Anflug unterm Radar

Fast 90 Prozent aller weltweit verkauften Solarmodule bestehen aus kristallinen Zellen, multikristallin oder monokristallin. Dünnschichtmodule mit photoaktiven Halbleitern aus Kupfer und Indium (CIS/CIGS) oder Cadmiumtellurid scheinen kaum noch eine Rolle zu spielen.

Doch die beiden größten Modulhersteller der Welt sind Produzenten von Dünnschichtmodulen. So ist der US-amerikanische Anbieter First Solar mit Modulen aus Cadmiumtellurid unterwegs (siehe Kasten auf Seite 38). Der japanische Modulhersteller Solar Frontier aus Miyazaki im Süden der Inselkette konzentriert sich auf Module mit dünnen Schichten aus Kupfer und Indium.

Noch dominieren die kristallinen Module, aber die scheinbar totgesagten Anbieter von Dünnschichtmodulen holen mächtig auf. „Allein im letzten Jahr gab es bemerkenswerte Fortschritte in der CIGS-Technologie“, sagt Rutger Schlatmann, Chef des Forschungslabors PV Comb in Berlin. Er leitete eine Tagung zur Dünnschichttechnik, die im April im Berliner Stadtteil Adlershof stattfand. Rund 90 Experten aus aller Welt hatten sich versammelt, um über konkrete Fortschritte in der Technologie zu berichten. So wurde der Weltrekord für CIGS-Zellen auf 22 Prozent gesteigert. Nach jüngsten Erkenntnissen könnte er in den kommenden Jahren auf 25 Prozent steigen.

Derzeit erreichen Serienmodule aus der Fabrik bereits mehr als 16 Prozent. Ein Beispiel ist der taiwanesische Anbieter TSMC, der 16,5 Prozent schafft. Doch TSMC ist ein kleiner Hersteller, verglichen mit Solar Frontier, dem Giganten, sogar nach den Maßstäben der kristallinen Branche. Seit 2011 läuft in Miyazaki das große Modulwerk von Solar Frontier, das im Jahr ein Gigawatt Dünnschichtmodule ausstößt. Im Unterschied zu kristallinen Solarmodulen werden die Halbleiter großflächig auf das Substrat aufgesputtert, eine Technik, die man von Verbundglas kennt. Erst danach erfolgt die Strukturierung der Zellen.

Wenige Schritte in der Fertigung

Eine langwierige und energieaufwendige Prozesskette zur Siliziumschmelze, zur Fertigung von Ingots und zur Bearbeitung der kristallinen Wafer gibt es nicht. Dünnschichtmodule entstehen in wenigen Schritten, in einem Durchlauf durch die Linie, die vollautomatisch läuft. Deshalb sieht man in Miyazaki kaum Mitarbeiter. Nur in der Leitwarte und in der abschließenden Qualitätskontrolle findet man Techniker.

Zurzeit erreicht Solar Frontier einen Serienwirkungsgrad von 14 Prozent. „Unsere neue Fabrik in Tohoku leistet 150 Megawatt, sie wird gerade hochgefahren“, berichtet Wolfgang Lange, Europachef von Solar Frontier.

Nicht der Wirkungsgrad allein entscheidet über den Erfolg eines Produkts, sondern die Fertigungskosten. Vor Jahresfrist hatte Solar Frontier in der Tohoku-Region nördlich von Tokio eine neue Fabrik geplant, nun sind die Gebäude und Maschinen fertig. „Im Labor haben wir einen Wirkungsgrad von mehr als 21 Prozent erreicht“, erläutert Lange. „Sicher sind bis Ende des Jahres aus der neuen 150-Megawatt-Linie höhere Wirkungsgrade zu erwarten.“

Module mit 190 Watt

Doch zunächst werden die Taktzeiten und der Durchlauf in der Fertigung der Standardmodule beschleunigt. Dadurch werden die Fertigungskosten um 30 Prozent sinken.

Die Fabrik in Tohoku kostete deutlich weniger als das Werk in Miyazaki, bezogen auf das Watt Modulleistung. Auch dadurch sinken die Kosten zur Finanzierung und Abschreibung. Es wird erwartet, dass Solar Frontier mit den neuen Modulen aus Tohoku die Marke von 15 oder gar 16 Prozent Wirkungsgrad überspringt. Statt bisher 170 Watt leisten die Module dann mindestens 190 Watt.

Sehr hohe spezifische Erträge

Die Ingenieure von Solar Frontier denken in Ertrag, weniger in Spitzenwirkungsgraden. Dünnschichtmodule sind wesentlich robuster gegen Teilverschattung, weil ein Modul aus vielen Hundert kleinen Einzelzellen besteht.

Der Halbleiter ist nur sehr dünn beschichtet, deshalb brauchen die Module nicht unbedingt nach der Sonne ausgerichtet zu sein wie kristalline Module. Das spart Gestellkosten und erleichtert die Anlagenplanung. Zudem hängt die Momentanleistung der Module weniger von ihrer Temperatur ab als bei kristallinen Zellen. Die temperaturbedingte Degradation ist nur halb so hoch.

