Solarforscher Eicke Weber: „Schauen Sie auf Fürstenfeldbruck!”
Veröffentlicht: 20.11.2009
Die Sonne ist die Stromquelle der Zukunft. Davon ist Professor Eicke Weber fest überzeugt. Der international renommierte Physiker und Materialforscher leitet das Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme in Freiburg, Europas größtes Solarforschungsinstitut. Im Interview lobt er das deutsche Einspeisegesetz, erläutert unterschiedliche Ansätze in der Photovoltaik und erklärt, was ein Landkreis in Bayern dem Rest der Republik voraus hat.
Die Sonne ist eine praktisch unbegrenzt zur Verfügung stehende Energiequelle. Was hindert uns daran, sie stärker als bisher für die Gewinnung von Strom zu nutzen?
Eicke Weber: Das Hauptproblem sind Kosten. Die Kosten von Solarstrom sind im Moment noch höher als die Kosten von fossil erzeugtem Strom oder von Kernenergie. Aber die Photovoltaik ist im Prinzip eine Halbleitertechnologie, und diese folgt seit 40 Jahren einem vom Intel-Gründer Gordon Moore 1965 vorgeschlagenem Gesetz, wonach sich alle zwei Jahre die Performance eines integrierten Schaltkreises verdoppelt.
Prof. Dr. Eicke Weber mit so genanntem "upgraded metallurgical silicon" (Foto: M. Müller)
Im Photovoltaik-Bereich beobachten wir eine 20-prozentige Kostensenkung bei Verdoppelung der global installierten Leistung. Je stärker wir also die Photovoltaiktechnologie entwickeln, umso preiswerter wird der Solarstrom. Wenn wir Solarenergie zu geringeren Preisen herstellen können als fossile Energie oder Kernenergie, wird es kein Halten mehr geben.
Wann wird es soweit sein?
Die erste Preisparität, die Parität der Kosten des Solarstroms mit dem von Haushaltsstrom in Deutschland, wird schon bald erreicht sein, 2013 oder 2014. Die Versorger argumentieren allerdings, im Haushaltsstrompreis steckten die Profite, Steuern und weitere Faktoren mit drin. Was zähle, sei der Gestehungspreis. Auf Dauer wird photovoltaisch erzeugter Strom auch günstiger als die Gestehungskosten des konventionellen Stroms produziert werden. Es wird nur länger dauern.
Welchen Anteil am Solarboom hat das Erneuerbare Energien Gesetz EEG?
Ich habe lange in Kalifornien gelebt. Dort hat man schon seit vielen Jahren versucht, Solarenergie zu fördern. Ohne großen Erfolg. Die Gesamtmenge Photovoltaik, die in den USA jährlich installiert wird, ist kaum mehr als ein Zehntel der in Deutschland installierten Menge. Das liegt daran, dass man es in den USA mit direkten Subventionen versucht hat. Damit erreicht man lediglich jene Menschen, die etwa aus ökologischen Gründen ohnehin über eine Solaranlage nachgedacht haben. In Deutschland ist man einen anderen Weg gegangen. Wenn hier jemand Solarstrom herstellt, dann verlangen wir von den Versorgern, dass sie diesen Solarstrom zu einem Preis kaufen, der eine lohnende Investition garantiert. So kann derjenige, der Geld in eine Solaranlage investiert, mit einer festen Rendite pro Jahr kalkulieren. Dieses Konzept richtet sich also an alle, die rechnen können. Es ist viel durchschlagkräftiger, weil man an die persönlichen Interessen der Investoren appelliert und nicht nur an den guten Willen.
Die deutschen Hersteller werden dafür kritisiert, dass sie die Preise künstlich hoch halten, da sich selbst die Installation teurer Solaranlagen aufgrund der Einspeisevergütung lohnt. Wird das EEG vom Segen zum Fluch?
Ich bin dafür, dass die Solarenergie so schnell wie möglich so preiswert wie möglich wird. Das Interessante am EEG ist gerade, dass es den Wettbewerb unter den Herstellern fördert. Durch den Kauf des preisgünstigsten Moduls hat man den besten Profit. Aber nur, solange es nicht nach fünf Jahren schlapp macht.
Ändert die schnellere Reduzierung der Einspeisevergütung etwas an dem Anreiz?
