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Die sonnige Seite eines düsteren Jahres: Fortschritte in der weltweiten Solar-Industrie 2011

Auf das Jahr 2011 blickt die weltweite Solarindustrie meist negativ zurück: Die Photovoltaik-Produktion war plötzlich nicht mehr so rentabel und zwang Unternehmen zu Umstrukturierungen, Entlassungen, Werksschließungen und teilweise sogar in die Insolvenz. Gegen Ende des Jahres spaltete ein heftiger Handelsstreit die Photovoltaik-Branche in den USA. Die Berichterstattung in der Presse war meist wenig erfreulich, besonders die Diskussion über den medial inszenierten Skandal um die Zuschüsse des US-Energieministeriums für das bankrotte PV-Unternehmen Solyndra.

Dies alles ließ in den Hintergrund treten, dass die Photovoltaik, die Konzentrator-Photovoltaik (CPV) und solarthermische Kraftwerke (CSP) weltweit wuchsen - zeitweise und in einigen Regionen sogar sehr deutlich. Technologische und politische Durchbrüche im vergangenen Jahr waren noch wichtiger. Sie bereiten den Weg für das künftige Wachstum und den Wandel der internationalen Solarindustrie.

2011 zeichneten sich in der Solarindustrie einige bedeutende Entwicklungen ab. Der aktuellen Solar-Report beleuchtet  zwei der wichtigsten Trends für das langfristige Branchenwachstum: Fortschritte in der CIGS-Dünnschicht-Photovoltaik, der Konzentrator-Photovoltaik und bei solarthermischen Kraftwerken sowie der Einstieg in Einspeisevergütungssysteme in Asien. Auf lange Sicht war 2011 vielleicht viel besser, als es auf den ersten Blick schien.

 

Technologische Entwicklungen

Fortschritte in der CIGS-Dünnschicht-Photovoltaik

Auch wenn der weltweite Photovoltaik-Markt nicht mehr exponentiell, sondern eher linear wuchs, machte die Photovoltaik-Industrie wieder bedeutende Fortschritte bei der Verbesserung von Wirkungsgraden, insbesondere bei den Dünnschicht-Technologien.

CIGS-Dünnschichtmodul "Q.SMART" von Q-Cells
CIGS-Dünnschichtmodul "Q.SMART" von Q-Cells; Foto: Q-Cells

Aus allen auf dem Markt erhältlichen Solarmodulen ragten  2011 diejenigen auf Basis von Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS oder CIS) besonders hervor, was die Wirkungsgradsteigerung, Herstellungskapazitäten und Markteinführung angeht. Noch 2010 hatten CIGS-Module mit 426 MW einen Weltmarktanteil von gerade einmal 2 %. Und obwohl mit dieser Technologie unter Laborbedingungen Wirkungsgrade bis zu 20 % erreicht wurden, lag die Effizienz handelsüblicher Module weit darunter.

2011 produzierte allein Solar Frontier CIGS-Module mit insgesamt 577 MW. Ein halbes Dutzend weiterer Unternehmen stellte Module mit vergleichbaren Wirkungsgraden her.

Die Inbetriebnahme der bahnbrechenden Modulfabrik in Kunitomi, mit der Solar Frontier auf eine jährliche Produktionskapazität von einem Gigawatt kommt, wird als Meilenstein in die Geschichte der Dünnschicht-Technologie eingehen. Noch bemerkenswerter ist, dass Solar Frontier im vergangenen Jahr mehr als 500 MW Module verkaufte. Das Unternehmen ist wesentlich größer als jeder andere CIGS-Modulhersteller. Nummer zwei ist Solibro mit nur 135 MW Produktionskapazität.

