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Photovoltaik Entwicklung

1839

Der französische Wissenschaftler Alexandre Edmond Becquerel entdeckte als erstes den photoelektrischen Effekt. Er stellte fest, dass in Elektronen unter Lichteinfall einen Festkörper verlassen konnten. Dazu lies er Strom zwischen zwei beschichteten Platinelektroden und einen Elektrolyten fließen. Je nach Lichteinfluss veränderte sich die Stromstärke.

1873

Der britische Ingenieur Willoughby Smith und sein Assistent Joseph May entdeckten, dass das Element Selen unter Lichteinfluss seinen Wiederstand änderte. Damit wurde zum ersten mal der innere Photoeffekt entdeckt, der die relevante Grundlage die Photovoltaik bildet. Dabei werden Elektronen innerhalb eines Halbleiters durch Lichteinstrahlung aus der Bindung gerissen und stehen anschließend als freie Ladungsträger im Festkörper zur Verfügung.

1876

Die Engländer William Adams und Richard Day fanden heraus, dass ein Selenstab, der mit Platinelektroden versehen wurde, unter Lichteinfluss Energie produzieren kann.

=> Zum ersten Mal ist der Beweis erbracht:  ein Festkörper kann Lichtenergie direkt in elektrische Energie umwandeln

1883

Der New Yorker Erfinder Charles Fritts baut ein kleines Modul mit einer Fläche von ca. 30 cm2. Es besteht aus Selenzellen und weist einen Wirkungsgrad von ca. 1% auf. Neben Selen verbaute er auch Gold. 

1916

Der polnische Chemiker Jan Mit erfindet das nach ihm benannte Kristallziehverfahren.

=> Halbleiterkristalle können als Einkristalle mit hoher Qualität hergestellt werden.

1954

Daryl Chapin, Calvin Fuller und Gerald Pearson entwickeln die erste Silizium-Solarzelle mit einer Fläche von 2 cm2 und präsentierten sie am 25. April 1954 der Öffentlichkeit. Die Solarzelle konnte einen Wirkungsgrad von ca. 6% vorweisen. 

=> In der New York Times hieß es am kommenden Tag ,,die Erfüllung eines der größten Wünsche der Menschheit – der Nutzung der fast unbegrenzten Energie der Sonne“

1958

startete erstmals ein Satellit mit Solarzellen an Bord: Der amerikanische Satellit Vanguard I. Der Sender bezog seine Energie aus sechs auf der Außenhaut des Satelliten angebrachten Solarzellen und arbeitete bis 1964. Der Erfolg dieses Projektes führte dazu, dass sich die Photovoltaik als Energiequelle für Satelliten durchsetzte.

=> Die Entwicklungen in den 1960er Jahren wurden daher von der Raumfahrt vorangetrieben.

1973

Die Ölkrise im Jahr 1973 sorgte für ein abruptes Umdenken. Plötzlich gewannen alternative Energiequellen an Bedeutung und standen im Mittelpunkt des Interesses.

1977

Sandia Laboratories in New Mexico: Es wird weiter an Solarmodulen entwickelt mit dem Ziel, Photovoltaik als Massenprodukt herzustellen.

1979

Störfall im Atomkraftwerk Harrisburg

Reaktorkatastrophe in Tschernobyl (1986)

=> Der Druck auf die Regierungen wächst, eine neue Lösung für die Energieversorgung zu finden

1980

USA, Japan und Deutschland investieren ihre Anstrengungen im Bereich der Photovoltaik-Forschungsförderung.

=> Das erste Mal werden Förderprogramme eingeführt, um netzgekoppelten Photovoltaikanlagen zu fördern.

1990

In Deutschland wurde das 1000 Dächer-Programm eingeführt

=> wertvolle Erkenntnisse zur Zuverlässigkeit von Modulen und Wechselrichtern werden gewonnen.

1991

Das Stromeinspeisegesetz wird eingeführt. Es verpflichtete die Energieversorger „sauber produzierten“ Strom aus erneuerbaren Kraftwerken aufzunehmen.

1995

Der Solarenergie-Förderverein Aachen eV führte das Aachener Modell ein.

