„Photovoltaik – aktuelle Forschung“ – Prof. Giso Hahn (Universität Konstanz)

meine Damen und Herren ich freue mich dass Sie trotz des widrigen Wetters den Weg hierher gefunden haben aber ich denke sie sind alle sehr daran interessiert dass sie zu Hause Strom haben für heizungszwecke und für andere Zwecke und heute Abend werden wir ja einiges zur Energieversorgung hören äh ein heiß umstrittenes Thema äh nicht nur wegen des bundesverfassungsgerichtsurteils dass hier einige Finanzlücken jetzt aufgebaut hat sondern auch aus verschiedenen anderen Erwägungen äh die uns unser heutiger Redner auch nahebringen wird äh ich darf mich sehr bei Ihnen Herr Hahn bedanken dass sie hier zu uns gekommen sind und ich darf Ihnen kurz Herrn Hahn vorstellen Herr Hahn hat in Stuttgart Physik studiert er ist dann anschließend hier nach Konstanz gekommen hat hier promoviert und ich hörte gerade er hat bei Herrn Bucher promoviert das war wahrscheinlich auch schon im Bereich Energiefragen Herr Bucher der ist nun auch schon einige Zeit emeritiert dann ist Herr Hahn hier auch geblieben zur Habilitation und äh dann übernahm er hier äh das Fotovoltaik Zentrum und erleitet dieses Zentrum seit 2005 und worum geht es n das wird er uns gleich noch selbst erklären ich darf das hier so ein bisschen als Leihe ablesen es geht um Silizium Materialien für Photovoltaik und es geht um neuartige solarzellenprzessschritte fragen Sie mich jetzt nicht im Einzelnen was das ist das ist die Aufgabe von Herrn Hahn uns das zu erklären und Herr Hahn arbeitet seit Jahren sehr intensiv auch mit der Industrie hier zusammen und seine Forschungsergebnisse sind zum Teil patentiert worden er hat auch Lizenzen vergeben mit dem was er erforscht hat und hat damit auch wesentlich zur Weiterentwicklung der Foto voltaig beigetragen also insofern wenn wir heute Abend hier mit Licht und Heizung sitzen ist das vielleicht auch etwas Herrn Hahn zu verdanken s dass wir also etwas gemütlicher hier sitzen können ja also er ist einer der äh Protagonisten des äh Technologietransfers von der Universität äh in die Praxis sie kennen vielleicht auch hier das Flab das fabrication laboratory an der Universität da können sie auch sozusagen Technologietransfer äh sehr schön erleben aber heute Abend konzentrieren wir uns jetzt auf die Solarenergie Fotovoltaik und die damit zusammenhängenden Fragen und dann können wir auch hinterher natürlich sehr gern die äh ja mehr ökonomischen Fragen mit diskutieren die mir natürlich als Ökonom sehr viel näher liegen und äh es ist ja immer so etwas funktioniert dann wenn es sich auch ökonomisch rechnet äh nach dem berühmten anglischen Wort what pays stays ich wei ich nicht bezahlt macht das bleibt dann auch nicht also insofern ist sozusagen die Ökonomie eine lästige Restriktion für die Umsetzung von manchen Dingen die sie erforschen aber so ist es halt und das können wir dann hinterher in aller Ruhe diskutieren also ich freue mich sehr Herr Hahn sie haben das Wort vielen Dank herr Franke und äh danke an die Organisatoren dass ich hier die Chance habe ihnen ein bisschen was über mein Forschungsgebiet und bisschen darüber hinausgehend was zu erzählen ähm ich versuch mal ob ich das mit diesen beiden Pointern gleichzeitig hier hinkriege also das ist der Titel aktuelle Forschung und Stellenwert in der regenerativen Energieversorgung wir werden es ein bisschen umdrehen wir werden wahrscheinlich erst den Stellenwert und dann die Forschungsthemen eher gegen Ende machen und das ist das Programm was uns erwartet Anfang möchte ich ein bisschen motivieren warum Nachhaltigkeit eigentlich ein wichtiger Punkt ist was daran dann die Fotovoltaik tun kann da geht's um Themen wie CO2 und erneuerbare Energien dann ein bisschen Erklärung wie funktioniert Photovoltaik eigentlich bisschen Historie und Entwicklung zum jetzigen Status Quo hin da geht's vor allem um Wachstumsraten und kosten wie es der Franke schon erzählt hat das ist ein ganz wichtiger Punkt hier und dann eben am Schluss Ausblick was gibt's an neuen Forschungsthemen neuen Forschungsrichtungen Entwicklungen um dann letztlich nachher im Endeffekt zu möglichst 100% Energieversorgung mittels erneuerbaren Energien zu kommen fangen wir also mal an warum Nachhaltigkeit ähm das ist die Entwicklung der Weltbevölkerung aus den letzten 200 Jahren angefangen 1800 mit einer Milliarde momentan bei etwas über 8 und am Ende vom jahrhundert wahrscheinlich irgendwo so bei 11 sagen zumindest die Vorhersagen in rot dann hier die globalen Energiebedarfe der Bevölkerung da sehen wir das steigt sogar noch deutlich stärker als die Weltbevölkerung ansteigt und dann in blau und das ist jetzt eigentlich die wichtige Kurve die Entwicklung der CO2 Konzentration in der Atmosphäre und auch da sehen wir das das eben sehr stark korreliert muss ich den anderen nehmen sehr stark korreliert ist mit der blauen die re mit der blauen Kurve weil eben letztlich die fossilen Energieträger für die Energieversorgung eingesetzt werden die eben CO2 freisetzen können mal diese Skala hier die blaue ein bisschen merken das ging hier los 1800 ungefähr mit 280 Parts per million ist die Einheit hier und inzwischen sind wir schon bei über 420 angelangt in einem relativ kurzen Zeitraum von 200 Jahren gut was hat das für Konsequenzen das kennen Sie wahrscheinlich alle die Temperatur und die CO2 Konzentration in der Atmosphäre sind gekoppelt das heißt immer wenn eine hohe CO2 Konzentration in der Atmosphäre war erdgeschichtlich betrachtet dann hatten wir auch eine hohe Temperatur das sind hier Daten aus erdkernen aus der Vergangenheit hier das ist die Gegenwart wir gucken hier 400.000 Jahre in die Vergangenheit und wir sehen hier so typische Zyklen die kann man mit der Erdbahn korrelieren das ist der typische Wechsel zwischen Warmzeit und Kaltzeit Zeitperioden aber eben in grün diese CO2 Konzentration und in blau die Temperatur die also sehr eng aneinander gekoppelt sind und wenn man genauer hinguckt dann kann man sich also jetzt natürlich ein paar Fragen stellen zum einmal sieht man hier eine ungewöhnlich stabile Temperatur über die letzten 12000 Jahre ist Zeitalter des holozähs und das ist nicht Zufall dass wir das jetzt so sehen das ist nämlich genau der Zeitpunkt wo sich die Menschen weiterentwickelt hat wo sie vom Nomadentum sesshaft geworden ist Ackerbau viedzucht betrieben hat und sich letztlich soweit entwickeln konnte bis jetzt wo wir hier sitzen das heißt also umgekehrt betrachtet die stabile Temperatur ist anscheinend sehr wichtig um eine Zivilisation soweit zu entwickeln wie wir sich jetzt hier entwickelt haben und ist ein natürliches gut was es eben zu schützen gilt eigentlich dazu kann man sich die Frage stellen wenn wir jetzt mit dem CO2 Gehalt so stark nach oben gegangen sind ja gucken wir noch mal auf die Skala hier 280 das war der Wert hier inzwischen sind wir bei 420 das ist da oberhalb der Achse eigentlich dann ist das eine dramatische Veränderung die es also in den letzten 400.000 Jahren eigentlich nie gegeben hat wir machen ein großes Experiment mit der Erde und wissen eigentlich nicht so genau was uns dann nachher erwartet dann wenn man das erkannt hat und sagt okay wir müssen den CO2 Gehalt in der Atmosphäre begrenzen zumindest nicht weiter ansteigen lassen dann kommt man hier auf verschiedene Szenarien die kennen Sie vielleicht auch in der einen oder anderen Form vom IPCC also vom Weltklimarat ähm in langwierigen und langjährigen Diskussionen und Simulationen aufgestellt da sieht man hier äh momentan sind wir ungefähr so bei 40 41 Gigatonnen CO2 Ausstoß pro Jahr und das hat dazu geführt dass wir jetzt schon über 1 Grad über der normalen Mitteltemperatur von vor 200 Jahren waren und das liegt hauptsächlich daran dass letztlich der CO2 Ausstoß da ist dann gibt's noch ein paar andere Treibhausgase wie Methan beispielsweise die auch für den Treibhauseffekt zuständig sind wenn man jetzt also das berühmte 1,5° Ziel einhalten möchte dann müsste man eigentlich diesen hellblauen pfahrt folgen also die CO2 Emissionen drastisch reduzieren und innerhalb der nächsten 30 Jahre komplett auf Null runterbringen das ist aus dem Jahr 2015 hier wir sind jetzt 2023 irgendwo hier wir sind jetzt schon deutlich überhalb von diesem Pfad wir sind irgendwo etwas oberhalb von dem orangenen Pfad das heißt dieses 1,5° Ziel zu erreichen wird zunehmend schwieriger weil man einfach dann steiler diese Kurve hier abfallen lassen müsste und da können wir uns alle überlegen realistisch das ist dass wir in 20 30 Jahren wirklich kein einziges CO2 Molekül mehr ausstoßen das ist also ähm eine ganz schwierige Aufgabe wir sehen auch diese anderen Kurven die wir da sehen führen zu anderen Temperaturanstiegen ja diese dunkelblaue hier zu knapp 2° die orangene hier zu knapp 3° die rote zu dreieinhalb und die braune hier zu 4inhal° das sind also die Szenarien die es so gibt und da muss man sich jetzt überlegen welches wir wohl in der Realität beschreiten werden was hat das zur Folge wenn die Temperatur ansteigt die ist nicht global homogen dieser Temperaturanstieg sondern wir sehen dass also vor allem die Landmassen deutlich stärker warm werden als die Ozeane das ist die aktuelle Situation hier oben 1 Grad haben wir jetzt schon sogar über 1 Grad wir sehen deutlich dass es vor allem die Landmassen sind die stärker zunehmen hier an der Temperatur für 1,5 für 2 und für 4° Simulationen und auch da sieht man eben sehr dramatisch dass vor allem auch hier die nördliche Hemisphäre sehr stark betroffen ist vor allem auch hier eben die Gebiete die sowieso jetzt schon unter hohen Temperaturen und Dürren leiden was passiert es werden vor allem die extrem Wetterereignisse zunehmen wie wir es ja auch jetzt schon zunehmend sehen also stark Regen Sturm Dürre Waldbrände alles was damit verknüpft ist das ist inzwischen relativ sicher dass das zusammenhängt ähm das heißt das ist ein gutes Argument um letztlich sich dem Thema Nachhaltigkeit zu widmen ein zweites ganz praktisches und vielleicht noch viel einsichtigeres Argument ist die fossilen Brennstoffe sind nun mal endlich wir können die nicht unendlich die nächsten 1000 Jahre benutzen äh man kann drüber streiten ob die noch 20 40 100 Jahre halten aber sie werden auf jeden Fall endlich sein und wir brauchen dann natürlich ein Szenario was wir danach machen können wenn wir noch weiterhin Energie benutzen und da gibt's eigentlich nur zwei Optionen eine ist Kernenergie also entweder Kernspaltung oder schnelle brütertechnologien oder