Die Tatsache, dass wir im Frühjahr 2009 die Novellierung des EEGs hatten und die Degressionsrate von fünf Prozent auf acht Prozent und im nächsten Jahr neun Prozent steigt, ist unproblematisch. Wir hatten aufgrund der Wirtschaftskrise einen großen Preisverfall bei Solarmodulen, die in diesem Jahr etwa um 30 Prozent billiger wurden. Würde man aber die Degression auf 20 oder 30 Prozent setzen, würden nur noch Billigstmodule aus fragwürdigen fernöstlichen Quellen gekauft.
Sind deutsche Unternehmen weiter konkurrenzfähig?
Die deutschen Firmen sind verschieden aufgestellt. Solarworld beispielsweise hat sich sehr konsequent auf die kristalline Siliziumtechnologie konzentriert. Das Unternehmen hat eine hohe Fertigungstiefe, es hat sich eigene Quellen für Silizium zugelegt. Für Ersol gilt ähnliches. Dort ist mit Bosch ein interessanter Partner eingestiegen. Q-Cells ist im Vergleich weniger vertikal integriert. Q-Cells ist auch auf dem Dünnschichtmarkt aktiv und hat mehrere Töchter in verschiedenen Technologien gegründet. Das hat dem Kerngeschäft geschadet. Außerdem hat Q-Cells noch einige weniger effektive Produktionslinien aus älterer Zeit in Betrieb, die nicht profitabel produzieren können, wenn die Preise fallen. Deswegen hat Q-Cells Mitarbeiter freisetzen müssen. Aber das ist eigentlich mehr eine Frage der individuellen Firmenpolitik, daran würde eine Veränderung des EEGs nichts ändern.
Sie sind nach mehr als 20 Jahren Forschung in den USA nach Deutschland zurückgekehrt. Inzwischen regiert im Weißen Haus ein anderer. Präsident Obama will dort die energiepolitische Wende schaffen. Waren Sie gern vor Ort dabei?
Ich bin sehr glücklich, dass ich gerade zu dem Zeitpunkt zurückgekommen bin, als der Solarmarkt hier so richtig in die Gänge kam. Ich mache auch in den USA weiter meine Stimme wirksam, wenn es zum Beispiel um die Frage geht, wie man Solarenergie fördern kann. Noch vor zwei Jahren wurde „feed-in tariff” in den USA behandelt wie ein schmutziges Wort. Es ist die Übersetzung für unseren Einspeisetarif. Aber „tariff” heißt im Amerikanischen Steuer oder Gebühr, daher war die Wortwahl sehr ungeschickt, „feed-in rate” passt besser. Das deutsche System hat den großen Reiz, dass Kosten für den Einspeisetarif nicht aus dem Staatshaushalt beglichen werden, sondern gleich verteilt von den Stromabnehmern getragen werden. Diesen Weg hielten die Amerikaner für politisch nicht durchsetzbar. Inzwischen hat sich der Wind gedreht. Ich bin sicher, in kurzer Zeit werden erste US-Staaten dem deutschen Modell folgen. Und es wird einen Dammbruch geben, weil die anderen Staaten dann merken, dass sich ein Markt entwickelt und Firmen und Arbeitsplätze entstehen. Es ist erstaunlich, dass man in den USA inzwischen offen hört: Die Deutschen sind hier unser Vorbild.
Wie sieht es in der Forschung aus?
Die Amerikaner haben die Dünnschichtforschung stärker betrieben als wir. Insofern gibt es einen gewissen Systemwettbewerb. In Deutschland haben wir uns auf die Verbesserung der kristallinen Siliziumtechnologie gestürzt. Sie hat heute einen Marktanteil von 80 Prozent, aber wie sich das weiter entwickelt, bleibt abzuwarten.
Was spricht denn für die eine oder die andere Technologie?
Die Kosten der Dünnschichtphotovoltaik-Module sollen bald weniger als ein Euro pro Watt sein, während die Kosten der Silizium-Photovoltaik irgendwo bei 1,5 Euro pro Watt für die Zelle und entsprechend mehr für das Modul liegen. Man muss bei der Silizium-Photovoltaik mehr pro Watt bezahlen, kann aber aus einem Modul 180 bis 220 Watt Leistung herausholen, während man aus einem Dünnschicht-Modul nur zwischen 80 Watt und 120 Watt Leistung bekommt. Insofern ist das durchaus eine Segmentierung des Marktes.