Arbeiter in Solar Frontiers Modulfabrik Kunitomi kontrollieren Photovoltaik-Module. Die weltgrößte Dünnschicht-Fabrik hat eine jährliche Produktionskapazität von 900 MW
Arbeiter in Solar Frontiers Modulfabrik Kunitomi kontrollieren Photovoltaik-Module. Die weltgrößte Dünnschicht-Fabrik hat eine jährliche Produktionskapazität von 900 MW

Auch wenn die Steigerung der Produktionskapazität und des Absatzes größtenteils auf ein einziges Unternehmen zurückgeht, ist sie die Folge rasanter Verbesserungen der Wirkungsgrade. Auch die Q-Cells-Tochterunternehmen Solibro und Soltecture (vormals Sulfucell) brachten Module aus der Massenfertigung mit 13,4 % Wirkungsgrad in den Handel.

Viele Unternehmen gehen allmählich von der Labor-Entwicklung zur Vermarktung über: MiaSolé stellte Ende 2010 „Champion“-Module mit 15,7 % Wirkungsgrad her. Am 29.11.2011 brach Solibro alle Rekorde und erreichte mit einem 16 Quadratzentimeter großen CIGS-Modul einen Wirkungsgrad von 17,4 % bezogen auf die Aperturfläche.

Sowohl die CIGS-Modulhersteller als auch deren Technologielieferanten werden für weitere Wirkungsgrad-Rekorde sorgen. Eine bemerkenswerte Entwicklung im Jahr 2011 war der Kauf einer Produktionslinie der Würth Solar in Schwäbisch Hall durch den Photovoltaik-Ausrüster Manz AG.

Manz will diese Fertigungsanlage zur Innovations-Linie machen, um die CIGS-Modulproduktion und Verfahrenstechnik weiter zu entwickeln. Manz ist durch diesen Kauf nach eigenen Angaben der einzige Ausrüster weltweit, der 118 CIGS-Experten im Team hat.

Auch bei flexiblen CIGS-Dünnschichtmodulen wurden neue Rekorde erzielt: Am 19.05.2011 meldete die Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (EMPA, Schweiz) einen Wirkungsgrad von 18,7 %.

Der Solarpark Ammerland ist derzeit mit 20,8 MW das weltweit größte Photovoltaik-Kraftwerk aus CIGS-Modulen; Foto: Martin Bucher
Der Solarpark Ammerland ist derzeit mit 20,8 MW das weltweit größte Photovoltaik-Kraftwerk aus CIGS-Modulen; Foto: Martin Bucher

Doch letztendlich muss sich jede Technologie in der Praxis bewähren. Auch hier stellte CIGS neue Rekorde auf: Am 28.10.2011 eröffneten Q-Cells und GP Joule in Niedersachsen das Photovoltaik-Kraftwerk Ammerland mit 20,8 MW Nennleistung. Kurz darauf kündigte Solar Frontier an, Dünnschichtmodule für eine noch größere Anlage zu liefern.

Noch ist nicht absehbar, ob die CIGS-Technologie in den nächsten Jahren große Marktanteile auf Kosten der vorherrschenden Photovoltaik auf Basis von kristallinem Silizium gewinnen kann, da die Kosten für kristalline Silizium-Module stark sinken. Kritiker wenden ein, es gebe Probleme mit der Leistungsstabilität von CIGS-Modulen, insbesondere Schädigungen durch Feuchtigkeit. Q-Cells hingegen hebt die hohe Leistungsfähigkeit seiner Q.SMART-Module in Tests hervor. Und die CIGS-Hersteller betonen den „Light-Soaking“-Effekt sowie eine im Vergleich zu Silizium-Modulen höhere Leistung bei schwachem Licht.

Was die Zukunft auch bringen mag: Nach der enormen Steigerung der Wirkungsgrade, Kapazitäten und einer breiteren Markteinführung entwickelte sich CIGS vom Nischenprodukt zur etablierten Technologie.

 

Große Abschlüsse für  Konzentrator-Photovoltaik

Auch für die Konzentrator-Photovoltaik (CPV) war 2011 ein hervorragendes Jahr. Schon seit einiger Zeit glänzte diese Technologie mit hohen Wirkungsgraden und niedrigen Kosten. Mit einigen sehr umfangreichen Strombezugsvereinbarungen (PPAs) und der Inbetriebnahme einer großen Fabrik ging die CPV 2011 vielversprechenden Zeiten entgegen.