Kernfusion vielleicht irgendwann mal in der Zukunft oder eben Solarenergie und Solarenergie ist jetzt nicht nur Photovoltaik oder Solarthermie alles was letztlich über die Sonne angetrieben wird ist letztlich Solarenergie also auch die Windkraft die ganze Thermik durch die Sonne angetrieben Wasserkraft auch der wasserkreislaufzyklus wird über die Sonne angetrieben und natürlich auch die Biomasse und das ist auch alles natürlich nicht neu das hat zum ersten Mal der Herr Hubbert erzählt in den Ende der 40er Jahre der war bei der Firma Shell angestellt als Geophysiker und hat diesen dieses Zitat hier gebracht eigentlich geht das noch weiter zurück nämlich über 300 Jahre da hat der Herr von karlwitz in Sachsen war der für die Forstwirtschaft zuständig hat zum ersten Mal das Wort nachhaltig oder nachhaltend benutzt in diesem etwas verschwurbelten Deutsch aus heutiger Sicht wenn man das frei übersetzen würde heißt das wir sollten den Wald nicht stärker Abholzen wie wir ihn nachpflanzen damit wir also innerhalb von einer Generation letztlich nicht weniger Wald zur Verfügung haben als vorher und das ist so das Prinzip der kurzfristig geschlossenen Kreisläufe dass man also innerhalb von einer Menschengeneration nicht mehr aus dem System rausnimmt als wieder reinkommt gut dann kommen wir jetzt zur Photovoltaik und was ist besonders an der Photovoltaik zum einmal fällt auf dass die Modularität eine Besonderheit ist Modularität heißt wir haben einzelne Solarzellen die dann zu größeren Einheiten zusammengeschaltet werden also z.B viele solarzeellen in ein Modul viele Module dann in ein System und das kann man dann letztlich von kleinanwendungen hier das kennen sie alles Wecker Uhren und sowas im wenigen Milliwatt Bereich bis hin zu großen Freiflächenanlagen die im Megawatt oder sogar Gigawatt Bereich arbeiten skalieren ja sie kennen dann auch die ganzen netzgebundenen Sachen die Hausanlage auf dem Dach die freifeldanlagen oder hier irgendwie so lärmschutzwänd die sind alle letztlich an Stromnetz angekoppelt aber es gibt eben auch die Möglichkeit das Netz autar zu machen also z.B hier klassischer Fall der Satellit oder eben der Wecker E-Mobilität könnte man theoretisch auch mit Fotovoltaik koppeln auch wenn das vielleicht nicht unbedingt so wirtschaftlich erscheint und letztlich natürlich auch in abgelegenen Gegenden die keinen Zugang zum Stromnetz haben also diese große Bandbreite ist besonders denken Sie dran ein Kohlekraftwerk hat eine bestimmte Größe ein Kernkraftwerk hat eine bestimmte Größe weil sie eben in diesem Größen Bereich nur wirtschaftlich arbeiten können gut jetzt haben wir gesagt CO2 und Nachhaltigkeit und passt das alles so zusammen da müssen wir uns natürlich mal überlegen wie viel CO2 wird wirklich eigentlich ausgestoßen wenn eine Photovoltaikanlage arbeitet den ersten Blick würde man sagen gar nichts weil die Sonne strahlt und die Photovoltaik arbeitet da wird kein CO2 produziert wird also kein Brennstoff benötigt aber natürlich muss man die Anlage erstmal herstellen produzieren und da wird natürlich auch je nachdem wo und wie sie hergestellt wird CO2 benötigt Strom z.B und je nachdem wie der Strommix in dem Land aussieht wo die solatzelle hergestellt wird ist das eben mit mehr oder weniger CO2 Ausstoß indirekt verbunden ähm und das wird dann in der Regel natürlich geteilt durch die Laufzeit der Solaranlage also 20 25 Jahre in der Regel und dann kommt man auf einen gewissen Betrag ein CO2 Rucksack der im Laufe dieser Zeit sozusagen abgebaut wird wenn man das mal hier für verschiedene Technologien anschaut sieht man hier die klassischen fossilen Energieträger kohleöl so in der Größenordnung von 1000 g CO2 Ausstoß pro Kilowattstunde Gas ist ein bisschen besser allerdings sind da oft nicht die Emissionen die bei der Entstehung der OD bei der Förderung frei werden mit drin also eigentlich ein bisschen schlechter und dann hier die sogenannten regenerativen Energien und da ist die Photovoltaik hier in dem Beispiel bei 40 ungefähr das schwankt je nachdem wo man genau hinguckt so zwischen 15 und 50 und am Ende der Skala hier Kernenergie und Wind Kernenergie muss man auch ein bisschen aufpassen da sind in der Regel nicht die Endlager Emissionen mit dabei die man aber noch schwer beziffern kann weil es ja noch gar keine entlager gibt äh aber Wind ist in der Regel die günstigste also CO2 ärmste Form der Energieerzeugung gut jetzt kommt ein bisschen Physik damit ich Ihnen ein bisschen erklären kann wie so eine Solarzelle eigentlich funktioniert bzw die Fotovoltaik an sich dazu müssen wir uns ein bisschen mit der elektrischen Leitfähigkeit beschäftigen in dem Metall es ist normalerweise so dass man in den sogenannten energiebänden das sind Bereiche in denen Elektronen sich in getisch aufhalten dürfen ein nicht vollbesetztes Band hat also ein dieser graue Kasten hier ist ein sogenanntes Energieband das heißt mit ein bisschen Energiezufuhr nach oben hier die Energie können Sie die Elektronen in Zustände versetzen wo sie letztlich zum Stromtransport beitragen können und da das eben nur sehr wenig Energie ist die hier notwendig ist können Sie sehr viele Elektronen zum Stromtransport beitragen lassen und damit ist das ein guter elektrischer Leiter bisschen anders sieht's aus wenn so ein energetisches Band komplett mit Elektronen besetzt ist also alle erlaubten Energiezustände sind bereits besetzt dann muss man um ein Elektron bewegen zu können ist letztlich um einen ganzen Betrag hier anheben nämlich hier in dieses obere Band n dann auch das sogenannte Leitungsband dazu muss man aber erstmal Energie zufügen und das kann thermisch passieren also letztlich durch die Umgebungsenergie die wir hier haben oder eben durch Licht und da kommen wir schon Richtung Solarzelle das heißt die Lichtteilchen die onen können ihre Energie abgeben und damit ein Elektron in einen energetisch höheren Zustand anheben das ist eine gewisse Leitfähigkeit aber ist eine relativ schlechte Leitfähigkeit gegenüber diesem Leiter hier deswegen spricht man hier auch von einem Halbleiter und nicht von einem Metall wenn dieser energetische Abstand zwischen den Bändern noch größer wird dann wird es noch schwieriger da Elektronen anzuheben und man spricht dann letztlich von einem Nichtleiter oder von einem Isolator das sind die drei Kategorien die man sich angucken kann und die Solarzelle oder für eine Solarzelle brauchen wir jetzt in der Regel eben genau diese halbleitenden Materialien dann sieht die ganze Sache so aus dass wir also hier dieses untere Energieniveau haben das untere Energieband das Elektron wird durch die Lichtenergie in das obere Band angehe angehoben die fundiert dann zu einem Kontakt um letztlich an dem Kontakt einen äußeren Stromkreis anzuschließen der dann wieder mit dem anderen Kontakt der Zelle geschlossen wird und das Ganze kann dann hier im Kreis Funktionieren der blaue Bereich ist dann jetzt hier der die Solarzelle und die Energie wird zugeführt hier durch das einfallende Sonnenlicht Solarzelle ist also eigentlich nichts anderes eine sich selbst aufladende Batterie die angetrieben wird durch die Energie der Photon das Spektrum was auf die Solarzelle fällt ist wenn wir sie draußen der Umgebung aufstellen in der Regel das Sonnenspektrum das haben wir hier mal dargestellt das ist die sogenannte photonendichte also Abhängigkeit der Energie der Elektronen die hier in der Wellenlänge aufgetragen ist die Anzahl der vorhandenen Photonen und da sieht man hier das ist der sichtbare Bereich hier so ungefähr zwischen 400 und 800 nanomet das Maximum im Sonnenspektrum liegt hier ungefähr so bei 650 Nanometer also hier irgendwo im orangenen Bereich da kommen also am meisten Photonen ähm auf die Erde so und wenn wir das uns überlegen können wir jetzt überlegen wie die Solarzelle eigentlich aufgebaut sein muss damit das auch funktioniert in der Regel haben wir eine Siliziumscheibe ein silizum Kristall oder ein sogenannten Wafer wie auch in der Chipindustrie verwendet wird der hat eine gewisse grunddotierung in der Regel ist das mit boh dotiert das nennt man dann eine positiv Dotierung dann brauchen wir noch einen anderen Bereich der Oberfläche hier einen mit Phosphor oder negativ bezeichneten Bereich und dann haben wir let ich ein PN Übergang hier also eine klassische Diode und am Übergang dieser beiden Bereiche bildet sich ein elektrisches Feld aus innerhalb von diesem wfer da wo dieser pnübergang stattfindet und damit haben wir eigentlich schon fast alles beieinander jetzt brauchen wir eigentlich nur noch Kontakte auf der Vorderseite und auf der Rückseite der Vorderseite möglichst nicht ganz flächig weil da soll ja das Licht eintreffen noch der Rückseite kann es auch ein ganzflächiger Kontakt sein und das wäre schon eine Solarzelle die eigentlich funtioniert nicht besonders gut aber das erklärt schon mal das Prinzip was wir jetzt noch haben ist das einfallende Licht also die Lichtteilchen die hier eindringen absorbiert werden nach einer bestimmten Lauflänge im Material und diese Lauflänge die ist interessanterweise abhängig davon wie viel Energie die Lichtteilchen haben also die energieereicheren Photonen die werden relativ nah an der Oberfläche absorbiert also 600 Nanometer Wellenlänge ungefähr innerhalb von 2 mikromet also 2000 mm wähend die langwelligeren Photonen sagen wir mal um die 1000 Nanometer schon 200 Mikrometer also 0,2 mm laufen müssen bevor sie absorbiert werden nutzbares Spektrum für so eine Silizium Solarzelle ist hier angegeben so ungefähr zwischen 300 und 1180 Nanometer auch der Grund dafür dass die Solarzellen relativ dick sind aus Silizium nämlich ungefähr so 150 Mikrometer um wirklich auch die langwelligen Anteile in dem Spektrum gut absorbieren zu können und damit letztlich zum Strom beitragen zu lassen so was muss jetzt noch passieren hier dieses äh Photon hat hier ein sogenanntes Ladungsträger paar erzeugt und dieses Elektron was dann jetzt hier sich in dem erhöhten Zustand in dem Leitungsband befindet das muss jetzt hier irgendwie in die Nähe dieses pnübergangs kommen ja bewegt sich hier zufällig stochastisch verteilt und irgendwann kommt es mal vielleicht per Zufall in den Bereich dieses elektronischen Feldes hier und sieht dann letztlich eine Beschleunigung hin in die obere Schicht dann hat das zurfolge dass die obere Schicht hier negativ geladen ist und die untere Schicht positiv dann haben wir eine Ladungstrennung negativer Pol oben positiver Pol unten wichtig ist jetzt dass die Ladungsträger so