Das macht die Dünnschichtmodule vor allem in warmen Ländern nahezu unschlagbar, wo derzeit die höchsten Zuwachsraten zu verzeichnen sind. Doch nicht nur dort: Auch in Deutschland gibt es Installateure, die mit den Power Sets von Solar Frontier bis zu 1.100 Kilowattstunden je installiertem Kilowatt erzielen – im Ruhrgebiet, wohlgemerkt. Das ist mit kristallinen Zellen kaum zu schaffen, nicht einmal im Allgäu oder auf Usedom.

Aber nicht nur die Module entscheiden, sondern auch das System. Die Sets bestehen aus CIGS-Modulen, Wechselrichtern und Untergestellen, die genau aufeinander abgestimmt sind.

Tausend Power Sets im Monat

Als sie vor drei Jahren eingeführt wurden, lief der Absatz schleppend an. „Nun verkaufen wir im Monat bis zu Tausend Power Sets, vor allem in den Niederlanden“, bestätigt Wolfgang Lange. „Unser Geschäft wächst. Europa erholt sich, obwohl der deutsche Markt schwächelt. Wir sind mit Projekten in Großbritannien und Dachanlagen vor allem in den Niederlanden und Italien erfolgreich. Der türkische Markt startet jetzt.“

Zur Intersolar brachte Solar Frontier das neue Power Set Turbo. Herzstück ist ein optimierter Wechselrichter, der von Steca speziell für die CIS-Module entwickelt wurde. Je nach Größe des Solargenerators wird dieser Wechselrichter automatisch programmiert. Ohne die Spitzenerträge kappen zu müssen, kann der Wechselrichter die Solarerträge optimieren.

Komplettpakete für Industriedächer

Auf die Solarmodule gibt Solar Frontier eine Garantie von 25 Jahren, auf die Systemkomponenten der Power Sets zehn Jahre. Das Monitoring der Solaranlage ist in den Wechselrichter integriert. Der Kunde meldet sich einmal mit einer Nummer im Internet an, danach läuft das Monitoring automatisch.

Neben dieser Erweiterung der Power Sets für den privaten Eigenverbrauch bietet Solar Frontier neuerdings das Power Set Industrial an, ein spezielles Paket für gewerbliche und Industriedächer. „Wir haben unsere Standardisierung für die Hausdächer auf gewerbliche Dächer übertragen“, erklärt Wolfgang Lange. „Das Power Set Industrial ist ein Lego-System für große Dächer. Wir bieten Generatorgrößen von 21 bis 33 Kilowatt als Modulblöcke an. Sie werden mit dem Montagesystem von Miralux installiert. Die Verkabelung jedes Blocks ist einfach, niemand muss mehr crimpen.“

Dachgröße von Google Earth

Das System eignet sich auch für Trapezdächer. Wenn der Kunde oder sein Planer die Dachgröße mit Google Earth ausgemessen hat, kann Solar Frontier sofort einen Systempreis ermitteln. „Mit den neuen Sets fürs Gewerbe können wir überall in Deutschland 9,1 Cent je Kilowattstunde erreichen, gerechnet über 20 Jahre“, meint Lange. „Jetzt kommen wir in die einfache Welt der Lego-Systeme, aufwendige Berechnungen zur Wirtschaftlichkeit entfallen.“

Möglichst einfach, möglichst preiswert, möglichst schnell am Kunden: Mit diesem Konzept ist Solar Frontier sehr erfolgreich, nicht nur auf den Dächern. In den USA schieben die Japaner eine Projektpipeline von 260 Megawatt vor sich her. In Europa sind es 100 Megawatt, die von Partner-EPCs entwickelt und von Solar Frontier gebaut werden.

Blaupause für neue Werke

Denkbar ist beispielsweise, dass demnächst eine neue Fabrik in den USA entsteht. Gespräche laufen bereits, mit den Behörden im US-Bundesstaat New York.

Denn die Dünnschichtfabriken lassen sich viel schneller aufbauen als kristalline Werke, die Wertschöpfung von Zellen und Modulen vereinen sich in derselben Linie. In der kristallinen Technik sind Zellen (Wafer) und Modulherstellung (Backend) streng getrennt. Rund 80 Prozent der Wertschöpfung entfallen auf die kristallinen Solarzellen.

9.400 Euro mit Speicher

Mit den Power Sets hat Solar Frontier einen Weg beschritten, den die meisten Modulhersteller gehen, unabhängig davon, welchen Halbleiter sie in den Modulen verwenden. Reine Modulhersteller wird es künftig kaum noch geben, der Wandel zum Systemanbieter ist ein klarer Trend. Auf der Intersolar in München zeigten die Japaner einen neuen Stromspeicher, der Hausbesitzern höheren Eigenverbrauch und mehr Unabhängigkeit ermöglicht.