CPV lässt viel erwarten. Die Technologie kann zwar nur in Gebieten mit sehr starker und direkter Sonneneinstrahlung eingesetzt werden, doch die Hersteller unterstreichen, dass die Stromgestehungskosten von Konzentrator-Modulen unter diesen Bedingungen wesentlich geringer seien als bei der herkömmlichen Photovoltaik.

Zusätzlich zu den Strombezugsvereinbarungen für den Strom aus CPV-Kraftwerken mit Concentrix-Technologie  (305 MW) will Soitec Solarparks  in Marokko und Südafrika bauen und liefert bereits Module für ein chinesisches CPV-Kraftwerk
Zusätzlich zu den Strombezugsvereinbarungen für den Strom aus CPV-Kraftwerken mit Concentrix-Technologie (305 MW) will Soitec Solarparks in Marokko und Südafrika bauen und liefert bereits Module für ein chinesisches CPV-Kraftwerk; Foto: Soitec

Trotz dieser großen Versprechen hat die Konzentrator-Photovoltaik noch einen recht kleinen Marktanteil: Nach Schätzungen von GTM Research lag das Marktvolumen 2010 bei nur 5 Megawatt. Das größte CPV-Kraftwerk der Welt mit 7,8 MW Nennleistung wurde zwischen 2006 und 2008 in Spanien gebaut. Ein weiterer Solarpark mit CPV-Modulen in New Mexico besteht aus mehreren kleineren Anlagen mit je 500 kW-1,5 MW Nennleistung.

Das könnte sich bald ändern. 2011 unterzeichnete die San Diego Gas & Electric Company (SDG&E) Strombezugsvereinbarungen mit Tenaska Solar Ventures und Soitec für den Solarstrom aus mehreren großen Concentrix-CPV-Kraftwerken mit insgesamt 305 MW Nennleistung.

Soitec ist auch führend, wenn es um die internationale Verbreitung der Konzentrator-Photovoltaik in weniger entwickelte Gebiete geht. Das Unternehmen will CPV-Kraftwerke in Marokko und Südafrika bauen, und meldete am 30.11.2011, dass es mit der Modullieferung für ein CPV-Kraftwerk in der chinesischen Provinz Xinjiang begonnen habe.

Damit derartige Großprojekte fertig gestellt werden können, müssen jedoch wesentlich mehr dieser Hightech-Komponenten hergestellt werden.

Soitec ließ sich bis zum Jahresende Zeit, um den Standort für seine Produktionsanlage in San Diego (Kalifornien) festzulegen. Dort sollen die Module für seine amerikanischen Kraftwerks-Projekte hergestellt werden. Im Mai 2011 wurde Soitec jedoch von Amonix überholt, das seine CPV-Fabrik in Las Vegas mit einer jährlichen Produktionsleistung von 150 MW eröffnete.

Einweihung der Modulfabrik von Amonix in Las Vegas. Rechts der inzwischen verstorbene Geschäftsführer Brian Robertson
Einweihung der Modulfabrik von Amonix in Las Vegas. Rechts der inzwischen verstorbene Geschäftsführer Brian Robertson; Foto: Amonix

Die CPV-Branche musste 2011 auch einen großen Verlust hinnehmen: Brian Robertson, Geschäftsführer von Amonix, starb bei einem Flugzeugabsturz am 22. Dezember.

 

Solarthermische Kraftwerke und Energiespeicher

Große Durchbrüche wie bei der Dünnschicht- oder Konzentrator-Photovoltaik gab es bei solarthermischen Kraftwerken (CSP) 2011 nicht. Die CSP-Branche musste mit Problemen kämpfen, die unter anderem durch Photovoltaik-Preiseinbrüche bedingt waren. Einige große CSP-Projekte wurden auf Photovoltaik umgestellt, während mit dem Bau anderer solarthermischer Kraftwerke begonnen wurde.