lange existieren dass Sie auch wirklich diese Distanz hier zurücklegen können das heißt diese Diffusionslänge wie man das auch nennt die muss lang genug sein damit eben letztlich die Elektronen zum Kontakt kommen können und das ist dann gekoppelt hier mit der sogenannten leben Dauer der existenzzeit von solchen wadungsträger nachdem sie durch die Absorption eines Photons angeregt wurden und das ist der Grund warum so wichtig ist sehr saubere Materialien zu verwenden Stichwort reinraumtechnologie kennen Sie wahrscheinlich alles ja die Männer und Frauen mit den schönen Mützchen und Kittelchen das dient alles dazu dass letztlich keine Verunreinigungen in das siliziummaterial eindringen können weil dann diese Lebensdauer erniedrigt wird und ladurch letztlich die Materialqualität und auch die Solarzelle schlechter werden gut noch mal dieses schöne Bildchen mit dem unteren Energiereservoir dem balenzband und dem oberen dem Leitungsband also noch mal das gleiche getrennt hier durch die sogenannte bandlückenenergie e GAP Englisch Lücke und wir sehen jetzt hier dass also langwelliges Energie ärmeres Licht vielleicht gerade es schafft das Elektron hier anzureiben anzuheben während das kurzwellig Licht mehr Energie mitbringt und letzt sich das Elektron hier sogar noch höher anregen kann K sagen super mehr Energie viel hilft viel allerdings kann man das nicht ausnutzen weil der das Elektron hier relativ schnell durch Stöße mit dem Kristallgitter wieder hier unten an das an die Unterkante des leitungsbandes Gerät um dort letztlich wieder den energetisch favorisierten Zustand einzunehmen das passiert so schnell dass man letztlich diese Zusatzenergie nicht nutzen kann die wird einfach durch die Stöße in Wärmeenergie umgesetzt und das ist letztlich nachher nicht nutzbar bisschen hübscher ausgedrückt sieht man das ganze hier noch mal also das energiereiche Photon schafft es das Elektron hier hoch anzuheben aber diese Energie wird letztlich ungenutzt abgegeben während hier ein zu energiearmes Photon ist gar nicht schafft das Elektron hier hochzuheben und damit letztlich kann dieses Photon auch nicht zum Stromtransport nachher beitragen diese Überschussenergie wird wie gesagt in Wärme abgegeben man spricht da auch von thermalisierung während die Photonen die gar nicht zur Anregung beitragen können einfach transmittiert werden also einfach durch das Material durchlaufen ohne dass irgendwas passiert dann können wir auch letztlich hier diese fundamentalen Mechanismen verstehen die wir hier noch mal sehen einmal wie gesagt die Transmission wo also gar nichts passiert weil die Energie nicht ausreicht um die Elektronen hier anzuheben das ist also alles was hier auf der rechten Seite von diesem blauen Strich eingemalt ist all diese Photonen sind nicht nutzbar weil sie letztlich zu wenig Energie mitbringen auf der anderen Seite von der Linie sehen wir das funktioniert aber die energi reichen die also hier weiter links sind die kurzwelligen die haben so viel Energie dass sie eben letztlich gar nicht alle Energie nutzbar einbringen können son sondern dass ein Teil davon in Wärme abgegeben wird so dass also letztlich nur dieser grüne Anteil hier übrig bleibt diese anderen zwei verlustmechanismen sind letztlich schon mal eingeschränkt dann gibt's wenn man genau guckt noch ein paar mehr Beschränkungen auf die ich jetzt aber gar nicht eingehen will ähm das reicht eigentlich schon aus um letztlich sagen zu können der Wirkungsgrad von der Solarzelle der ist immer definiert als die elektrische Leistung die aus der Solarzelle rauskommt dividiert durch die Lichtleistung die man als Energie reingesteckt hat der kann aufgrund dieser hier oben beschriebenen Effekte nie größer werden im fallalle von Silizium als Material als diese 29,4% das kann man also ausrechnen das heißt eine silizumsolarzelle unter normalen Einsatzbedingungen sogenannten Standardbedingungen kann keinen höheren Wirkungsgrad als 29,4% bekommen in der Realität ist es noch weniger warum weil wir auch noch nicht ideale Verluste haben die sind hier mal so ein bisschen dargestellt also wir können reflektionsverluste haben das Licht was hier auf die Solarzelle eintrifft kann z.B hier an der vorderseitenmetallisierung reflektiert werden oder auch an der Oberfläche der Solarzelle oder dann letztlich äh in bestimmten Bereichen in der Solarzelle verloren gehen kann auch sogar wieder aus der Solarzelle rausreflektiert werden das sind also alles optische Verluste also Photonen die verloren gehen und dann wenn wir die umgewandelt haben in die Ladungsträger dann können auch noch diese Ladungsträger verloren gehen äh an der Oberfläche an der Rückseite oder auch im Volumen der Solarzelle das sind also alles noch mal verlustmechanismen die noch oben drauf kommen um letztlich von diesem 29% dann noch weiter nach unten den Wirkungsgrad korrigieren vielleicht zur Information typische Solarzellen die sie heute kaufen können im Modul haben Wirkungsgrade so von 22%. wenn Sie ein bisschen mehr Geld ausgeben wollen können Sie auch kommerzielle Module kaufen die bis zu 24 oder 24,5b% Wirkungsgrad haben wir sind also schon relativ nah dran an diesem theoretischen Limit von 29%. gut dann vielleicht mal ein bisschen über den Tellerrand rausgeguckt kann man denn letztlich mit Photovoltaik die Welt retten in Anführungszeichen das heißt wie groß müsste eine Photovoltaikanlage sein um z.B den gesamten Strombedarf von Deutschland oder der Welt zu decken das heißt kann man ausrechnen für die gesamte Stromversorgung in Deutschland müsste das ein 40 x 40 quadrkilm großes Gebiet sein für den weltweiten Strombedarf 250 km im Quadrat das macht natürlich keinen Sinn würde man nicht so machen aber es zeigt dass es jetzt nicht völlig absurd ist weil die Menge über die Erde verteilt ist natürlich im Prinzip machbar natürlich wird man nie versuchen die gesamte Stromversorgung über Photovoltaik zu machen das wird immer ein Mix aus verschiedenen Technologien sein aus verschiedensten Gründen aber das zeigt erstmal dass eigentlich das Potenzial vorhanden ist dann gucken wir mal die historische Entwicklung ein bisschen genauer an hier rechts oben sehen wir die jährlich installierte Photovoltaikleistung hier über die letzten fast 50 Jahre aufpassen hier ist eine logarithmische Achse das ist also jeweils ein Faktor 10 zwischen jedem Strich hier und da sieht man ganz interessante Sachen das erste was auffhällt ist es gab nie ein Jahr wo weniger installiert wurde als im Vorjahr also man denkt ja immer so Krisen der Photovoltaik und die gab es auch natürlich in verschiedenen Ländern vor allem auch in Deutschland natürlich aber global ist das Wachstum wirklich jedes Jahr positiv gewesen es gab also nie einen Rückschritt sozusagen was man auch sieht hier es gibt hier so bestimmte Phasen stärkeren und nicht so starken Wachstums interessant ist z.B hier so ab 2000 ungefähr sieht man eine relativ starke Beschleunigung hier so bis 2010 11 ungefähr das ist die Zeit ind dem das EEG in Deutschland auf den Weg gebracht wurde was ein großer Katalysator war für die Herstellung von Solarzellen kommen wir naer gleich noch mal dazu anderes interessantes Bild ist das hier unten das ist die sogenannte Lernkurve der Photovoltaik hat nichts mit Physik zu tun ist eigentlich aus dem Wirtschafts äh Fächern übernommen da sieht man in der Regel immer den Preis den eine Einheit hat mal hier für die photovoltaig ein Watt in einem Modul aufgetragen über die insgesamt hergestellte Menge an Watt im Modul und das ganze doppelt logarithmisch hier also sowohl die x wie die Y-Achse und dann ergibt sich in den meisten Fällen zumindest teilweise eine gerade ein linearer Zusammenhang und die Steigung aus dieser Geraden die sagt jetzt aus und wie viel die Preise pro Watt sinken wenn insgesamt die Menge an hergestelltenem Produkt verdoppelt wurde ja also diese Kurve hier diese blaue die sagt aus dass der Preis um 24% pro Watt fällt wenn ich insgesamt doppelt so viel Menge hergestellt habe ja und man sieht das ist also überraschend linear hier gibt's mal so eine kleine Abweichung aber wenn man das hier durchzieht dann passt das über 40 50 Jahre relativ gut ganz interessant und man sieht auch dass das hier hinten raus sogar noch ein bisschen beschleunigt zu sein scheint ja das wären dann also sogar schon 39% Verringerung des Preises bei verdoppelter herstellungszahl man sieht auch hier die letzten Zahlen 20 21 20 22 insgesamt schon über ein Terawatt Leistung hergestellt worden man all diese grünen hier zusammenzählt dann kommt man eben auf dieses ein oder inzwischen sogar schon mehr wir sind ja schon in 23 jetzt das Interessante ist dass damit sozusagen eine Vorhersagbarkeit der Kosten möglich ist das ist das eigentlich Interessante und das dient natürlich in der Politik vor allem auch dazu eine Technologie zu bewerten ob es sich lohnt eine Technologie soweit zu fördern um sie in die Massenfertigung zu bringen weil man weiß dass dann die Kosten so weit runtergehen werden dass es wirtschaftlich Sinn macht auch wenn es jetzt zum aktuellen Zeitpunkt vielleicht eben noch keinen Sinn macht das hat man eben in der Fotovoltaik sehr stark vermutet dass das so ist und das hat sich eben auch so bewahrheitet natürlich hat man ja am Anfang gesagt das ist ja viel zu teuer das macht ja gar keinen Sinn aber wenn man sich diese Steigung anguckt dann konnte man damals schon sagen na ja wir müssen also nur ein Terawatt herstellen dann sind wir hier bei Kosten von 30 Cent pro Watt ungefähr das kann man aus so einer Kurve dann rauslesen gut dann kommt NAT durch drauf an wo stelle ich meine Fotovoltaikanlage hin weil natürlich die Sonne nicht überall auf der Erde gleich stark scheint deswegen hier mal die einstrahlungsleistungen global und da sehen wir wie vermutet nah des Äquators und den Wüstenregionen haben wir natürlich mehr Einstrahlung als bei uns also bei uns sind wir hier irgendwo vielleicht in dem Bereich hier 1200 und in den wüsteng Gegenden sind wir hier irgendwo bei 2in5000 das heißt es ist ungefähr ein Faktor 2 dazwischen das heißt die gleiche Anlage in der Sahara oder der atakama Wüste oder im australischen Outback aufgestellt bringt pro Jahr doppelt so viel Kilowattstunden mit der gleichen installierten Leistung ist natürlich erstmal ein starkes Argument das daz machen wo die Sonne auch am meisten scheint allerdings müssen wir beachten dass wir wenn wir das da machen und es den die Energie aber woanders verbrauchen wollen müssen wir sie den Strom natürlich