Aktueller Stand der globalen Photovoltaik-Technologie
Die Entwicklung erneuerbarer Energien hat sich zu einer globalen Priorität im Kampf gegen den Klimawandel und die Energiewende entwickelt. Unter den erneuerbaren Technologien hat die Photovoltaik (PV) in den letzten Jahren ein rasantes Wachstum erfahren und sich in vielen Ländern als saubere, CO₂-arme und kostengünstige Energiequelle etabliert. Allein im Jahr 2020 wurden weltweit 127 GW an neuer PV-Leistung installiert, wodurch sich die gesamte installierte Leistung auf 707 GW erhöhte.
Kristalline Silizium-Solarzellen dominieren den Markt, wobei neue Technologien zunehmend an Bedeutung gewinnen.
Photovoltaikzellen, die Kernkomponente der Solarindustrie, werden anhand ihrer Materialien und Herstellungsverfahren in verschiedene Typen wie kristallines Silizium, Dünnschichtzellen, Perowskitzellen und organische Zellen unterteilt. Kristalline Siliziumzellen, bekannt für ihren hohen Wirkungsgrad, die reichliche Verfügbarkeit von Rohstoffen und ihre Umweltverträglichkeit, sind nach wie vor die gängigste Technologie in der Massenproduktion.
Die weitverbreitete Anwendung der PERC-Technologie (Passivated Emitter and Rear Cell) hat die Effizienz von kristallinen Siliziumzellen in den letzten Jahren deutlich gesteigert. Gleichzeitig haben sich neue Technologien wie Perowskitzellen weltweit zu einem wichtigen Forschungsthema entwickelt. Diese Zellen erreichen im Labor vergleichbare Wirkungsgrade wie kristalline Siliziumzellen. Obwohl ihre Industrialisierung voranschreitet, bestehen weiterhin Herausforderungen hinsichtlich der Skalierung und der Gewährleistung langfristiger Stabilität.
Verbesserte PV-Systeme und vielfältige Anwendungsmöglichkeiten.
Photovoltaikanlagen werden immer präziser und skalierbarer. Die Nutzung von 1500-V-Systemen übertrifft mittlerweile den älteren 1000-V-Standard und verbessert so die Netzsicherheit und -zuverlässigkeit bei gleichzeitig höherer Stromqualität. Integrierte Anwendungen wie „PV + Landwirtschaft“, „PV + Aquakultur“ und „PV + Architektur“ gewinnen zunehmend an Bedeutung. Innovationen wie Mikronetze und intelligente Stromnetze integrieren die Photovoltaik weiter in die traditionelle Strominfrastruktur.
Trends in der globalen Photovoltaik-Technologie
Weltweit beschleunigen Länder die Innovation entlang der gesamten Wertschöpfungskette der Photovoltaik, um aufstrebende Branchen strategisch zu fördern. Die Bemühungen konzentrieren sich auf die Weiterentwicklung von Materialien, Fertigungsprozessen und Systemanwendungen, um Kosten zu senken und die Wettbewerbsfähigkeit zu steigern.
Die Kernkomponenten von Photovoltaikanlagen entwickeln sich hin zu höherer Effizienz und niedrigeren Kosten.
Kristalline Siliziumzellen mit einem etablierten industriellen Ökosystem werden die Produktion weiterhin dominieren. Zukünftige Verbesserungen konzentrieren sich auf höhere Wirkungsgrade, reduzierten Material- und Energieverbrauch sowie niedrigere Herstellungskosten. Technologien wie Perowskit- und Tandem-Solarzellen stellen die nächste Entwicklungsstufe dar, in die erhebliche Investitionen zur Verbesserung von Leistung und Stabilität der Bauelemente fließen. Sobald die Herausforderungen im Bereich der großflächigen Anwendung und Zuverlässigkeit gelöst sind, werden Perowskitzellen den Photovoltaikmarkt voraussichtlich grundlegend verändern.
Erweiterung der Anwendungsszenarien für die PV-Technologie.
Länder passen Photovoltaik-Anwendungen an ihre jeweiligen Gegebenheiten an und fördern Entwicklungen wie gebäudeintegrierte Photovoltaik (BIPV), schwimmende Solarparks, PV-integrierte Landwirtschaft und Solarcarports. Die zugehörige Forschung konzentriert sich auf spezialisierte Produkte, integrierte Steuerungstechnologien und betriebliche Synergien, um Vielseitigkeit und Leistung zu verbessern.