=> eine kostendeckende Vergütung in Höhe von 2 DM pro kWh für Strom aus Photovoltaikanlagen wird eingeführt

2000

Auf der Basis des Aachener Modells wurde im Jahr 2000 das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) eingeführt.

=> für die verschiedenen erneuerbaren Energiequellen werden kostendeckende Vergütungssätze festgelegt

=> Photovoltaik führt zu einem ungeahnten Boom

Der Anstieg des weltweiten Wachstums

 

Deutschlands kumulierte installierte Photovoltaikleistung stieg von gut 100 MWp im Jahr 2000 auf ca. 43 GWp im Jahr 2018.

=> Dies entspricht einem durchschnittlichen jährlichen Wachstum von rund 50%.

Das stärkste Wachstum verzeichnet China mit jährlichen Installationen von teilweise über 10 GW p.a. Japan hat nach der Reaktorkatastrophe von Fukushima stark auf Photovoltaik gesetzt, die Zubauten kommen kumuliert auf installierte Leistung von 15 GWp zeigt.

Unabhängig von der Betrachtung der einzelnen Länder steigt das weltweite Wachstum der Photovoltaik in den letzten Jahren rasant an. Die kumulierten installierten PV-Leistungen haben sich von 700 Mwp im Jahr 2000 auf über 400 GWp im Jahr 2018 erhöht. 

=> das entspricht dem über 500-fachen innerhalb von 18 Jahren!

Im vergangenen Jahr wurde europaweit mehr Energie durch Erneuerbaren-Energien erzeugt, als aus Kohle. Insgesamt wird in Europa bereits über 30 Prozent der Stromerzeugung durch Erneuerbare-Energien erzeugt. Den größten Beitrag dafür leiteten finanzstarke Länder wie Dänemark, Großbritannien und Dänemark. Dänemark verzeichnete ein Wachstum. Über 70% des dort erzeugten Stromes wird aus Erneuerbaren-Energien gefördert. Dazu zählt u.a. Wind, Biomasse und Photovoltaik.

Das 1000 Dächer Programm

 

1991 wurde das 1000 Dächer Programm gestartet. Dieses sah eine Investitionsförderung für den Bau von Anlagen in Höhe von 70% der Investitionssumme vor. 

=> Zwischen 1991 bis 1995 wurden knapp 2000 PV-Anlagen im Rahmen des Programms installiert.

Durch dieses Unternehmen konnten wertvolle Betriebserfahrungen gesammelt werden. Nachdem der Fördertopf ausgeschöpft war, brach jedoch der kurzzeitig entstandene Markt wieder zusammen.

 

Die Bereitstellung der hohen Investitionsförderung von 70% wies Problematiken auf:

=> Anlagenbetreiber haben kaum auf die Höhe der Installationskosten geachtet

=> Anlagen die Deffekte vorwiesen wurden nicht repariert, da man für die Reparatur keine finanzielle Unterstützung erhielt.

 

Erst die Einführung der kostendeckenden Vergütung durch die Energieversorger mit dem Aachener Modell und schließlich dem Start des EEG im Jahr 2000 änderte die Situation.

 

Was sind die wesentlichen Vorteile dieses Modells im Vergleich zur Förderung über Investitionszuschüsse?
  1. Es gibt keinen Fördertopf der auslaufen kann, da das Geld für die Einspeisevergütung über die EEG-Umlage von den Stromkunden aufgebracht wird.
  2. Der Anlagenbetreiber ist selbst in der Pflicht, technisch ausgereifte und gleichzeitig kostengünstige Technik einzukaufen.
  3. Die Anlage wird in eigenem Interesse bei einem Defekt reparieren und möglichst lange betreiben.
  4. Der Zubau von Photovoltaik kann einfach über die sich ständig anpassende Einspeisevergütung geregelt und gesteuert werden.

 

Aktuell wird die Einspeisevergütung quartalsweise neu festgelegt: jeweils abhängig vom Anlagenzubau der letzten Monate. Bei Freiflächenanlagen werden die Vergütungssätze über ein Ausschreibungssystem ermittelt.