Branchenanalysten argumentieren jedoch, dass sich die CSP-Technologie langfristig nicht allein aufgrund der Stromgestehungskosten bewähre, sondern auch weil sie die Möglichkeit bietet, günstig Energie zu speichern. Torresol Energy schritt hier 2011 deutlich voran und  nahm im Mai 2011 das Gemasolar-Kraftwerk in Spanien in Betrieb. Im Juli war es das erste kommerzielle solarthermische Großkraftwerk, das rund um die Uhr Strom ins Netz einspeisen kann.

Bau des Gemasolar-Kraftwerks (Mai 2010). Im Vordergrund Flüssigsalz-Speichertanks
Bau des Gemasolar-Kraftwerks (Mai 2010). Im Vordergrund Flüssigsalz-Speichertanks; Foto: SENER

Das öffnet der CSP-Technologie eine wichtige Nische: Da vermehrt Strom aus erneuerbaren Energiequellen wie Wind und Sonne in schwankenden Mengen ins Netz eingespeist wird, wird es immer wichtiger, auch zu Zeiten mit höherem Bedarf und geringerer Produktion Strom zu erzeugen.

Im November 2011 veröffentlichten die National Renewable Energy Laboratories (NREL) des US-Energieministeriums einen Bericht über solche Speicher. Er untersucht, welche Rolle thermische Energiespeicher (TES) spielen können, indem sie Strom dann zur Verfügung stellen, wenn er gebraucht wird. Thermische Speicher haben laut dem Bericht mehrere Vorteile gegenüber anderen Speichersystemen: einen Wirkungsgrad von etwa 95 %, relativ geringe Kosten und die Fähigkeit, sich der Nachfrage flexibel anzupassen.

NREL zeigt, dass mit thermischen Speichern mehr solarthermisch und photovoltaisch erzeugter Strom ins Netz eingespeist werden kann als allein mit PV-Kraftwerken. Die Forscher gehen davon aus, dass die Photovoltaik auf einen Anteil von 15 % und die solarthermische Kraftwerke auf 10 % kommen können. Der Anteil der Photovoltaik würde dennoch nur geringfügig zurückgehen, um weniger als 2 %. CSP könne zudem die unflexible Grundlast-Stromerzeugung aus Kohle- und Atomkraftwerken ersetzen, was mit Photovoltaik ohne teure Stromspeicher nicht möglich sei.

In dieser Hinsicht versprechen das Gemasolar-Kraftwerk sowie der wachsende Trend zu einer Verbindung von CSP und TES dieser Technologie eine große Zukunft, unabhängig von den Kosten im Vergleich zur Photovoltaik.

 

Politische Entwicklungen 2011

Einspeisevergütungen in Asien

Neben diesen herausragenden technischen Entwicklungen änderte sich 2011 auch die Förderpolitik deutlich, besonders in Asien. Gleich drei Länder führten Einspeisevergütungssysteme ein: China, Japan und Malaysia. In Südkorea, Taiwan und Thailand gab es bereits derartige Förderprogramme.

In den US-Märkten konnten Fortschritte mit einer Kombination aus Kreditbürgschaften, Steuererleichterungen und Grünstromzertifikaten erreicht werden. Doch gut konzipierte Einspeisetarifsysteme sind das einzige nachweislich wirksame politische Instrument, um nachhaltiges exponentielles Wachstum in nationalen Photovoltaik-Märkten anzustoßen. Wenn sich diese Förderpolitik als erfolgreich erweist, wird Asien nach Europa zum zweiten Zentrum der PV-Weltmärkte und kann Nordamerika überholen, das langsamer wächst.

Das zeichnet sich bereits ab, besonders in China. Bloomberg New Energy Finance geht davon aus, dass China im vergangenen Jahr Photovoltaik-Anlagen mit insgesamt 2,2 Gigawatt installiert hat. Damit wurde es der drittgrößte Photovoltaik-Markt der Welt. NPD Solarbuzz kam sogar auf 2,9 Gigawatt Zubau.

