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Die Zukunft der Solarbranche in Deutschland

Prof. Dr. Eicke R. Weber Leiter, Fraunhofer ISE und Albert Ludwigs Universität, Freiburg VBKI Arbeitskreis Politik & Wirtschaft Berlin, 5. Juni 2013

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Größtes europäisches Solarforschungsinstitut

Mit ca. 1300 Mitarbeitern (incl. Studenten)

Geschäftsbereiche:

•  Photovoltaik (Si, CPV, OPV) •  Solarthermie (ST, CSP) •  Regenerative Stromversorgung •  Energieeffiziente Gebäude & Gebäudetechnik •  Angewandte Optik & funktionale Oberflächen •  Wasserstofftechnologie

Fraunhofer-Institut für Solare Energiesystem ISE

10% Grundfinanzierung 90% Projektforschung, 50% Industrie, 40% öffentl. € 77 M Budget (‘12) > 10% Wachstumsrate

•  ISE Freiburg •  CSP Halle (mit Fh-IWM) •  THM Freiberg (mit Fh-IISB) •  LSC Gelsenkirchen •  CSE Boston (Fh-USA)

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Eine radikale Transformation unseres globalen Energiesystems ist erforderlich   Verknappung fossiler Brennstoffe

  Gefahr katastrophaler Klimaveränderungen

  Risiko von Nuklearunfällen/Endlagerfrage

  Abhängigkeit von Importen aus politisch unstabilen Regionen

dazu kommt seid kurzem:

  Zunehmende Chancen finanzieller Vorteile!

Es ist jedoch zu Bedenken:

  Diese Transformation braucht Zeit   Entwicklung von Technologien   Implementierung in den Markt   Investitionen

  Die industrialisierten Länder sollten voran gehen, Deutschland ist dafür besonders prädestiniert

Die Welt wird wärmer

Fossile Brennstoffe werden knapper

Eine radikale Transformation unseres globalen Energiesystems ist erforderlich – und nützlich!

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Die Transformation des Energiesystems erfordert:

 Verbesserte Energieeffizienz in Gebäuden, Transport (e-Mobilität) and Produktion

 Rasche Entwicklung der regenerativen Energien, wie PV, ST, Wind, Hydro, Geothermie und Biomasse in Richtung auf eine Zukunft mit 100% regenerativen Energien

 Entwicklung von Energie Speicher- technologien

 Ausbau des Stromnetzes für dezentrale Einspeisung, weiträumigen Transport und intelligenten Verbrauch (‘smart grid’)

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World Energy Resources (1 Twy = ca. 8800 TWh)

Quelle: M. Plass, CFV

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Wasser, Geothermie, Biomasse

Technologien für 100% regenerativen Strom 3 Komponenten werden gebraucht, etwa 1:1:1

Netz Speicher

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Monatliche Produktion Solar und Wind

 Die maximale Stromproduktion erzeugten Solar- und Windenergie-anlagen im Januar 2012 mit 7,6 TWh

 Die minimale Produktion betrug 4,7 TWh im November 2012

Grafik: B. Burger, Fraunhofer ISE; Daten: Leipziger Strombörse EEX

Monatliche Produktion Solar und Wind

Jahr 2012

Januar Februar März April Mai Juni Juli August Sept. Oktober Nov. Dez.

5,0

6,0

7,0

4,0

3,0

2,0

1,0

TWh

Legende: Wind Solar

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Summe Solar und Wind in 2011 und 2012

 Die Summe der Stromerzeugung aus Solar und Wind stieg gegenüber 2011 um 8,3%.

Grafik: B. Burger, Fraunhofer ISE; Daten: Leipziger Strombörse EEX; BMWi Energiedaten

Summe der jährlichen Produktion Solar und Wind

80

60

40

20

TWh

2011Summe Solar- und Windenergie

+8,3%

2012

73,811TWh68,173 TWh

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Entwicklung der Stromerzeugung in Deutschland

9

0

100

200

300

400

500

600

700

8001990

1995

2000

2005

2010

2015

2020

2025

2030

2035

2040

2045

2050

Bru

ttost

rom

verb

rauch

in T

Wh

Fossile Kraftwerke

Kernenergie

Import (regenerativ)

Photovoltaik

Windkraft

Geothermie

Biomasse

Wasserkraft

HTW-Szenario: Klimaschutz und nachhaltige Entwicklung

25 % 100 %

20 bis 30%

Graphik: Prof. V. Quaschning, HTW

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0,01 0,1 1 10 1001

10

2010

20001990

Cumulated  Production  [GWp]

Module  Price

[inflation  adjusted

 €20

11  /  W

p] 1980

Kumulierte Produktion [GWp]

Mod

ulpr

eis

[Infla

tions

korr

igie

rte €

2011

/Wp]

Source: Navigant Consulting;

EuPD Module price (since 2006); Design: PSE AG 2012

Steigung: Mit jeder Verdoppelung der global installierten Menge sank der Modulpreis um 20%!

