Modulproduktion in Europa – ein Interview mit Andreas Bett, Fraunhofer ISE

Dr. Andreas Bett führt seit Juli 2017 gemeinsam mit Prof. Dr. Hans-Martin Henning das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg. (Foto: Fraunhofer ISE)
Dr. Andreas Bett führt seit Juli 2017 gemeinsam mit Prof. Dr. Hans-Martin Henning das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg. (Foto: Fraunhofer ISE)
29.03.2018

Andreas Bett setzt sich dafür ein, dass die Produktion von PV-Modulen auch in Europa eine Zukunft hat. Im Gespräch mit SW&W erläutert der Leiter des Fraunhofer ISE, was die Forschung dazu beitragen kann.

SW&W: Herr Bett, das einzige, was in der Photovoltaik noch von Interesse zu sein scheint, sind die Kosten. Ist das nicht zu einseitig?

Andreas Bett: Kosten sind sehr wichtig und bei der Photovoltaik inzwischen auch sehr niedrig. Damit sollte nun mehr in den Fokus rücken, auf welche Art und Weise die Module hergestellt wurden. Damit meine ich, dass wir auf die Ressourceneffizienz, auf Recycling und ganz allgemein auf die Nachhaltigkeit im gesamten Lebenszyklus achten sollten. Dabei spielen Qualität und Langlebigkeit der Module eine wichtige Rolle, ebenso die Frage, wieviel Material und Produktionsmittel gebraucht werden.

SW&W: Kann man nicht endlich auf das verlustreiche Zersägen der Siliziumblöcke verzichten?

Bett: Ja. Es ist an der Zeit und wird außerdem die Kosten nochmals deutlich senken, wenn wir jetzt den Sprung zur Kerfless Wafer Technologie machen. Außerdem braucht man eigentlich keinen Rahmen und keine Einkapselungsfolie, wie das TPedge-Modul beweist, das wir entwickelt haben. Qualität und Ökologie sollten auch als Maßgabe in Ausschreibungen von Solarparks von Bedeutung sein, sodass nicht nur die Kosten das einzige Vergabekriterium sind. Die ökologischen Ansprüche dürfen natürlich nicht die Kosten in die Höhe treiben, aber ich denke, dass wir nun an einem Punkt angekommen sind, uns stärker auf diese Aspekte zu fokussieren und dadurch auch heimische Produkte wieder nach vorn bringen können.

SW&W: In Deutschland werden immer weniger Zellen und Module hergestellt. Ist dieser Abwärtstrend noch zu stoppen?

Bett: Es macht uns große Sorgen, dass die in Deutschland produzierende Industrie, vor allem die Zellherstellung, weniger die Modulherstellung, massiv zurückgegangen ist. Denn wir möchten die gesamte Wertschöpfungskette in Europa haben. Es ist ein Lichtblick, dass die Materiallieferanten nach wie vor eine starke Industrie darstellen. Beispielsweise ist Wacker ein großer Hersteller von Silizium. Diese Unternehmen erzeugen Wertschöpfung hier in Deutschland, ebenso die Maschinenbauer. Auf dieser Seite sieht es tatsächlich gar nicht so schlecht aus.

SW&W: Wie kann die Forschung der Industrie jetzt noch helfen? Vielleicht beim Einstieg in eine neue Technologie?

Bett: Wir unterstützen die Industrie überall dort, wo wir direkt angefragt werden. Ich bin sehr zuversichtlich, dass der Wirkungsgrad nach wie vor eine große Rolle spielt, und deshalb kommt es jetzt darauf an, die nächste Technologiestufe zu zünden. Aktuell wird die PERC-Solarzelle mit höherem Wirkungsgradpotenzial in die industrielle Serienproduktion übergeführt. Vor allem bei kommenden Investitionen der Industrie wird sich diese Technologie durchsetzen. Aber es geht natürlich immer weiter. Danach kann die TOPCon-Solarzelle kommen, die wir in unseren Laboren entwickelt und mit der wir den Rekordwert von 25,7 % für eine beidseitig kontaktierte monokristalline Solarzelle erzielt haben. Jetzt kommt es darauf an zu zeigen, dass wir diese Technologie auch auf großen Flächen beherrschen und nicht nur auf der 4 cm2 großen Fläche einer Laborzelle. Wir haben kürzlich 100 cm2 große Solarzellen hergestellt mit 24,5 % Wirkungsgrad. Aber es ist noch ein weiter Weg zum industriellen Standard und zur industriellen Fertigung.