 

Einspeisevergütung sorgt für Boom in China

In den letzten Jahren hat sich China rasch zum Zentrum der globalen Photovoltaik-Produktion entwickelt. Doch entgegen Befürchtungen in den USA und Europa setzt China nicht nur auf den Export.

Photovoltaik-Kraftwerk von GCL in China mit 20 MW Nennleistung. Laut NDRC wurden 2011 in China 2,2 GW zugebaut, nachdem eine Einspeisevergütung eingeführt worden war
Photovoltaik-Kraftwerk von GCL in China mit 20 MW Nennleistung. Laut NDRC wurden 2011 in China 2,2 GW zugebaut, nachdem eine Einspeisevergütung eingeführt worden war; Foto: Satcon

Chinas verbales Bekenntnis zum Ausbau seines Solarmarkts ist nicht neu, ganz im Gegensatz zur landesweiten Einführung der großzügigen Einspeisevergütung im letzten Jahr, denn bis 2010 gab es nur unterschiedlich wirksame staatliche und regionale Fördermaßnahmen.

Am 24.06.2011 machte Chinas Entwicklungs- und Reformkommission (NDRC) den entscheidenden Schritt zur Einführung des Programmes und gab feste Vergütungssätze für Photovoltaik- Strom bekannt. Für Anlagen, die vor dem 01.07.2011 fertig gestellt wurden, gibt es RMB 1.15/kWh (0,14 Euro/kWh), danach rund 0,12 Euro/kWh.

Kenner der chinesischen Politik zweifeln oft an den offiziellen Statistiken. Marktforscher wie Bloomberg New Energy Finance berufen sich jedoch auf die Schätzung der NDRC von 2,2 Gigawatt Zubau. Auf jeden Fall erlebte die Photovoltaik in China einen enormen Aufschwung, der 2012 anhalten kann, wenn die Einspeisevergütung nicht gekürzt wird.

China geht das Problem anders an als weiter entwickelte Nationen. Es verfolgt verschiedene Wege der Stromerzeugung, um den schnell wachsenden Bedarf zu decken. Das könnte sich auf die Einschätzung der Bedeutung eines exponentiell wachsenden Photovoltaik-Marktes auswirken. Und die heimische Nachfrage unterstützt auch eigene PV-Hersteller, die 2011 auch unter dem weltweiten Überangebot an Photovoltaik-Produkten litten.

 

Japan reagiert auf die Atom-Katastrophe von Fukushima und führt  Solarstrom-Einspeisevergütung ein

Japan hat ganz andere Gründe für die staatliche Förderung erneuerbarer Energien. Nach der tragischen Atom-Katastrophe in Fukushima kam die Regierung unter enormen Druck, von der Atomkraft abzurücken und sich erneuerbaren Energiequellen zuzuwenden.

Der japanische Premierminister Naoto Kan legte sein Amt erst nieder, als die Einführung einer Einspeisevergütung beschlossen war
Der japanische Premierminister Naoto Kan legte sein Amt erst nieder, als die Einführung einer Einspeisevergütung beschlossen war; Foto: World Economic Forum

Bevor er sein Amt niederlegte, verpflichtete sich der ehemalige japanische Premierminister Naoto Kan, die Einführung einer Einspeisevergütung zu überwachen. Und am 26.08.2011 stimmte das japanische Parlament dem Gesetz zu. Die Einspeisevergütung gilt ab Juli 2012. In den nächsten zehn Jahren sollen in Japan Anlagen zur Nutzung erneuerbarer Energien mit 30 MW entwickelt werden.

Japan und seine Solarbranche müssen mit sehr hohen Kosten kämpfen. Doch als wichtiger Anbieter von Photovoltaik-Modulen und Batteriesystemen hat das Land ein wirtschaftliches Interesse am weltweiten Wachstum der Branche.