irgendwoh her transportieren entweder direkt über Leitungen hat man Leitungsverluste äh oder eben wir müssen eine Speicherform finden chemischen Speicher und den dann wieder letztlich zum Ort zu bringen wo es benötigt wird und das sind alles Verluste die in der der Regel dazu führen dass es doch deutlich mehr Sinn macht vor Ort dezentral zu generieren und letzt sich die fotovolteig zu betreiben als das nur an den am besten geeigneten Orten der Welt zu machen in Deutschland gibt's natürlich auch eine Verteilung die sehen wir hier rechts die ist nicht ganz so stark aber es ist immerhin so ja plus minus 8% von Nord nach Süd das Gefälle hier und wir sehen auch dass hier so im oberreingraben über Konstanz bis ins algu hier rein eigentlich die sonnenreichste Gegend ist in Deutschland wo sich also Fotovoltaik am meisten lohnt und nicht umsonst sieht man auch wenn man ins Algol fährt da besonders viele Fotovoltaik Anlagen Freiflächenanlagen weil das eben besonders günstige Standorte sind gut dann noch ein Punkt der mir persönlich sehr ja aufstößt zum einen mal sehen wir hier die die Kosten die man für die Installation eines kilowatts global im Mittel bezahlt das istind die roten Punkte hier über die letzten 13 Jahre oder 11 Jahre und wir sehen also das ist ein sehr starker Verfall das ist gut gute Nachricht das wird also immer kostengünstiger und zwar deutlich ja also ein Faktor 5 der hier dazwischen ist ungefähr oder vier zumindest aber und das ist das komische die Spannbreite ist sehr stark ja und das liegt zum einmal natürlich dran eine KLE Anlage ist die relativ teuer hat man eine große Anlage ist die relativ günstig aber und das ist das interessante wenn man sich das mal anschaut über die verschiedenen Regionen der Welt dann sieht man dass unabhängig davon wie groß die Anlagen sind es in unterschiedlichen Ländern unterschiedlich teuer ist obwohl die Module das ist der blaue Teil hier eigentlich überall gleich teuer sind die kommen nämlich alle aus China ja die Kosten letzt sich überall gleich viel aber die anderen Kosten die man hier noch mal aufgedröselt sieht die Sorgen letztlich dafür für das letztlich zwischen dem günstigsten hier Indien und China und den teuersten Japan Russland hasten Faktor 3 im Preis lit in den kosten ja also die gleiche Anlage ist dreimal so teuer in Russland und Japan als in China und Indien Deutschland liegt hier relativ gut ja gleich auf Platz 4 nach Österreich weil eben hier schon relativ viel Erfahrung existiert man kennt die Prozesse die relativ effektiv auch wenn viele Sagen sind immer noch sehr bürokratisch aber das ist noch viel schlimmer in anderen Ländern ja kann man dann letztlich gucken was für die einzelnen Posten da ausgegeben wird ähm müsste man sich in detail in Ruhe anschauen aber es gibt da wirklich große nationale Unterschiede was aber andersrum natürlich bedeutet das ist auch ein großes kostenreduktionspotenzial da wenn man das denn politisch nutzen möchte aber das ist natürlich auch immer eine politische Frage ob das gewünscht ist hier oben sehen wir noch mal den Verteilung von diesem globalen Mittelwert hier Module so ein starkes Drittel dann die ähm BOS das sind die balance of system Kosten also alles was nicht das Modul ist der Wechselrichter die Aufständerung die Verkabelung und sowas alles ist auch noch mal ungefähr ein Viertel da kommt der Wechselrichter dann noch dazu blauen teil und dann kommt die Installationskosten und letztlich hier softcost also alles was an Genehmigungen und sonstigen Kosten noch äh mit dabei ist gut Frage die eigentlich immer kommt ist ja lohnt sich das denn überhaupt auch energetisch wenn man sich überlegt dass ja erstmal Energie reingesteckt werden muss um so ein Solarmodul ein Solarsystem herzustellen das heißt die Frage ist immer wie lange muss eigentlich so eine Anlage laufen bis sie die Energie eingespielt hat die Sie bei der Herstellung äh erstmal benötigt hat da gibt's inzwischen sehr belastbare Zahlen und die kurze Antwort ist es dauert ungefähr ein Jahr aber wenn man genau hinguckt dann sieht man auch da gibt's Unterschiede natürlich auch wieder vom Aufstellungsort aber auch davon wie effektiv z.B das Stromnetz arbeitet ja das sind so Faktoren die man gar nicht so in erster Linie im Kopf hat es kommt also wirklich drauf an in welcher Region es installiert wird weil die Bedingungen auch die das Stromnetz mit sich bringt unterschiedlich sind unter anderem kommt auch darauf an ob die Solarzelle jetzt z.B in China produziert wurde oder in Europa weil letztlich der CO2 Anteil im Strommix in China anders ist als in Europa z.B m wenn man dann genau hinguckt sieht man hier am kostengünstigsten scheint das hier in nicht am kostengünstigsten am schnellsten hat sich das amortisiert in Indien mit einem knappen halben Jahr und Europa wie gesagt so ein Jahr ungefähr und je nördlicher man ist desto länger dauerzeit we letztlich die Fotovoltaikanlage weniger Ertrag pro Jahr liefert typische Laufzeiten von Photovoltaikanlagen sind 25 Jahre vielleicht auch 30 Jahre das heißt also die Fotovoltaikanlage speist 25 bis 30 Mal so viel Energie ein als sie bei der Herstellung benötigt hat es macht also definitiv energetisch Sinn man genauer hinguckt sieht man hier auch die Kosten die Treiber die letztlich die CO die die Energien ausmachen das ist das Silizium das der grüne Batzen hier unten und das Modul da vor allem dann hier der Aluminiumrahmen und das Glas das sind so die Punkte die relativ energieintensiv sind und dann natürlich die Aufständerung Metallteile Wechselrichter alles was da noch dazu kommt gut kommen wir zu den Technologien was gibt's an Photovoltaik Technologien haben wir jetzt schon immer was von Silizium gehört und in der Tat ist es so dass das kristalline Silizium mit Abstand die dominierende Technologie ist das sind also hier diese hellblauen und dunkelblauen Farben und zwar in Form von einkristallinen Material wo also ein sehr feiner sehr sauberer Einkristall benutzt wird oder eben multikristallines Material das ist ein bisschen weniger anspruchsvoll in der Herstellung und da sieht man hier also die starke Entwicklung wie sich das hier aufgeblätt hat über die letzten 20 Jahre und die gleichen Zahlen hier unten noch mal im relativen Maßstab da sieht man so ein paar Trends so ab den 90er Jahren ging erstmal das dunkelblaue also das multikristalline Anteil in den Marktanteilen hoch bis dann hier so vor 5 Jahren ungefähr wieder eine Rückwärtsbewegung da war und auf einmal das einkristalline Material wieder deutlich an Oberhand gewinnt kann man dadurch erklären dass die solarzahenprozesse besser geworden sind und man inzwischen mit dem teureren aber qualitativ hochwertigeren einkristallinmaterial höhere Wirkungsgrade erzielen kann und damit letztlich insgesamt kostengünstiger werden kann was man auch sieht ist dass die sogenannten Dünnschichttechnologien das sind hier die Grünen Beiträge keine Marktanteile gewinnen das ist hier so relativ konstant auf 5% die letzten Jahre s dass man also davon ausgehen kann dass auch noch in der Zukunft das kristalline Silizium wahrscheinlich die Technologie dominierend wird jetzt kommen wir zur gerätchenfrage was kostet das jetzt eigentlich wenn ich mir das auf Kilowattstunden Basis anschaue da sieht man mal hier Zahlen aus dem Jahr 2018 sind also schon 5 Jahre alt sieht man in gelb hier die Photovoltaik Technologien auf kleineren Dächern größeren Dächern oder Freiflächenanlagen da sieht man hier im günstigsten Fall irgendwo so zwischen 4 und 6 Cent pro erzeugter Kilowattstunde das ist so AR mit dem unteren Bereich der Windkraft an Land und auch hier damals mit der Braunkohle was ja die günstigste fossile Energie ist das war wie gesagt 2018 paar Jahre später 2021 sieht das ganze so aus die photovoltaikbalken hier sind ein bisschen runter gegangen und das Interessante ist die fossilen sind deutlich nach oben gewandert warum weil eben über den CO2 zertifikatshandel letztlich diese Energieform teurer gemacht wurde um letztlich die externen Kosten damit einzupreisen was dann dazu geführt hat dass jetzt die Fotovoltaik und die Windkraft deutlich kostengünstiger als die fossilen sind ne das wird dann dazu führen dass auch die ganze Kohle Diskussion die wir jetzt haben meiner Ansicht nach sich schneller erledigen wird als man glaubt dieser Kohleausstieg der da vorgezogen würde der wird noch viel schneller kommen als man selbst jetzt diskutiert meine persönliche Meinung ob das dann ein echter Ausstieg ist oder nur schneller runtergefahren wird und noch länger läuft das ist die andere Frage aber es wird bestimmt weniger CO2 über Kohle letztlich in die Atmosphäre gelangen hoffentlich als es bis vor kurzem noch geplant war man sieht auch Speicher sind zunehmend auch interessant sind noch nicht so ganz wirtschaftlich überall aber werden zunehmend wirtschaftlicher das heißt natürlich kann man fotovoltaikstom n nutzen wenn die Sonne scheint man muss also den Speicher irgendwie noch mitdenken zumindest für verschiedene Anwendungen und das sind also dann letztlich hier die Spannbreiten die wir auch noch letztlich damit dazu kriegen gut wie sieht's aus mit photovoltaig in Deutschland das sind die Zubauzahlen aus den letzten 20 Jahren da sehen wir das ging hier hoch bis 2010 11 12 ungefähr 8 Gigawatt pro Jahr und dann auf einmal ist was passiert was ist passiert die politischen Rahmenbedingung die Förderbedingungen haben sich geändert waren also politische Signale die dazu geführt haben dass letztlich hier der Photovoltaik Markt in Deutschland eingebrochen ist wohl gemerkt nicht global ja haben wir gesehen es ging immer Berg auf aber in Deutschland ist der Markt stark eingebrochen hier unter auf 1 Gigawatt hat sich dann hier langsam wieder hochgekämpft 2022 haben wir ungefähr 8 gigwatt gehabt waren wir also auf dem Niveau wie vor 12 Jahren ungefähr für dieses Jahr sagen die vorheragen so um die 13 gigw also es geht Berg auf allerdings wenn man in die Klimaziele der Bundesregierung reinschaut und das umrechnet auf die notwendigen Zubauzahlen dann kommen wir da eher so auf 20 Gigawatt die benötigt werden pro Jahr also da sind wir noch nicht so ganz können wir noch mal gucken wie sich das global verteilt das sind hier links die jährlichen Zubauzahlen nach Regionen geordnet ja wir sehen also 10 11 12 Europa dominierend und da hauptsächlich eben Deutschland ein großer Anteil davon und dann ändert sich das Schema hier dramatisch ja der graue Balken bricht ein Europa hier und dafür der chinesische Markt