SW&W: Aber wenn die Forschung der Industrie hilft, ein Modul mit höherem Wirkungsgrad auf den Markt zu bringen, dann hat das doch auch nur dann Sinn, wenn die erzeugte Kilowattstunde unter dem Strich billiger ist. Das erinnert an ein Hase-und-Igel-Spiel. Wenn die Europäer es geschafft haben, die Kosten durch höheren Wirkungsgrad zu senken, dann kommen die Chinesen schon wieder mit noch billigeren Modulen um die Ecke. Kann man diesen Wettlauf überhaupt gewinnen?

Bett: Auf lange Sicht wird es wichtig sein, auch stärker die Ressourcen in den Fokus zu nehmen. Dann werden Wirkungsgrad und Langlebigkeit noch wichtigere Kriterien sein. Aber klar ist, wenn die chinesischen Hersteller ihre Investitionskosten nicht zurückzahlen müssen, dann ist der Wettbewerb verzerrt. Dagegen kann die Forschung nichts tun. Wir brauchen faire Rahmenbedingungen. Dann kann die deutsche Industrie durchaus mit der chinesischen Industrie mithalten. Wenn wir in Deutschland und Europa einen Heimatmarkt entwickeln, dann wird es auch wieder attraktiv sein, hier zu produzieren. Denn je billiger die Module werden, desto größer wird der Kostenanteil der Logistik. Dann haben wir auch eine Chance, Module mit höherer Qualität zu wettbewerbsfähigen Preisen auf den Markt zu bringen. Aber für die Stärkung des Heimatsmarktes fehlt zurzeit die politische Unterstützung.

SW&W: Die Kostensenkung wird einerseits bewirkt durch eine kostengünstige Steigerung des Wirkungsgrades, andererseits durch die Erhöhung der Produktionskapazität, sodass die Skaleneffekte wirksam werden. Kann man beide Effekte überhaupt noch voneinander trennen?

Bett: Nein, das ist nicht möglich. Der Wirkungsgrad ist plakativer und dessen Verbesserung ist einfach zu vermitteln, aber für die Kostensenkung entscheidend sind letztlich auch die Ausbeute und die Produktionskapazität. Wir haben deshalb hier im Institut einen großen Bereich, der sich mit Produktionstechnologie beschäftigt, also mit der Optimierung von Durchsatzprozessen auf den Anlagen, um die Ausbeute zu erhöhen. Aber auch der Materialeinsatz spielt eine Rolle. Als wir hier im Institut mit der PV-Forschung anfingen, waren die Wafer noch 300 µm dick. Heute sind 180 µm Standard, und die ersten Wafer sind nur noch 160 µm dick. Die Zukunft wird auch hier einen weiteren Fortschritt bringen. Das stellt erhöhte Anforderungen an die Produktionstechnologie, damit die hauchdünnen Wafer nicht durchbrechen und die Kanten beim Anstoßen nicht beschädigt werden.

SW&W: Was ist aus der Idee einer europäischen Gigawatt-Fabrik geworden?