Power Storage erweitert die Power Sets, der Speicher ist perfekt auf die CIS-Komplettpakete und den Wechselrichter abgestimmt. Die Batterie ist japanisch, ebenso die Zellen. Auf der Messe lockte Solar Frontier mit einem lukrativen Einführungspreis: Ein Power Set mit fünf Kilowatt Solarleistung und ein Lithium-Ionen-Speicher mit fünf Kilowattstunden wurden zusammen für 9.400 Euro angeboten. Das ist der Nettoeinkaufspreis für den Installateur. Auf den Speicher gewährt Solar Frontier eine Garantie von sieben Jahren. Doch Europachef Wolfgang Lange stellt in Aussicht: „Bald wollen wir die Garantie auf zehn Jahre erhöhen.“

Ultradünnes CIS-Modul auf flexiblem Metallblech

Der japanische Modulhersteller Solar Frontier und PSA Singapore Terminals haben erstmals neuartige, biegsame CIS-Module von Solar Frontier installiert. Montiert wurden sie Mitte Juni auf der neuen Abfertigungshalle von PSA in Singapur, dem Pasir Panjang Terminal.

Die Prototyen wurden im Atsugi-Forschungszentrum in Japan entwickelt. Im Unterschied zur kristallinen Siliziumtechnik kann man CIS-Schichten auf dünnen Metallblechen abscheiden, die biegsam und sehr leicht sind.

Das Deckglas wurde durch ein spezielles Kunstharz ersetzt, das neue Modul hat keinen Rahmen. Das flexible CIS-Modul ist nur 1,5 Millimeter dick und wiegt lediglich ein Drittel eines bisherigen Standardmoduls.

www.solar-frontier.eu

Spitzenmodul erreicht Wirkungsgrad von 18,6 Prozent

Der US-amerikanische Modulhersteller First Solar treibt die Effizienz seiner Module aus Cadmiumtellurid weiter nach oben. Mitte Juni meldete das Unternehmen aus Tempe im US-Bundesstaat Arizona, dass ein neuer Rekord beim Wirkungsgrad erzielt wurde. Bezogen auf die Aperturfläche erreicht das neue Spitzenmodul einen Wirkungsgrad von 18,6 Prozent. Das ist deutlich besser als bei Solarmodulen mit multikristallinen Perc-Zellen. Der Wirkungsgrad wurde vom National Renewable Energy Laboratory (NREL) des US-Energieministeriums bestätigt.

Der Apertur-Wirkungsgrad von 18,6 Prozent entspricht einem Wirkungsgrad von 18,2 Prozent auf der gesamten Modulfläche. Multikristalline Perc-Module erreichen nur 17,7 Prozent auf der Gesamtfläche (Apertur-Wirkungsgrad: 19,1 Prozent). Erst im Januar 2015 hatte First Solar eine Laborzelle mit einem Wirkungsgrad von 21,5 Prozent vorgestellt.

Nach Aussage von Karim Asali liegt die Effizienz der Serienmodule derzeit bei 16 Prozent. „Die Module leisten bereits 115 Watt“, bestätigte der Experte, der in Europa für die Technik zuständig ist. „Wir haben die Systemspannung von 1.000 Volt auf 1.500 Volt erhöht. Dadurch können wir 15 Module in einem String schalten statt bisher zehn Module.“

Auch dadurch sinken die Kosten. Höhere Systemspannungen erlauben Einsparungen bei der DC-Verkabelung, ebenso werden weniger Gestelle benötigt. Auf der anderen Seite braucht man aufwendigere Sicherungen und Schutztechnik. „Damit müssen wir erst einmal Erfahrungen sammeln, bevor wir die Kostenersparnis genau beziffern können“, erläutert Asali. „Einige Komponenten werden preiswerter, andere verteuern sich.“

Nach seiner Ansicht werden die Solarparks weiterhin an die Mittelspannung angeschlossen. „Künftig wird man vor allem Solarkraftwerke mit 20 bis 50 Megawatt Leistung bauen, zum Beispiel im Mittleren Osten“, gibt er einen Ausblick. „Diese Größe können die Stromnetze gut verkraften, auch lassen sich solche Anlagen sehr gut finanzieren.“

Zunächst backt First Solar im Mittleren Osten jedoch große Brötchen. Die Amerikaner liefern die Module für einen Solarpark mit 200 Megawatt Leistung, der in der Nähe von Dubai entstehen soll. Der Preis des Sonnenstroms wurde mit 5,84 US-Cent je Kilowattstunde (sechs Eurocent) vereinbart. Das sind 20 Prozent weniger als bisher üblich.

Die Fertigstellung des Solarparks ist für Anfang 2017 geplant. Das riesige Kraftwerk wird rund 30.000 Haushalte in den Vereinigten Arabischen Emiraten mit Strom versorgen. Insgesamt werden dort 2,36 Millionen Module von First Solar verbaut. Hinzu kommen rund 152.880 Module, die in der ersten Bauphase des Parks installiert wurden. Der auf knapp 4,5 Millionen Quadratmetern errichtete Solarpark entspricht mehr als 100 Fußballfeldern.

www.firstsolar.com