2012: Weit unter 1€/Wp!

Die Kosten der Solarenergie: Preis-Lernkurve der globalen c-Si PV

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Ausblick Photovoltaik (PV) Weltmarkt Beispiel: Sarasin Bank, Nov 2010: 110 Gigawatt 2020

Quelle: Sarasin, Solar Strudy, Nov 2010

> 30 GW bereits 2012!

  Marktausblick: 30 GW/a für 2014, 110 GW/a für 2020

  Jährl. Wachstums-rate: Im Bereich 20% bis 30%

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Production 2011

(MWp)

Thin film 3,204

Ribbon-Si 120

Multi-Si 10,336

Mono-Si 9,114

PV Production Development by Technology

Source: Navigant Consulting

Design: PSE AG 2012

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High-efficiency n-type PERL Cells Lab Results

  Excellent performance at cell level

  Only very thin ALD layer necessary

Best cell 705 41.1 82.5 23.9*

Voc

[mV]

Jsc

[mA/cm2]

FF [%]

η [%]

Benick et al., APL 92 (2008) Glunz et al., IEEE-PVSC (2010)

*Confirmed at Fraunhofer ISE CalLab ap = aperture area (= bus bar included in illuminated area)

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Introduction

Crystalline Silicon Technology Port Folio

Material quality

Module efficiency

Industry

Standard

IBC-BJ

HJT

PERC

MWT-

PERC

20%

19%

18%

17% 16%

15% 14%

Adapted from Preu et al., EU-PVSEC 2009

21%

Device quality

Material quality

  Diffusion length

  Base conductivity

Device quality   Passivation of surfaces

  Low series resistance

  Light confinement

Cell Structures   PERC: Passivated Emitter and

Rear Cell

  MWT: Metal Wrap Through   IBC-BJ: Interdigitated Back

Contact – Back Junction

  HJT: Hetero Junction Technology

BC-

HJT

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Hoch konzentrierende Photovoltaik (CPV) für sonnenreiche Gegenden der Welt

  Systemeffizienz heute bereits ~ 25 % AC

  ~ 200 MW/a weltweite Produktionskapazität

  Kein Kühlwasserbedarf

  Modular – kW bis GW möglich

  Energie Rückgewinnungszeit: ~ 12 Monate!

2012: SOITEC SOLAR, Freiburg,

baut eine

150 MW CPV Fertigung bei San Diego, CA, für ein 300 MW Solar Kraftwerk

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The biggest challenge of the sustainable electricity system:

Sou

rce:

Fra

unho

fer I

WE

S

Fluctuations of electricity production by solar and wind

Measures to secure electricity supply:   Mix of renewable energies   Expansion of the distribution grid to

capture solar electricity and balance differing regional solar electricity generation

  Expansion of high-voltage grid to bring wind electricity to consumers and balance differing regional generation

  Smart Grids   Demand-side management

(consumption follows generation)   Building up short-time storage

capacities   Building up seasonal storage

Pumped-storage plant

We Th Fr Sa Su Mo Tu

wind

solar bio gas

storage

Following a typical load curve with RES (one week example)

export import

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Photovoltaik in Richtung Terawatt (TW: 1 Million Megawatt)

Weltleistungsbedarf: heute 16 TW, 2050 wenigstens 30 TW 3 TW Leistung erfordert 12 TW PV, 12,000 GW

PV: wenigstens 10%, optimistisch 30-40% des Energiebedarfs

PV global installiert bis 2011: 70 GW, 2012 allein: 30 GW Um 12.000 GW zu erreichen brauchen wir beim Tempo von 2012 400 Jahre! Daher wird der globale PV Markt in naher Zukunft (2025?) noch 10x wachsen Dies wird von weiteren, drastischen Kostenreduzierungen begleitet werden, die PV zu einer der kostengünstigsten Arten der Stromherstellung machen, im Bereich von 5-10cts/kWh, vergleichbar mit Wasser und Wind und bedeutend günstiger als fossile Energien und Kernenergie!