Chinas Photovoltaik-Technologieentwicklung
Im Zeitraum des 13. Fünfjahresplans machte Chinas Photovoltaik-Technologie dank des rasanten Branchenwachstums bedeutende Fortschritte. Schlüsselkomponenten wie PV-Zellen und -Module erreichten weltweit führende Produktionskapazitäten, während die Fertigungsanlagen auf eine vollständige Lokalisierung hinarbeiteten. Die Integration intelligenter Technologien in PV-Systeme optimierte die Leistung zusätzlich.
Weltklasse-PV-Zellen- und Modultechnologien.
Bis zum Ende des 13. Fünfjahresplans hatte China den Übergang von herkömmlichen polykristallinen Aluminium-Solarzellen zu fortschrittlichen monokristallinen PERC-Solarzellen vollzogen. Der durchschnittliche Wirkungsgrad der kristallinen Siliziumzellen stieg von 18,5 % zu Beginn des Zeitraums auf 22,8 %, was einen bedeutenden Fortschritt in der Produktionstechnologie widerspiegelt.
Zukunftsweisende Technologien wie TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact), HJT (Heterojunction) und IBC (Interdigitated Back Contact) werden zunehmend industrialisiert, wobei chinesische Unternehmen immer wieder Weltrekorde in der Produktionseffizienz aufstellen. Auch Fortschritte in der Perowskit-Technologie haben es chinesischen Forschern ermöglicht, mit den globalen Spitzenreitern in puncto Laboreffizienz gleichzuziehen, und die Kommerzialisierung schreitet stetig voran.
Lokalisierte und hochentwickelte Fertigungsanlagen.
Chinas Photovoltaik-Fertigungsanlagen haben sich von der Niedrigpreis- zur Hochpreisproduktion verlagert. Hohe Individualisierung, Automatisierung und Digitalisierung verwandeln den Sektor in ein intelligentes Fertigungszentrum. Schlüsselkomponenten wie Polysilizium-Wafer, Zellen und Module werden heute überwiegend mit heimischer Technologie hergestellt.
Intelligentere und effizientere PV-Systeme.
Neue Technologien, darunter Nachführsysteme und 1500-V-Anlagen, steigern die Leistung von Photovoltaikanlagen. Intelligente Roboter, Drohnen, Big-Data-Analysen und fortschrittliche Kommunikationstechnologien werden für den Betrieb und die Wartung der Systeme umfassend eingesetzt und verbessern so deren Leistung zusätzlich.
Trends in Chinas Photovoltaik-Technologie
Als weltweit größter Photovoltaikmarkt spielt China eine zentrale Rolle bei der Entwicklung und Anwendung neuer Solartechnologien. Künftig strebt das Land eine führende Rolle bei globalen Innovationen im Bereich industrialisierter Photovoltaiktechnologien an.
Höhere Wirkungsgrade für PV-Zellen.
Kristalline Siliziumzellen werden weiterhin führend bleiben, wobei sich die PERC-Technologie stetig weiterentwickelt. N-Typ-kristalline Siliziumzellen mit TOPCon- oder HJT-Technologie stehen kurz davor, die nächste Standardoption zu werden, sobald ihr Kosten-Nutzen-Verhältnis ausgereift ist. Hochleistungszellen wie Perowskit- und Tandemzellen werden mit fortschreitender Industrialisierung weitere Effizienzsteigerungen ermöglichen.
Verbesserte Module mit doppelter Priorität: Effizienz und Zuverlässigkeit.
Technologien wie Halbzellen-, Schindel- und Mehrschienenmodule werden sich weiter verbreiten. Bifaziale Module, die eine höhere Stromerzeugung ermöglichen, werden voraussichtlich zum Standard werden, unterstützt durch neue Verkapselungsmaterialien und -techniken, die die Haltbarkeit verbessern.
Intelligentere, vielfältigere PV-Systeme.
Wechselrichter werden sich in Richtung höherer Leistungskapazitäten, intelligenterer Betriebsweisen und nahtloser Integration mit Energiespeichern weiterentwickeln. Innovationen im Bereich der gebäudeintegrierten Photovoltaik (BIPV) und anderer neuer Anwendungen werden zusätzliche Möglichkeiten für die Photovoltaik-Entwicklung eröffnen und ihr Potenzial in unterschiedlichsten Anwendungsszenarien maximieren.