=> Das im EEG festgelegte Prinzip der kostendeckenden Vergütung wurde mittlerweile Länderübergreifend übernommen.

=> Durch das EEG wurde eine Massenproduktion von Solarkomponenten angeregt.

=> Die Kosten für Photovoltaik nehmen extrem ab.

Preisentwicklung von Solarmodulen

 

Die Preise haben sich seit 1990 von 28 Euro auf ca. 50Cent reduziert => Photovoltaik wurde über 1000mal günstiger. Dadurch ist der PV-Weltmarkt seit dem Jahr 2000 um jährlich über 50% gewachsen. 

Entwicklung der Einspeisevergütung

 

Entsprechend der kostengünstigeren Technik wurde auch die EEG Vergütung abgesenkt.

=> Ausgehend von 58 Cent/kWh ging die Vergütung für Dachanlagen innerhalb von 11 Jahren auf 12 Cent/kWh zurück

 

Dachanlagen erhalten noch 11 Cent pro Kilowattstunde. Damit liegt die Photovoltaik unter den Kosten von Biomasse und Windkraft.

Freiflächenanlagen liegen etwa auf dem Niveau von Windkraft.

Grid Party in 2012

 

Im Jahr 2012 wurde die Grid Parity also die Netzparität erreicht. Damit bezeichnet man den Zeitpunkt, ab dem der Strom aus Photovoltaikanlagen billiger ist als der Strompreis für die normalen Endverbraucher.

Gelegentlich wird die Meinung geäußert, dass ab diesem Zeitpunkt keine Einspeisevergütung mehr notwendig sei. Jedoch würde das vor allem größere Photovoltaik Investitionen die gewisse Sicherheit nehmen, da die Erträge so weniger planbar sind. Daher wird es auch weiterhin eine Einspeisevergütung geben müssen. Nur so wird ein stabiler Markt erreicht, der für weitere Kostenreduzierungen und die Erreichung der Ausbauziele der erneuerbaren Energien notwendig ist.

Überlegungen zur zukünftigen Energieversorgung

 

Was werden die erneuerbaren Energien in Zukunft zur Energieversorgung beitragen und welchen Part übernimmt die Photovoltaik?

Dieses wollen wir im Weiteren eruieren:

 

Betrachtung unterschiedlicher Zukunftsszenarien

Wir betrachten zunächst eine Studie, die im Auftrag des Bundesumweltministeriums (BMU) erstellt wurde. Es gelten die beiden Hauptziele der Energiewende:

  1. Umstellung der Stromversorgung auf mindestens 80% erneuerbare Energien bis zum Jahr 2050
  2. Reduktion der Treibhausgasemissionen Deutschlands um mindestens 80% bis zum Jahr 2050
Eine Studie mit 100 prozentiger Umstellung auf erneuerbare Energien

Hier ist das erklärte Ziel, die gesamte Energieversorgung über erneuerbare Energien zu decken. Aufgrund der Umstellung aller PKWs auf Elektroantrieb bis zum Jahr 2050, wird deutlich mehr Strom benötigt. Für die zusätzlich benötigte elektrische Energie wird in erster Linie ein Import von Strom aus erneuerbaren Energien („EE-Strom“) aus anderen Ländern angenommen.

 

Eine Studie des Forschungsverbunds Erneuerbare Energien (FVEE)

Hier übernimmt die Photovoltaik knapp ein Viertel des Strombedarfs mit einer installierten Leistung von rund 175GWp.

 

Eine Studie des Fraunhofer Instituts

Diese erklärte das Ziel, eine vollständige Deckung der Energiesektoren Strom, Wärme usw. durch erneuerbare Energien zu erzielen. Die Photovoltaik soll mit einer installierten Leistung von 2 Fünftel zur Stromversorgung beitragen.

 

=> Es ist wichtig zu betonen, da alle Studien eine vollständige Umstellung der Stromversorgung auf erneuerbare Energien als realisierbar ansehen.

Solarstrom Forschung in Deutschland – Weltweit wird profitiert

Ansätze zur Energiewende

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