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 Deutschland schuf durch das EEG die Voraussetzungen für ein rasches Volumenwachstum der PV; die Kombination von weltführender Forschung und Technologieentwicklung mit dem wachsenden Markt ermöglichten uns die Lernkurve sehr viel rascher als erwartet herunterzukommen

 China als Staat und besonders die konkurrierenden Regionen stellten Investmittel zur Verfügung um PV-Fabriken bis zu 60 GW oder mehr zu bauen; über 50 % der Ausrüstung wurde bei uns geordert

 Modulpreise fielen als Folge der zu rasch aufgebauten Kapazitäten in die Gegend von € 0,50/Wp, zur Freude der Verbraucher bei uns und weltweit

 Viele der heute bestehenden Produktionskapazitäten erlauben nicht, Module zu unter € 0,50/Wp zu produzieren; wir erleben Insolvenzen oder Übernahmen und Stillegung von Kapazitäten auf altem Equipment

 Ab 2014 wird der zu Solar-Strompreisen von 5-8 ct/kWh weltweit rasch wachsende Markt neue Produktionskapazitäten verlangen

Die wahre Story der PV

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 Deutschland schuf durch das EEG die Voraussetzungen für ein rasches Volumenwachstum der PV; die Kombination von weltführender Forschung und Technologieentwicklung mit dem wachsenden Markt ermöglichten uns die Lernkurve sehr viel rascher als erwartet herunterzukommen

 China als Staat und besonders die konkurrierenden Regionen stellten Investmittel zur Verfügung um PV-Fabriken bis zu 60 GW oder mehr zu bauen; über 50 % der Ausrüstung wurde bei uns geordert

 Modulpreise fielen als Folge der zu rasch aufgebauten Kapazitäten in die Gegend von € 0,50/Wp, zur Freude der Verbraucher bei uns und weltweit

 Viele der heute bestehenden Produktionskapazitäten erlauben nicht, Module zu unter € 0,50/Wp zu produzieren; wir erleben Insolvenzen oder Übernahmen und Stillegung von Kapazitäten auf altem Equipment

 Ab 2014 wird der zu Solar-Strompreisen von 5-8 ct/kWh weltweit rasch wachsende Markt neue Produktionskapazitäten verlangen

Die wahre Story der PV - Vorteile in D

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 Politische Kontroversen, wie um Einfuhrzölle, Strompreisbremse, Zukunft

des EEG haben denPV Markt ernsthaft verunsichert.

 Daher wird sich der Zubau von Solaranlagen in Deutschland 2013

verlangsamen, auch wenn der Weltmarkt stabil ist oder weiter wächst.

 Die niedrigen Kosten der PV (10-12 ct/kWh) erlauben neue Geschäftsmodelle, stärker basierend auf Eigenverbrauch mit dezentralen Speichern

 Nach der Wahl wird es eine grundlegende Überarbeitung des EEG geben, je nach Farben der Koalition:

schwarz-gelb, Rot-grün? Eher: schwarz-rot oder schwarz-grün?

Die Zukunft der Solarbranche in Deutschland - I

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 Wir haben ein ausgezeichnetes Portfolio von PV Technologien vorbereitet für die 100+ GW/a PV Märkte von morgen, die von X-GW PV Fabriken neuester Zelltechnologie und höchster Automatisierung bedient werden

 Diese Technologien müssen in Pilotierungslinien in Zusammenarbeit mit

der Ausrüsterindustrie ausgewählt und zur Marktreife gebracht werden

 Wünschenswert wäre mindestens eine X- GW PV Referenzfabrik in Deutschland oder Europa, um unsere globale Wettbewerbsfähigkeit zu demonstrieren; dazu sind zinsgünstige Investmittel/Kreditgarantien erforderlich, wie sie z.B. auch für den Erhalt des Flugzeugbaus üblich sind

 Wenn wir die forschungs- und industriepolitischen Weichen richtig stellen haben wir eine Chance, unsere ausgezeichnete Stellung im inter-nationalen Wettbewerb der rasch wachsenden PV Branche zu erhalten!

Die Zukunft der Solarbranche in Deutschland - II