kommt und da sieht man wie was das für eine für eine riesen Entwicklung ist die wir gar nicht so mitkriegen hier was in China an Transformation gerade passiert hin zu Photovoltaik und Z erneuerbaren Energien wir sehen immer nur neue Kohlekraftwerke werden in China gebaut richtig aber eben auch mehr Photovoltaik und das hat dazu geführt dass inzwischen China mit Abstand mit großem Abstand Weltmarktführer in der Installation von Photovoltaik ist also fast vier also das Ende 22 400 gigwatt installiert dieses Jahr kommen wahrscheinlich noch mal 200 GW dazu dann sind wir schon bei 600 in Deutschland sind wir gerade bei 66 da also fast zehn Mal mehr in China installiert als in Deutschland und Deutschland war immer der große Vorreiter und inzwischen sind wir da auch schon zurückgefallen hinter die USA und Japan und selbst pro Kopf und am Strommix sind wir nur noch auf Platz 2 hinter Australien ja also die Vormachtstellung Deutschlands was die Fotovoltaik angeht die ist definitiv vorbei ja das klingt jetzt erstmal gut das geht alles voran und man sit sieht auch der Strommix in Deutschland hier wird schon zu 45% aus erneuerbaren Energien äh versorgt das ist schon mal gut steigende Tendenz aber und jetzt kommt das große ABER wenn man sich die anderen Bereiche anschaut nicht den Strom dann sieht's anders aus hier also der gesamte Primärenergieverbrauch in Deutschland und da sieht man grün sind die erneuerbaren Energien und wenn man das ausrechnet sind das nur ungefähr 20% am sogenannten Endenergieverbrauch wo also alle Verbräuche mit eingerechnet werden Verkehr Haushalte Industrie Strom alles zusammengenommen und das ist natürlich ein großes Problem weil den Stromsektor kann man relativ einfach dekarbonisieren Fotovoltaik Wind statt fossile energiekraftwerke aber die anderen Bereiche sind eben nicht so einfach zu dekarbonisieren wir sehen es am Auto ja E-Mobilität ist eine Möglichkeit wir sehen es am heizungssektor Wärmepumpen power to Gas was auch immer da kommen kann es geht also um die sektorkopplung wir müssen die anderen energiesektoren mit dem Stromsektor so verkoppeln dass wir möglichst mit Strom die anderen Sektoren auch beliefern können weil wir mit dem Stromsektor die einfachste Möglichkeit haben ihn zu dekarbonisieren also geringe CO2 Ausstöße zu haben genau also da ist noch einiges zu tun und jetzt kann man sich Szenarien überlegen wie das denn aussehen könnte zukünftig das sieht man hier wie kann es also gelingen da muss also Fotovoltaik ausgebaut werden da muss letztlich Windkraft vor allem auch ausgebaut werden das sind hier die Szenarien aus dem Jahr 2018 hier aufgestellt man sieht also momentan waren wir bei 66 haben wir gesehen man müsste hier also mal mindestens bis 385 gigwatt installierte Leistung in Deutschland kommen um dann 2045 quasi CO2 neutral die Energie zu verbrauchen das sind die installierten Leistungen das sind die daraus gewonnen Kilowattstunden also immer ein Unterschied zwischen Leistung und Energie da sieht man dass man aus diesen 385 Gwatt dann nachher 355 Giga ne Terawattstunden sind das Energie ziehen kann und bei der Windkraft an Land und offshore dann eben diese Zahlen die sie hier stehen wenn man das alles zusammenadiert kommt man hier auf ungefähr 900 Terawattstunden momentan ist der Strombedarf irgendwo bei 500 irgendwas Terawattstunden das heißt der Strombedarf wird sich drastisch erhöhen auch wenn letztlich die Energieeffizienz zunehmen wird aber durch diese sektorkopplung dass wir die anderen Sektoren mitvsorgen wird natürlich der Strombedarf insgesamt steigen das haben auch hat die Politik lange nicht erkannt dass letztlich in die Netze auf jeden Fall investiert werden muss weil der Strombedarf viel höher sein wird als jetzt und natürlich die Energiespeicherung hatte ich schon gesagt ist ganz wichtig wenn man natürlich die volatilen Energieformen wie Sonne und Wind äh seitlich speichern möchte so jetzt am Schluss noch ein bisschen Ausblick an Technologien was gerade in der Forschung en wog ist und wo auch wir vielleicht mitgearbeitet haben oder mitarbeiten da sieht man hier noch mal diese Lernkurve jetzt ein bisschen anders aufgetragen hier in Kosten pro Kilowattstunde und hier mal mit den ähm verschiedenen technologieprüngen die es gab wenn man sich das genau analysiert anschaut dann sieht man dass es eigentlich immer eine kontinuierliche Weiterentwicklung war von einem existierenden Prozess mit einzelnen Verbesserungen an einzelnen Stellen und weniger wirklich eine komplette Revolution alles neu machen mit einer ganz neuen Idee warum weil man letztlich immer versucht auf den existierenden Sachen aufzubauen denken Sie dran so eine solarzeilenproduktion die hat viel Geräte darum stehen und wenn jetzt einer sagt schmeiß die mal alle weg wir machen mal was ganz anderes weil das vielleicht besser ist dann ist das Kapital für diese en natürlich auch erstmal weg das heißt man versucht immer in kleinen Schritten mit möglichst geringem Risiko existierende Sachen zu verbessern man spricht da auch von der sogenannten bankability ein ganz schönes Wort was es glaube ich auch gar nicht gibt aber das ist letztlich ein wichtiges Kriterium um letztlich auch Investitionen stemmen zu können ja um letztlich ein Investor davon zu überzeugen dass er jetzt einem viel Geld gibt in diese Produktionsstätte zu stecken da möchte natürlich möglichst wenig Risiko haben und das hat man wenn man von dem schon existierenden und funktionierenden mit übernehmen kann ja was haben wir gemacht an der uniconstans über die letzten Jahre wir haben z.B diesen Schritt hier entwickelt eine Textur an der Oberfläche für multikristallines Material was letztlich aus dem Labor dann wirklich in die Anwendung gegangen ist auch über Patent und dann lizensiert wo also auch wirklich signifikante Einnahmen dann an die Universität zurückgeflossen sind schönes Erfolgsbeispiel gab noch andere Sachen wir haben z.B geholfen mittelständischen Unternehmen hier in Deutschland bei dem Aufbau von sogenanen schlüssselfertigen fabrikationslinien für Solarzellen war unter anderem die Firma Centrotherm die dann auch in Deutschland und global solarzellenfabriken aufgebaut haben andere Sachen hier möchte ich jetzt gar nicht im Detail drauf eingehen auf den Punkt gehe ich gleich noch mal kurz ein äh und letztlich das ist ein wichtiger Punkt wir versuchen immer im Rahmen von Industrien nahforschung mit Industrieunternehmen zusammen Projekte weiterzubringen um den Transfer aus dem Labor in die industrielle Massenfertigung möglichst aufzuzeigen oder sogar auch schon realisieren zu können jetzt hatte ich gesagt ich wollte auf diesen zweiten Punkt hier noch Eingehen auf die Vermeidung der degradation was verbirgt sich dahin [Musik] hinter Solarzellen die man fertig hergestellt hat im Modul hat aufs Dach legt oder in die Freifläche die können unter Umständen unter betetriebsbedingungen also sonnenlichteinstrahlung leicht erhöhte Temperaturen weil es sich erwärmt mit der Zeit schlechter werden und da gibt's viele Ursachen warum das so sein kann und eine dieser Ursachen haben wir uns genauer angeschaut und da sehen wir mal hier das Schema so ein bisschen ähm in der Regel ist es so dass im Anfangszustand alles gut ist die Lebensdauer also die Qualität der Solarzelle des Materials ist gut und dann kann eben unter Sonneneinstrahlung und unter Anw Anwesenheit bestimmter Stoffe in der Solarzelle die aber n mal da drin sind die Solarzelle schlechter werden dann geht's hier runter degradiert das kann man wieder rückgängig machen indem man das heiß macht aber dann hat man nichts gewonnen das fängt dann wieder an wenn man es die Sonne legt und dann hat ein Mitarbeiter von mir damals noch als HIV entdeckt dass man wenn man das schlau macht aus diesem degradierten schlechten Zustand wieder in einen guten Zustand kommt der aber anders ist als der Ausgangszustand in dem Sinne dass er jetzt unter den gleichen Bedingungen nicht wieder schlechter wird dass man also stabil in diesen guten Zustand Gerät und das hat hängt damit zusammen dass man Wasserstoff in dem Material haben muss nur dann kommt man letztlich von diesem Zustand B in den Zustand C und dann ist eigentlich alles gut und das war erstmal sehr Inter hab auch patentiert hat sich dann nachher wirklich auch zu einem Standardprozess weltweit entwickelt das wurde also dann für alle solarzeilen so gemacht oder wir vermuten es sehr stark dass es für alle gemacht wird wir kriegen nämlich nicht von allen Lizenzeinnahmen das ist ein bisschen die negative Seite da dran und da kann man dann aber schöne Physik dran machen man kann hier verschiedene Szenarien Reaktionsgleichungen aufstellen und dann letztlich hier solche besetzungswahrscheinlichkeiten von den Zuständen A B und C machen ja am Anfang ist alles in z Zustand a das weniger wird der Zustand B bevölkert das ist dann die grüne Kurve und wenn der bevölkert wird dann kann auch diese Reaktion von B nach C stattfinden das ist dann die blaue Kurve und da war letztlich eigentlich zwischen diesen Zuständen A und C was die Qualität angeht gar nicht unterscheiden können können wir dann diese A und C Besetzung zusammen addieren dann kommen wir zu der roten Kurve und das ist dann das was man auch beobachtet das wird erst schlechter und dann wenn man alles richtig macht wird die Solarzelle wieder besser und wenn man Glück hat ist er dahher wieder auf dem Ausgangszustand aber eben dann stabil ohne dass dieser degradationseffekt wieder eine Rolle spielt das ist ganz kurz das was wir über viele Jahre gemacht haben das ist dann das kompliziertere Bild ja also das muss man sozusagen aufdröseln dann als Wissenschaftler all diese verschiedenen Abhängigkeiten finden das hier sind diese drei Zustände ABC ja und das si also in der Realität noch deutlich komplexer aus und dauert eben auch eine Weile bis man dann letzt sich zu so einem vollständigen physikalischen Verständnis der Vorgänge in dem Material letztlich kommt dann kann man natürlich wenn man z verstanden hat versuchen Strategien zu entwickeln um das Problem komplett zu umgehen gut letzte Folie die ich hier habe sind noch mal ähm ein bisschen Ausblick in die Zukunft jetzt haben wir gesehen so eine Solarzelle aus siltiium kann also maximal 29,4% Wirkungsgrad haben ähm das Bildchen haben wir vorhin schon mal gesehen das sind diese beiden verlustmechanismen was kann man dagegen tun man kann versuchen zwei solangezeahen minander zu koppeln sprich eine Solarzelle oben drauf zu haben die nur die Energie