er kritisiert die frühere Bremsung des PV-Ausbaus durch politische Entscheidungen, etwa unter Minister Altmaier, und plädiert für eine stärkere heimische Solarindustrie, um Abhängigkeiten zu vermeiden. Kernenergie hält er für riskant und ungeeignet, während die Fusionstechnologie trotz spannender Forschung keine kostengünstige Lösung für die Stromerzeugung bieten wird.
Sie finden alle Videos unter https://energiespeicher.blogspot.com/p/energiegesprache-mit-eduard-heindl.html
Wichtige Stichworte: Silizium, Photovoltaik, Energiewende, Wasserstoff, Kostenentwicklung
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