Bett: Die Idee lebt nach wie vor, und wir unterstützen diese Initiative. Wir stehen voll hinter dem Konzept, weil wir der festen Überzeugung sind, dass wir in Europa eine PV-Produktion brauchen. Die Kapazität muss deutlich größer als 1 GW sein, deswegen sprechen wir von der X-Gigawatt-Fabrik. Wir sind fest davon überzeugt, dass man in Deutschland und Europa PV-Module zu wettbewerbsfähigen Preisen produzieren kann. Aber es muss natürlich einen Heimatmarkt geben, der groß genug ist, um einen relevanten Teil der hier produzierten Module aufzunehmen. Für Investoren ist es attraktiver, in einer Region zu produzieren, in der eine große Nachfrage besteht. Wir müssen europaweit denken, und deshalb haben wir die Idee ins Spiel gebracht, den Standort Fessenheim ins Auge zu fassen. Wenn dort, nur wenige Kilometer von Freiburg entfernt, das uralte französische Kernkraftwerk endlich abgeschaltet sein wird, dann bietet es sich an, dort eine große PV-Fabrik zu errichten. Dazu ist auch politische Unterstützung notwendig. Denn es wird schwer sein, einen Investor zu finden. Die Margen sind in der Photovoltaik sehr klein, auch für die Chinesen. Deshalb muss gesichert sein, dass nach Errichtung der Fabrik die Abnahme der Module zu vernünftigen Preisen auf dem Heimatmarkt möglich ist. Man müsste in die Ausschreibung Kriterien hineinschreiben, die diese Produktion am Ende auch erfüllen kann. Dann könnte man einen privaten Investor finden, der bereit ist, das Risiko zu tragen.

SW&W: Was halten Sie von den Ausschreibungen? Die ersten Auktionen haben ja gezeigt, dass der Preis noch schneller fällt als erwartet. Die Bundesregierung ist damit zufrieden, aber in der Branche scheint der Zweifel zu wachsen. Nicht viele glauben daran, dass man mit diesen extrem niedrigen Preisen auskommen kann.

Bett: Ich glaube, dass der Solarstrom tatsächlich so billig geworden ist. Wir können auf das Ergebnis stolz sein. PV-Strom ist auch in Deutschland der günstigste Strom, wenn man die geeigneten Bedingungen zur Verfügung hat. Wenn man ein neues Braunkohlekraftwerk bauen würde, wären die Kosten höher. Allerdings wage ich zu bezweifeln, dass sich ein stabiler Markt herausbildet, wenn die Gewinnmarge extrem niedrig oder sogar Null ist. Ich bin davon überzeugt, dass es grundsätzlich möglich sein wird, sogar in Deutschland den Solarstrom für weniger als fünf Cent pro Kilowattstunde zu produzieren und Geld zu verdienen. Das gilt aber nur für Freiflächen. Wir müssen aber auch berücksichtigen, dass möglicherweise nicht genügend Freiflächen zur Verfügung stehen. Wenn wir verstärkt die Gebäude nutzen, dann werden die Kosten sicherlich etwas höher sein. Wir dürfen uns nicht immer an den untersten Preisen orientieren.

Das Interview führte Detlef Koenemann.

Das Interview ist in SONNE WIND & WÄRME 3/2018 erschienem.

 

Aussichtsreiche Entwicklungen des Fraunhofer ISE

Kerfless Wafer Technologie: Herstellung von monokristallinen Siliziumwafern ohne Materialverlust. Die Wafer werden nicht durch Zersägen eines Siliziumblockes hergestellt, sondern epitaktisch auf einem Trägerkristall abgeschieden und die Epitaxieschicht danach abgehoben.

PERC-Solarzelle: In der „Passivated Emitter Rear Cell“ wird die rückseitige Rekombination der Ladungsträger weitgehend unterdrückt (und dadurch der Wirkungsgrad gesteigert), indem nur ein kleiner Teil der Rückseite kontaktiert wird.

TOPCon-Solarzelle: Der „Tunnel Oxide Passivated Contact“ zeichnet sich durch eine extrem dünne Passivierungsschicht aus, sodass die Ladungsträger durch diese hindurch tunneln können. Zusätzlich wird auf das Tunneloxid eine dünne Schicht aus hoch dotiertem Silizium flächendeckend abgeschieden. Diese Kombination der Schichten lässt den Strom verlustfrei aus der Solarzelle abfließen und verhindert zugleich die Rekombination. Die Rückseite ist einfacher strukturiert als die der PERC-Zelle, sodass man mit einem geringeren Fertigungsaufwand rechnen kann.

TPedge-Modul: Randversiegeltes Doppelglas-Modul, in dem die Solarzellen im gasgefüllten Scheibenzwischenraum mit Hilfe kleiner Klebstoff-Pins befestigt werden. Der Verzicht auf Einkapselungsfolien und Modulrahmen spart nicht nur Materialkosten, sondern auch den zeitaufwendigen Laminationsprozess.