Für 2012 hat Japan die Vergütungssätze noch nicht festgesetzt. NPD Solarbuzz geht  jedoch davon aus, dass der japanische PV-Markt  2011 auch ohne die Vergütung um 30 % gewachsen ist, auf rund 1,2 Gigawatt.

 

Malaysia gesellt sich zu den Ländern mit Einspeisevergütung

Angesichts der Interessen Chinas und Japans an der Unterstützung der heimischen Photovoltaik-Hersteller überrascht es nicht, dass im letzten Jahr auch andere Länder in Asien Einspeisevergütungen eingeführt haben, um ihre eigene PV-Produktion zu fördern. Am 01.12.2011 nahm Malaysia erste Bewerbungen für sein Förderprogramm entgegen. Bereits nach zwei Stunden war die Quote für gewerbliche Photovoltaik-Anlagen für 2012 bis 2014 erfüllt.

Aufgrund des kleinen Umfangs des Programms ist es unwahrscheinlich, dass Malaysia bald schon ein führender Photovoltaik-Weltmarkt wird. Das Programm beginnt mit der Förderung von Photovoltaik-Anlagen mit insgesamt 9 MW Nennleistung und steigert sich allmählich auf 165 MW im Jahr 2015.

Die malaysische Regierung zieht jedoch in Erwägung, den Anteil der Stromerzeugung aus erneuerbaren Quellen zu erhöhen. Selbst wenn das geschehen sollte, trägt der Zubau in Malaysia aufgrund der Einspeisevergütung zum weiteren Wachstum der asiatischen PV-Märkte bei. Viel wichtiger ist jedoch, dass das Tarifsystem ein Zeichen dafür setzt, dass selbst Schwellen- und Entwicklungsländer die Einspeisevergütungen als politisches Werkzeug nutzen.

 

Entwicklungen 2011 bereiten den Weg für künftigen Erfolg

Die Solar-Industrie erlitt in den letzten Jahren eine Reihe von Rückschlägen. Das hat verschiedene Gründe: Kürzungen der Einspeisevergütungen in Europa, das Überangebot auf dem Photovoltaik-Markt, die weltweite Finanzkrise  sowie bürokratische und rechtliche Hürden, zum Beispiel bei der Genehmigung solarthermischer Kraftwerke in Kalifornien.

Die Branche hat jedoch auf diese Herausforderungen reagiert  - und wuchs weiter. Neue Regionen führen Einspeisevergütungen ein, sinkende Modulpreise führen zu einem Installations-Boom in den USA und China, und solarthermische Kraftwerke werden technisch ausgefeilter und umweltfreundlicher, während die Regierungen von Kalifornien und der USA  die Gesetze für den Bau neuer Anlagen anpassen.

Die technischen und politischen Entwicklungen 2011 lassen weiteres Wachstum erwarten, jedoch nicht immer dort, wo es erwartet wird. Beispiele hierfür sind die Multi-Megawatt Solarparks in Ohotnikovo und Perovo in der Ukraine. Und welche Technologien das Wachstum vorantreiben, ist auch nicht endgültig ausgemacht.

Das Photovoltaik-Kraftwerk mit 100 MW in Perovo (Ukraine) ging im Dezember 2011 in Betrieb
Das Photovoltaik-Kraftwerk mit 100 MW in Perovo (Ukraine) ging im Dezember 2011 in Betrieb; Foto: Activ Solar

CIGS, CPV und CSP-Kraftwerke mit thermischen Speichern eröffnen weltweit beträchtliche Potenziale. Gegenwärtig zeichnet sich ab, dass sich die Solarbranche nicht mehr auf wenige Märkte konzentrieren, sondern auffächern wird. Asien und insbesondere China entwickeln sich zu einem zweiten Schwerpunkt der PV-Nachfrage.

Alle diese Entwicklungen werden letztlich dazu beitragen, dass die weltweite Energieversorgung künftig immer weniger mit fossilen Treibstoffen und Atomenergie erfolgt, sondern auf Basis erneuerbarer Energien. Dabei wird die Solarenergie eine führende Rolle spielen.