Optische Innovationen für Solarmodule – Was bringt den Ausbau am meisten voran?
Symbolbild mit Microsoft Copilot.
Im Jahr 2023 erzeugten Photovoltaikanlagen weltweit mehr als 5% der elektrischen Energie und die installierte Leistung verdoppelt sich alle zwei bis drei Jahre. Optische Technologien können die Effizienz von Solarmodulen weiter steigern und neue Einsatzbereiche erschließen, etwa in Form von ästhetisch ansprechenden, farbigen Solarmodulen für Fassaden. Nun geben 27 Fachleute einen umfassenden Überblick über den Stand der Forschung und eine Einschätzung, welche Innovationen besonders zielführend sind. Der Bericht, der auch für Entscheidungsträger*innen in der Forschungsförderung interessant ist, wurde von Prof. Christiane Becker und Dr. Klaus Jäger aus dem HZB koordiniert.
Photovoltaik (PV) ist inzwischen eine der preisgünstigsten Technologien, um Strom zu produzieren. Photovoltaikanlagen erreichten im November 2024 weltweit eine installierte Kapazität von zwei Terawatt und die Wachstumsraten und Kostensenkungen sind noch immer enorm.
Gesammelte Expertise aus neun Ländern
„Wir haben auf einer Fachtagung intensiv diskutiert, wie die Optik-Gemeinschaft zum weiteren Wachstum der Photovoltaik beitragen kann“, sagt Prof. Christiane Becker, die am HZB die Abteilung Solarenergieoptik leitet. Im Anschluss haben Christiane Becker und ihr Kollege Dr. Klaus Jäger internationale Fachleute dazu eingeladen, gemeinsam einen umfassenden Überblick über PV-Technologien und optische Innovationen zu verfassen. Insgesamt haben sich 27 bekannte Expert*innen aus 22 Forschungseinrichtungen in neun Ländern an diesem Überblick beteiligt.
Innovationen mit Praxispotenzial
Der Beitrag beginnt mit einem Überblick über den aktuellen Stand der Photovoltaik im Terawatt-Maßstab. Daraus leiten die Fachleute die Themen ab, zu denen die Optik-Community beitragen kann, um eine großtechnische Nutzung zu ermöglichen. „Wir haben auch einige optische Konzepte identifiziert, die aktuell erst an der Schwelle der Wirtschaftlichkeit stehen, aber sehr gute Aussichten haben, die PV-Technologie weiter voranzutreiben“, sagt Christiane Becker. Dazu zählen optische Innovationen im Bereich von Mehrfachsolarzellen, die höchste Wirkungsgrade aufweisen und somit großes Potenzial haben, den Strompreis weiter zu senken.
Ökologische Aspekte
Aber auch verbesserte Herstellungsverfahren unter der Berücksichtigung ökologischer Aspekte und die Minimierung des Verbrauchs von kritischen Rohstoffen werden erörtert. Ein weiteres Kapitel ist farbigen Solarmodulen gewidmet. „Gerade in Städten müssen wir auch Fassaden und andere Flächen zur Energiegewinnung nutzen, und da spielt es schon eine Rolle, wie das aussieht. Solche innovativen Solarmodule ermöglichen eine anspruchsvolle ästhetische Gestaltung“, sagt Becker.
Christiane Becker und Klaus Jäger sind überzeugt, dass dieser Überblicksbeitrag auch als Entscheidungshilfe für die Forschungsförderung nützlich sein kann.
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- Durchbruch: Erster Elektronenstrahl im SEALab bringt Beschleunigerphysik voranWeltweit zum ersten Mal hat das SEALab-Team am HZB in einem supraleitenden Hochfrequenzbeschleuniger (SRF Photoinjektor) einen Elektronenstrahl aus einer Multi-Alkali-Photokathode (Na-K-Sb) erzeugt und auf relativistische Energien beschleunigt. Dies ist ein echter Durchbruch und eröffnet neue Optionen für die Beschleunigerphysik.
- Katalyseforschung mit dem Röntgenmikroskop an BESSY IIAnders als in der Schule gelernt, verändern sich manche Katalysatoren doch während der Reaktion: So zum Beispiel können bestimmte Elektrokatalysatoren ihre Struktur und Zusammensetzung während der Reaktion verändern, wenn ein elektrisches Feld anliegt. An der Berliner Röntgenquelle BESSY II gibt es mit dem Röntgenmikroskop TXM ein weltweit einzigartiges Instrument, um solche Veränderungen im Detail zu untersuchen. Die Ergebnisse helfen bei der Entwicklung von innovativen Katalysatoren für die unterschiedlichsten Anwendungen. Ein Beispiel wurde neulich in Nature Materials publiziert. Dabei ging es um die Synthese von Ammoniak aus Abfallnitraten.