reichen Photonen benutzt alle anderen durchlässt auf die untere Solarzelle die dann ein Teil dieser durchgelassenen Photonen noch weiter nutzen kann weil diese Bandlücken Unterschiede eben das erlauben im Falle von diesem Konstrukt hier kombiniert man eine Standard siliziumsarzelle mit einer sogenannten perofskit Solarzelle die eine andere Bandlücke hat und dann zu diesem Bild führt die obere Solarzelle die Macht die Energie reichen Photonen lässt alle anderen durch und ein Teil von den durchgelassenen kann dann in der unteren Solarzelle wie auch hier letztlich weiterhin verwendet werden wenn man die beiden Flächen hier addiert kommen wir letztlich auf eine größere Fläche als hier und damit auch auf eine höhere Leistung und damit kommt man eben über diese 29% rüber theoretisch kommt man dann über 40% sogar gezeigt im Labor hat man schon Wirkungsgrade von ich glaube 33% so in et das ist also eine typische Forschungsrichtung wie das weitergehen kann das dauert noch ein bisschen bis das dann wirklich auch industriere reif ist aber das sind Entwicklungen die also auch den Wirkungsgrad in der Zukunft weiter steigen lassen werden ja und damit möchte ich zusammenfassen das habe ich ihnen gezeigt Photovoltaik ist keine CO2 freie aber wie alle anderen Technologien auch zumindest von den neuerbaren eine CO2 emissionsarme Technologie wir haben diese große Dynamik gesehen Skalierbarkeit Status Quo habe ich Ihnen ein bisschen was erzählt Preise in Deutschland irgendwo zwischen 4 und 6 Cent pro Kilowattstunde momentan und wir brauchen aber noch weiteres Wachstum um letztlich dann wirklich in Richtung 100% Erneuerbare Energieversorgung zu kommen die wird ziemlich sicher ein Mix aus Photovoltaik und Wind sein wir müssen die Sektoren irgendwie alle miteinander verkoppeln und wir haben noch ein großes Problem mit der Speicherung damit das auch in großen Maßstab wirtschaftlich funktioniert da ist also noch einiges zu tun da gibt's noch keine komplett fertigen Lösungen ja und damit bedanke ich mich für die Aufmerksamkeit und freue mich auf [Applaus] Fragen ja ganz herzlichen Dank können sie mich hören gut ganz herzlichen Dank Herr hern das war ein sehr umfassender Vortrag mit sehr vielen verschiedenen Aspekten und äh jetzt können wir erstmal die Diskussion eröffnen um dann hinterher vielleicht auch mehr auch noch auf ökonomische Fragen zu gehen ich möchte auch diejenigen die im Zoom dabei sind herzlich dazu einladen per Chat einige Fragen zu stellen die wir dann hier auch mit disiskutieren also insofern sind alle herzlich eingeladen Fragen zu stellen wer eröffnet die Saison mit den Fragen danke sie hatten prognostiziert für 45 900 tw Stunden ungefähr würde der schon den Bedarf als den Primärenergiebedarf Decken von Deutschland oder sind wir da dann noch weit D von weg also ich habe das nicht prognostiziert das war das Ökoinstitut ich kann die Zahlen jetzt nur so wiedergeben ich habe da nicht selber dazu gearbeitet so wie ich es verstanden habe würde das dann wirklich schon in Richtung 100% Energieversorgung funktionieren wie gesagt das ist ein Fakt nur ich find es relativ wenig nur ein Faktor 2 mehr als wir jetzt haben das sind natürlich aber auch energieeffizienzeffekte mit eingespreist schon dass wir also effizientere Umgang mit Strom haben wie gesagt ich fand es relativ wenig aber anscheinend sind dass die Zahlen die rauskommen richtig genau man hat nürlich Verluste natürlich zwischen den mit den fossilen aber die hat man beim Strom nicht so stark aber ich fand es auch überraschend wenig sie hatten erwähnt dass die Lebensdauer von den gegenwärtigen Solarzellen in der Größenordnung 20 25 Jahre ist das ist natürlich schon relativ kurz wen man denkt wie teuer die Installation einer solchen Anlage ist sie haben auch gezeigt dass es einen Prozess gibt der hier erfunden oder entwickelt wurde mit dem die Lebensdauer verbessert werden kann in welcher Größenordnung ist damit einer Verbesserung zu rechnen bei Lebensdauer muss man immer mit dem Begriff ein bisschen aufpassen es gibt die Lebensdauer eines Moduls und es gibt jetzt die Lebensdauer der Ladungsträger in der Solarzelle das sind natürlich ganz andere Größenordnungen unsere Entwicklung und Erfindung in Anführungszeichen ging jetzt dann dahin die Lebensdauer in der Solarzelle der Ladungsträger zu erhöhen also im Prinzip den Wirkungsgrad zu erhöhen das hat natürlich indirekt vielleicht auch was damit zu tun dass die Lebensdauer einer gesamt Anlage verlängert werden kann ähm diese 20 25 Jahre beziehen sich im wesentlichen auf die Herstellergarantie sie kriegen momentan von ihrem modulverkäufer garantiert dass das Solarmodul nach 25 Jahren noch mindestens 85% der Ausgangsleistung hat oder irgendwie sowas um den Dreh rum das heißt nicht dass es nach 25 Jahren kaputt wäre es gibt also durchaus Solaranlagen die jetzt schon 30 40 Jahre laufen die sind natürlich dann dementsprechend früh installiert worden mit anderen Methoden spricht aber nichts dagegen dass die auch deutlich länger halten können da hat man momentan eben noch nicht die Erfahrung weil die eben noch nicht in der Regel so lange im Feld sind es gibt weitere Entwicklung normalerweise ist die Solar ist das Solarmodul so aufgebaut dass auf der Vorderseite eine Glasschicht ist dann kommt eine Eva Folie dann kommt die Solarzelle dann kommt eine rückseitige Eva Folie also so eine polymerärfolie und dann kommt die sogenannte Rückseitenfolie das meistens so eine weiße Folie die man da auch durchscheinen sieht es gibt andere Entwicklungen gerade jetzt wo man letztlich auf Vorder und Rückseite jeweils eine Glasplatte hat und dann prognostiziert man dass die Lebensdauer von solchen Solarmodulen deutlich länger sein kann also dann rnet man dass es ohne Probleme wahrscheinlich auch 40 Jahre halten kann das ist eine Frage des Preises und der Technologie weil so eine Glasplatte natürlich ein bisschen teurer ist als nur so eine Folie aber wenn man solche Sachen adressieren will und an Langlebigkeit interessiert ist dann ist das wahrscheinlich der richtige Weg äh den zu gehen das sind dann auch Solarzellen die bifatial sein können wo also sowohl von der Vorderseite wie von der Rückseite Licht einfallen kann das macht auf dem haustach jetzt nicht so viel Sinn aber wenn man es auf die Freifläche stellt man eine gewisse rückreflexion vom Boden unten hat dann kann man dadurch noch mal extra Leistung äh bekommen undne dass sich an der Solaranlage an sich was ändert bitttechön danke schön ich habe zwei Fragen erstens was äh wie funktioniert die das Recycling nach Ablauf der 25 30 Jahren und zweitens hier wird ja ordentlich geforscht an der ganzen photovoltaik wird genauso heftig auch geforscht an diesen Speichermedien weil wenn man natürlich viel Strom hat ja ich fange mal mit der zweiten Frage an wir persönlich arbeiten wirklich nur im Bereich der Fotovoltaik und nicht an der Speicherung weil das oft auch chemische Prozesse sind und wir da als Physiker in der Regel ein bisschen aus der physikalischen Seite drauf gucken und äh ja braucht da wahrscheinlich eher wenn man Richtung chemische Speicherung geht eher die Chemie auch mit dem Boot also das heißt wir als Arbeitsgruppe tun das nicht zum Recycling wichtiger Punkt man hat lange überlegt dass es Sinn machen sollte die Silizium wer zu recyceln weil die relativ aufwendig hergestellt wurden und früher auch eben sehr teuer waren zwischen hat sich das durch verbessert Herstellungsprozesse dahingehen entwickelt dass die lizium wäfer sehr sehr kostengünstig sind so dass sich das also überhaupt nicht mehr rentiert die siliziumwerfer zu recyceln aber man versucht natürlich andere Materialien im Solarmodul zu recyceln unter anderem das Silber das ist die wertvollste Komponente die man also für die Leiterbahnen auf der Vorderseite hat da versucht man Prozesse zu entwickeln wie man das Silber wieder rausgewinnen kann man hat lange versucht auch zu überlegen ob man das Glas wieder recyceln kann da hat man das Problem das ist ja verklebt mit der Solarzelle über diese polymerschichten also z.B Eva dann hat sich gezeigt dass man das wahrscheinlich nicht kostengünstig hinkriegt zumindest noch nicht jetzt mit den jetzt anfallenden Mengen an aus dem Feld kommenden Modulen das steigt natürlich mit der Zeit und man sieht ja jetzt vor 20 Jahren war es viel niedriger als jetzt eben ist das heißt das kann sich durchaus nachher irgendwann mal rechnen momentan mit den anfallenden Mengen rechnet sich es nicht da wird momentan me in die Richtung gedacht das zu schreddern und dann letztlich wieder die geschredderten Bestandteile wieder zu trennen also z.B eben das Silber rauszuholen aber das ist eine Frage letztlich von von Wirtschaftlichkeit ab wann ab welcher Menge es sich lohnt und dann ist noch die Frage welche Bestandteile dann wirklich reykelt werden das Problem ist das Glas was man dann hat das kann man in der Regel nicht wieder für solarmodulglas verwenden weil das von der Reinheit dann nicht mehr stimmt aber man kann es natürlich für andere Zwecke benutzen vielleicht also so diese Idee eins zu ein aus dem alten modulglas wieder ein neues modulglas zu machen wä ja charmant das rechnet sich wahrscheinlich also momentan zumindest nicht wie es in der Zukunft ist muss man gucken bitteschön ich habe noch mal eine Frage zu ihrem zu einem ihrer Prognose slid da war dann die Photovoltaik also die Energielieferung durch die Photovoltaik war dominierende mit ungefähr zwei Drittel gegenüber der Windkraft mit einem Drittel oder so ähnlich und da hat sich mir die Frage gestellt wie ist den der Wirkungsgrad von Windkraft im Vergleich zu Fotovoltaik ja also da muss man gar nicht so sehr über den wirkungskgad Reden sondern über die sogenannten vollaststunden das ist im Prinzip das Jahr hat knapp 9000 Stunden 8800 irgendwas und wir bekommen aus einem Kilowatt installierter Leistung eben pro Jahr nicht 8800 kowunden das wäre wenn die Sonne die ganze Zeit mit voller Kraft da drauf scheinen würde S SN eben nur 1000 das heißt wir haben 1000 vollaststunden in der Fotovoltaik also die Anlage arbeitet sozusagen unter Vollast nur an 1000 Stunden im Jahr aber natürlich übers Jahr verteilt und das ist bei der Windkraft anders da kommt mehr raus das kann man sich ja letztlich überlegen aus 104 Gigawatt kommen 199 terwstunden raus das ist also 2000 kowatt Stunden pro Kilowatt installierte Leistung kommt also letztlich hat doppelt so viel vollaststunden wie die Photovoltaik und das steckt da dahinter und wenn sie sich das anschauen für die offshore da ist es noch äh dramatischer ja das ist ein Faktor 4 ungefähr oder dreieinhalb kommen also 3500 vollaststunden zusammen weil einfach da der Wind mehr wäht als an landand also man muss immer aufpassen zwischen Leistung ja das ist die installierte Leistung aber davon kann ich mir noch nichts kaufen ich brauche die Kilowattstunden das ist das rechte Bild okay da oben bitte ich kriegen ein Mikrofon bit wir hatten in Konstanz ja eine tolle Entwicklung in den 90er Jahren aber nicht nur in konstand sondern in der Bundesrepublik ging die Solarindustrie oder fotovoltaikindustrie mächtig nach vorne dann kam der Einbruch dann hieß es die Chinesen subventionieren die fotovoltaikindustrie und deshalb haben wir in Deutschland keine Chance mehr äh eben die Konkurrenz äh zu überwinden woran lag das damals sind es wirklich Subventionen oder ist es der skaleneffekt dass in China eben sehr viel Fotovoltaik für den chinesischen Markt erzeugt worden ist und damit die Preise dort eben gesunken sind also gibt's glaube ich zwei Antworten zum einmal war politisch es gewollt diese Unterstützung zurückzufahren in Deutschland das hat dazu geführt dass eben die Einspeisevergütung z.B geändert wurden unattraktiver wurden und dann zu dem zweiten Teil in China es gibt ein was war das fünf Jahresplan ich weiß gar nicht mehr so aus dem Jahr 2006 ungefähr und da stand drin wir wollen am Ende von dem fünf Jahresplan Weltmarktführer sein und das haben alle belächelt weil da gab's praktisch keine Aktivitäten zu dem Zeitpunkt und 5 Jahre später war China Weltmarktführer also äh das war politisch gewolltes Ziel diese Zukunftstechnologie zu haben und letztlich ähm zu dominieren und da wurden sehr stark subventioniert letztlich Firmen aufgebaut die dann aber auch gegeneinander losgelassen wurden also man muss bisschen vorsichtig sein in China sind viel mehr Pleiten oder Insolvenzen passiert als in Europa nur in Europa hat dazu geführt dass alle weg waren in China sind ein paar übrig geblieben die dann letztlich jetzt noch existieren und das war letztlich die Idee da Weltmarktführer zu werden also auch in China gab es ein ein Sterben der Fotovoltaik aber halt ein kontrolliertes sterben sage ich mal gut jetzt haben wir zwisch mal eine chatfah dann kommen sie dar anschließend ähnliche Frage warum hat man in Deutschland die Herstell von Fotovoltaikanlagen sterben lassen das müssen Sie nicht mich fragen sondern die Politik ich kann da nur spekulieren vdergründig waren es wahrscheinlich finanzielle Argumente diese Förderung hat natürlich Geld gekostet und manchen Leuten war das vielleicht zu teuer und ich denke mal die andere Fragestellung war natürlich ja wer profitiert davon und wer leidet da drunter ne die standardust e also die fossilen energieverersorger sage ich jetzt mal die waren natürlich nicht begeistert davon dass ihr Geschäftsmodell da in Frage gestellt wird und dann kommt natürlich auch ein bisschen drauf an wer hat die bessere Lobby und den besseren Draht und in der Gemengelage wurde es halt so entschieden gut da bitte eine Frage was halten sie von den sogenannten balkonsolaranlagen die mit äh einem Stecker in die Steckdose äh den Strom abliefern sollen ja finde ich gut warum nicht also alles hilft ne egal wo und wie viel ähm ich sehe keinen Grund warum man das nicht machen sollte es ist einfach es ist billig es ist unbürokratisch ähm auf jeden Fall hilft's ob es jetzt die alleinige Lösung ist weiß ich nicht aber ähm es gibt keinen Grund der dagegen spricht in meinen Augen muss man die auch anmelden bei der so wieel ich weiß bis zu einer bestimmten Leistungsgröße 800 Watt oder 1000 Watt ich weiß gar nicht was da aktuell ist müssen sie es nicht machen das entspricht in der Regel zwei Solarmodulen da oben ist bitte eine Frage vielleicht kann ich die Zeit kurz nutzen Photovoltaikmodule waren noch nie so günstig wie jetzt ja dadurch dass gerade sehr starke Überkapazitäten sind die Lagerhäuser in Europa alle voll sind und alle die schnell loswerden müssen äh ist jetzt die beste Zeit Solarmodule zu kaufen ich hätte noch mal eine Frage zur zum Stromfluss wie bringen sie die Fotovoltaikanlage dazu den Strom ins Netz einzuspeisen wir wissen dass die Dampfkraftwerke eben ihre Drehzahl erhöhen indem sie mehr Dampf auf die Turbine geben und dadurch übernimmt dann das Netz eben diesen Strom aus diesem Kraftwerk wie läuft es denn bei der Fotovoltaik ab in der Photovoltaik Anlage erzeugen sie erstmal Gleichstrom ja Batterie letztlich dann haben sie den Wechselrichter der Macht aus dem Gleichstrom den Wechselstrom der dann letztlich direkt ins Stromnetz eingespeist wird also die Schnittstelle zwischen der Fotovoltaik und dem Stromnetz ist wirklich der Wechselrichter bei Ihnen oder wo auch immer äh an der Photovoltaikanlage angeschlossen oder was war die Frage bis die das genau ach so das war die Frage das liegt an den Netzkapazitäten natürlich ne wie viel Stromnetz haben sie und das ist die spannende Frage momentan wie viel kann ich in den bestehenden in der bestehenden Netzinfrastruktur einspeisen um praktisch nicht nur also momentan ist das Netz jaah oder es war lange Zeit eben unidirektional vom Kraftwerk veräet zu den ganzen Verbrauchern und jetzt ändert sich das ein bisschen ne jetzt haben wir beide recht re Richtungen bidirektional wir haben auch Konsumenten die gleichzeitig Strom erzeugen und dann letztlich in die entgegengesetzte Richtung sozusagen das Netz bedienen aber das Netz ist die die Elektronen kommen sicher nicht in die Quere sozusagen die in unterschiedliche Richtungen fließen sondern es geht ja letztlich um die Spannung was sie auch schon gesagt haben sie müssen die Spannung und die Frequenz die Netzfrequenz halten und das ist letztlich dann Sache der Netzbetreiber genau das zu überwachen dass sie immer ihre 50 Herz haben plus-us 2 Hz oder was es ist äh und ne 0,2 Hz und letztlich die Spannung von 220 Volt das muss dann der Netzbetreiber im Blick haben und wenn da irgendwo etwas nicht funktioniert dann muss man entweder die Netze ertüchtigen sprich ausbauen oder man muss im d Fall Lasten abwerfen also Stromerzeuger abschalten hier ist eine Frage noch im Chat genau und zwar sind polykristalline Solarzellen billiger herstellbar als monokristalline und welche werden hauptsächlich verwendet also polily oder multikristalline Solarzellen sind günstiger in der Herstellung pro Solarzelle aber haben weniger Leistung und damit ist dann die spannende Frage was lohnt sich weniger für die Solarzelle auszu geben um eine größere Anlage zu haben die dann die gleiche Leistung bringt oder eben bisschen mehr für die Solarzelle auszugeben aus dem teureren einkristallinenmaterial um dann weniger Fläche zu benötigen und momentan geht die Tendenz eben daher möglichst hohen Wirkungsgrad zu haben weil die Module was ich schon gerade eben gesagt habe die Solarmodule sind so günstig geworden dass letztlich die flächenbezogenen Kosten also die Installation die Aufständerung und keine Ahnung die Pacht die ich an so einem Grundstück mieten muss die sind inzwischen deutlich höher als die Kosten für die Solarmodule an sich und das hat sich eben in den letzten Jahren umgedreht und deswegen ist es momentan sinnvoller mehr Geld für die Solarzelle auszugeben um dafür einen höheren Wirkungsgrad zu bekommen aber letztlich in den flächenbezogenen Kosten sparen zu können gut hier war jetzt eine Frage ich habe eine Frage zu der Folie und zwar zu den rechten Balken im Jahr 2045 gehen Sie davon aus dass dann die gesamte Energieversorgung mit erneuerbaren Energien erfolgt so habe ich die Studie verstanden sagen wir mal so ich hab da ja nicht selber mitgearbeitet sind nicht unsere Ergebnisse ähm und wie gesagt ich wundere mich dass wirklich mit so wenig Kilowattstunden wirklich eine hundertprozentige Versorgung in Deutschland möglich sein soll da habe ich aber dazu die Frage die erneuerbare Energie die fällt ja sehr schwankend an ja also es gibt es jahes zeitliche die Tagesschwankung und auch jahreszeitliche Schwankung und wie kriegt man da die Speicherung der Energie in Griff oder braucht man doch immer noch zusätzliche fossile Energien um um diese Lücken der Energieerzeugung zu überbrücken Ja und Nein zum Teil gleicht sich langfristig Fotovoltaik und Wind ganz gut aus man sieht das hier mal in dem Beispiel in Grün das ist allerdings schon paar Jahre her das war 2000 11 ja 2011 12 13 ähm grün die Windkraft gelb die Photovoltaik also in den Sommermonaten wie erwartet hat man mehr Photovoltaik dafür in den Wintermonaten hat man mehr Wind und damit mehr Windkraft und wenn man sich das mal so ganz grob anschaut monatlich gemittelt kommt das so in etwa ganz gut hin das heißt aber nicht dass natürlich wenn man Tag genau oder Stunden genau guckt man dann das immer noch so genau hinkriegt ne das heißt es geht rum wie lange müssen diese Speicher letztlich vorrätig sein müssen die Tag reichen müssen die eine Woche reichen müssen die Monat reichen oder müssen die saisonal sogar sein und wenn man es richtig macht braucht man keine saisonalen Speicher man eben das Verhältnis zwischen Wind und Photovoltaik richtig austeriert und es hat diese Studie versucht zu machen dass man letztlich das richtige Mischungsverhältnis zwischen Fotovoltaik und Wind hat aber man hat das Speicherproblem dass auf kürzeren Zeitskalen dann Auftritt natürlich noch nicht öst das heißt die berühmte dunkelflaute wenn also wenig wenig Wind weht und wenig Sonne scheint dann muss man natürlich trotzdem noch Möglichkeiten haben und da muss man entweder die Speicher haben oder und das ist das was Sie gesagt haben man braucht dann letztlich rückhalte Kraftwerke die in dem Fall dann eben noch einspringen können das könnten z.B Gaskraftwerke sein die man relativ schnell auch ein und ausschalten kann so ein Braunkohlekraftwerk können sie nicht ein und ausschalten das muss einfach durchlaufen bei Steinkohle ist es so dazwischen irgendwo also übergangsweise wä meine Vermutung wird das erstmal Gaskraftwerke sein mit denen kann man das ganz gut abfedern die Sachen die also dann bei einer dunkelflaute benötigt werden aber wie gesagt im richtigen Mischungsverhältnis kann man es keverber machen heißt nicht dass es dann auch so passiert na wird ja auch die Frage immer wieder jetzt aufgeworfen ob man nicht doch mit den neuen Generation von Kernkraft Werken einiges an Backup Kapazitäten aufbauen sollte sehr umstritten natürlich aber ich darf mir auch mal zwei Fragen erlauben die erste Frage das ist natürlich die typische Frage eines physikalischen Lin sie sagten der Wirkungsgrad ist maximal 29% und wenn ich das richtig verstanden habe die Photonen die dann eindringen die geben also im günstigsten Fall 29% sozusagen als Solarenergie ab dann bleiben ja noch 71% übrig und da habe ich das richtig verstanden dass die Wärmeenergie sozusagen erzeugen dann würde man doch denken wenn man hier in Deutschland jetzt in großem Stil so etwas aufbaut dass man irgendwie diese 70% Wärmeenergie doch noch über Fernwärme oder etwas ähnliches nutzen könnte oder sehe ich das völlig falsch nee das ist eine bekannte Überlegung die auch schon älter ist und das zielt so ein bisschen darauf dass man versucht Module zu ckel die sowohl Photovoltaik also stromerzeugen wie auch warm Wasser also Solarthermie also im Prinzip eine Photovoltaik Anlage oberhalb einer Solarthermieanlage und die Solarthermieanlage nutzt die Abwärme oder die Wärme die frei wird aus der Photovoltaikanlage drüber das hat lange Zeit ist es daran gescheitert dass man eigentlich beide Teile dieser hybridanlage nicht am optimalen Punkt betreibt ne man möchte ja auf der einen Seite die Solarzelle so kalt wie möglich betreiben wird die Solarzelle besser man möchte aber die Solarthermie so warm wie möglich betreiben dann wird letztlich die Ernte aus Auslastung der Solarthermie besser ähm das hat dazu geführt dass es bislang eigentlich immer so war es besser zu machen es separat nebeneinander zu machen Photovoltaik und zathermie jetzt gibt's seit ein paar Monaten neuen Anlauf mit anscheinend verbesserter Technologie und die sagen ja wir haben jetzt also es geschafft genau das was Sie sagen Wärmenutzung bei gleichzeitiger photovoltaikerzeugung zu koppeln ich habe das nur gelesen in der Presse kann da noch nicht so wahnsinnig viel technisch dazu sagen ich darf noch eine zweite Frage erlauben das ist natürlich die typische Frage eines Ökonomen sie haben gesagt die Amortisationsdauer sei etwa ein Jahr das hat mich nun sehr verblüfft äh energetisch energetisch das ist also deswegen ist ist die Frage genau da hätte ich gerne etwas genauere Auskunft sie haben das als energetisch definiert war mir nicht ganz klar was die Definition ist und der Ökonom fragt natürlich wenn ich mir jetzt also was weiß ich aufs Dach äh 30 quadr Solarpanel setze äh mit welcher Amortisationsdauer muss ich dann rechnen was natürlich sehr stark abhängig ist auch davon wie ich dann den Strom selbst nutze oder einspeise aber wenn sie mal zu dieser Frage der also andererseits der Definition dieser energetischen amortisations noch etwas erläutern können und dann diese mehr allgemeinere Frage wenn ich als Investor das jetzt mache was würden Sie dann als Amortisationsdauer kalkulieren also vielleicht zur ersten Frage energetische Amortisation das ist die Energie die sie benötigt haben um die Photovoltaik Anlage oder das gesamte System inklusive aufständung und allen Komponenten erstmal zu produzieren okay zu produzieren aufzustellen und in Betrieb zu nehmen und idealerweise fällt ab dem Zeitpunkt ja nicht zusätzliche Energie an sondern dann wird ja einfach nur Energie eingespeist und diese Energie die kann man berechnen in Kilowattstunden pro Quadratmeter pro Kilowatt was auch immer und dann kann man sich überlegen wie lange muss die Anlage jetzt laufen unter den regionalen Bedingungen die ich da gerade habe also den einstrahlungsbedingungen bis diese Energie wieder drin ist das ist die energetische Amortisation und die daer ungefähr ein Jahr und die andere Frage wie lange muss die Anlage laufen damit ich meine Kosten als Finanzierer wieder drin hab wie richtig gesagt kommt ganz darauf an ob Sie die Anlage zum Einspeisen benutzen also ins Stromnetz einspeisen und ihre Vergütung daraus bekommen da bekommen sie auf dem Hausdach momentan glaube ich 8 Cent oder sowas pro Kilowattstunde und für große Anlagen auf der Freifläche entsprechend weniger um die 6 Cent in der Regel und dann müssen sie halt gucken was kostet sie die Anlage was bekommen sie pro Jahr raus ungefähr diese 1000 Kilowattstunden pro Kilowatt und dann kann man sich letztlich die redite oder was auch immer Rechnung aufmachen für die private Nutzung auf dem haustach wo sie einen Teil Eigenbedarf haben ist die Rechnung so je größer ihr Eigenverbrauchsanteil ist desto schneller rechnet sich die Anlage also die Kunst momentan ist die Anlage so auszulegen dass sie möglichst viel von den Photovoltaik Kilowattstunden auch selber verbrauchen dann ist die Amortisationszeit relativ gering und wenn Sie konkrete Fragen zuur Zeiten haben ich habe das selber mal ausgerechnet weil ich selber gerade eine Fotovoltaikanlage aufs Dach kriege ich habe die Zahlen jetzt nicht ganz im Kopf aber je nachdem mit dem Speicher können Sie dann noch ein bisschen mehr Eigenverbrauch haben kostet sie aber dadurch in der Anschaffung bisschen mehr also da kann man hin und her spielen ich weiß die Zahlen jetzt ehrlich gesagt nicht mehr auswendig nur wenn Sie nicht selbst verbrauchen dann ist es auf dem Haus schwierig ja dann kommen sie wirklich in Zeiten rein die also 20 Jahre und mehr sind ich darf noch eine Frage auch ergänzen Solar versus Wind also der berühmte 2 Juli dieses Jahres war ja wieder ein Tag an dem wir mehrere Stunden lang einen klaren negativen Strompreis an der EEX also das ist die Strombörse in Leipzig hatten und es gibt immer wieder solche Phasen wo wir negative Strompreise haben wo wir also so sagen irgendwie Strom vernichten müssen das kostet auch wieder Geld wenn jetzt ihre eine Grafik mit der Wachstumsrate der installierten Solarenergie weiter so gilt dann wird ja immer mehr in Solarenergie investiert und dann haben wir möglicherweise im Sommer in vielen Zeiten eine Überproduktion von Solarstrom der uns möglicherweise die Suppe dann doch sehr versalzt äh wie sehen Sie das also zunächst Energie kann nicht vernichtet werden äh die wird verkauft ne bzw jemand anders freut sich dass sie ihm Geld dafür zahlen dass er umsonst Energie bekommt ja also z.B ein Pumpspeicher Kraftwerk Betreiber der freut sich normalerweise muss er Geld bezahlen damit er sein Wasser hochpumpt und er verkauft es dann wieder wenn er es rterlässt und in dem Fall kriegt er Geld wenn es hochpumpt und wenn er es runterlässt also das ist einfach nur eine wirtschaftliche Betrachtung das sind hier die Zahlen deswegen habe ich die Grafik noch mal gebracht die diese Studie hier veranschlagt das ist also der Teil der Energie der praktisch nicht benötigt wird ja und das sieht man also hier von diesem 900 terwattstunden sind 48 die praktisch zu viel produziert werden die man also entweder abregeln muss oder halt W auch immer verkauft der damit glücklich wird und das ist jetzt nicht so wahnsinnig viel ja also das sind hier was ist das 2 % oder nee Moment 5% 4% irgendwie sowas ähm also würde das Wachsen dieser Prozentsatz im Laufe der Zeit wenn wir jetzt immer mehr me in Solarenergie investieren Bremse schon das ist ja schon das Worst Case Szenario sozusagen wenn 100% schon damit gemacht werden also nicht nur mit Photovoltaik sondern mit Wind und Photovoltaik im Wesentlichen dann sagt dieses Szenario dass wir dann im Jahr 48 terawattunden zu viel produzieren damit wir insgesamt genug haben das heißt aber nicht dass das verloren ist mit dem kann man natürlich irgendwas anstellen ne man muss nur überlegen findet man den Abnehmer dafür oder muss man die Anlagen abregeln z.B aber wenn man da wenn das zu teuer ist oder warum auch immer nicht so funktioniert man weiß es ja noch nicht richtig ja negativer Preis ist natürlich für den Hersteller nicht sehr angenehm den Hersteller nicht aber die Anlage existiert ja und läuft ja wirtschaftlich sie wird halt nur zu Spitzenzeiten abgeregelt also man kappt ein bisschen von der Rendite gut wir kommen jetzt allmälich zum Ende gibt es noch Fragen ein noch auf den Chat von Herr Hauser kennen sie realistische Entwicklung oder Forschung um die dunkellautee kurzzeitig zu überbrücken Vortrag sehr gefallen und er wird sich dazu ja die dunkelflaute wie gesagt man muss speichermethoden finden die eben auf verschiedenen Zeitskalen arbeiten ja und wenn die dunkelflaute nur ein Tag ist dann muss man eben einen Tag zwischenpeichern wenn sie länger ist muss man es länger machen das sind vielleicht verschiedene Methoden ja einmal vielleicht chemische speichermethoden einmal vielleicht pumpspeichermethoden Pumpspeicherkraftwerke werden aber niemals tageweise letztlich solche dunkel pauten ausgleichen können das wird nicht funktionieren also muss man dann eventuell über ersatzkraftwerke reden die dann eben einspringen können kurzfristig in der erneuer Fuhrpark und die speichermethoden dafür noch nicht ausreichen also das wird sich erst noch entwickeln ich glaube da gibt's noch keine klare Antwort leider ja ich glaube dann dürfen wir Ihnen ganz herzlich danken her Herrn wir haben jetzt eine halbe Stunde sie schon gelöchert und wir werden diese löcherung rückgängig machen bei einem Abendessen das ist dann eine andere Art Erfüllung aber ganz herzlichen Dank das wä sehr spannend und wir hoffen dass wir dann von Ihnen weitere Neuigkeiten zu diesem Thema erfahren können sodass dann auch der Klimawandel vielleicht etwas günstiger verläuft jetzt kommen wir zum nächsten Vortrag in der kommenden Woche ja jetzt das könn ich auch noch mal zwischen einschieben sie können ja gerne und da bitten wir auch Sie darum noch mal ihre Beurteilung dieser Veranstaltung hier bei uns elektronisch melden für uns ist das wichtig wenn wir auch weitere Veranstaltung planen also bitte äußern sie sich was hat Ihnen gefallen was hat Ihnen nicht so gut gefallen dann können wir das in Zukunft gerne berücksichtigen ja und dann kommen wir zum letzten slide das ist der Vortrag in der kommenden Woche hier geht es jetzt um einen Vortrag des Bundesinstituts für Risikobewertung in Berlin das ist also eine staatliche Institution in Berlin äh die für viele Risiken auch Studien erstellt um damit auch die Politik zu beraten und das Thema heißt Wissenschaft im Dienst des gesundheitlichen Verbraucherschutzes wir hatten ursprünglich eine Dame die ist die Vizepräsidentin die muss aber an diesem Termin ins Ministerium das ist ein Pflichttermin deswegen wird sie selbst nicht kommen wird aber äh ihrer Mitarbeiter Herr Dr Tralau kommen der uns dann genau das erzählt wird was dort passiert insofern sind Sie herzlich eingeladen dazu jetzt wünsche ich ihnen erstmal einen angenehmen nach hausweg vielen Dank