Welche weiteren Entwicklungen gibt es?
Neben Dünnschicht und Silizium gibt es ein weiteres Segment, das sind die hocheffizienten Solarzellen. Bei uns am ISE konnten wir im Januar einen Weltrekord aufstellen, wir haben eine Solarzelle mit einer 41,1prozentigen Effizienz entwickelt. Hocheffiziente Solarzellen werden in so genannten Konzentratorsystemen in Ländern mit viel direktem Sonnenlicht eingesetzt, also weniger in Deutschland.
Diese Weltrekordzelle ist mit Unterstützung der Uni Kiel entstanden: In der Technischen Fakultät wurden dazu Kristalldefekte in den Halbleiterschichten am Transmissionselektronenmikroskop kontrolliert…
Ja, das stimmt. Unsere Zusammenarbeit mit Herrn Jäger in Kiel ist sehr wertvoll gewesen. Er ist einer der führenden Elektronenmikroskopie-Spezialisten in Deutschland, und wir arbeiten seit langem gut zusammen. Und ich kann sagen, dass das Verständnis der Defekte in diesen komplizierten Strukturen absolut der Schlüssel war, um diesen Durchbruch zu erreichen.
Welche Effizienzsprünge sind bei Solarzellen noch zu erwarten?
Entscheidend ist, die Kosten pro Kilowattstunde zu reduzieren, bei gleichzeitig guter Effizienz. Eine spannende Entwicklung ist das so genannte schmutzige Silizium. Von dem höchstreinen Material der Halbleiterindustrie kommen wir damit zu Siliziummaterial, das um den Faktor 1000 höhere Verunreinigungskonzentrationen haben darf. Das kann potenziell die Kosten von Solarzellen bedeutend senken. Natürlich gibt es sowohl in der Silizium- als auch in der Hocheffizienztechnologie das Ziel, höhere Effizienzen bei konstanten oder sogar sinkenden Kosten zu erreichen. Daran forschen wir am ISE.
Wie viel kann man mit schmutzigem Silizium sparen?
In der Natur, im Sand oder Quarz, liegt Silizium nicht rein vor, sondern als Siliziumdioxyd. Ausgangsmaterial für die Gewinnung von höchstreinem Silizium ist das so genannte metallurgische Silizium. Davon werden weltweit jährlich etwa eineinhalb Millionen Tonnen hergestellt. Für die Bedürfnisse der Halbleiterindustrie wird das metallurgische Silizium sehr aufwändig in eine Gasform übersetzt und in großen raffinerieartigen Türmen zu ultrareinem Silizium aufbereitet. Weltweit gewinnt man davon im Jahr etwa 60.000 bis 70.000 Tonnen. Die eine Hälfte wird in der Halbleiterindustrie verwendet, die andere Hälfte in der Solarindustrie. Für Solarzellen ist die höchstreine Qualität aber nicht zwingend notwendig. Es reicht, nur die Verunreinigungen zu entfernen, die man sich absolut nicht leisten kann. Das sind die Elemente Bohr und Phosphor, denn diese beeinflussen die elektrischen Eigenschaften. Alles andere kann man in bedeutend höheren Konzentrationen zulassen. Schmutziges Silizium nennt man auch UMG, upgraded metallurgical silicon. Die Herstellung dieses Materials kostet nur etwa ein Drittel soviel wie das Halbleitersilizium. Und die Investitionskosten für eine Fertigungsanlage sind auch fast um den Faktor zehn geringer. Wenn wir wesentliche Teile der Weltenergieerzeugung aus Photovoltaik beschaffen wollen, ist das ein ganz wichtiger Unterschied.
Das Wüstenstromprojekt Desertec hat die Vision geweckt, dass Sonnenstrom von überall auf der Welt dorthin transportiert werden kann, wo er gebraucht wird. Ist eine solche Vision umsetzbar?
Das Entscheidende bei Desertec ist die Möglichkeit, Strom in großen Mengen über weite Distanzen zu übertragen. Eine normale Hochspannungsleitung verliert auf tausend Kilometer etwa 30 Prozent der Leistung. Das liegt daran, dass der Strom 50 mal in der Sekunde umgepolt wird. Das kostet natürlich Energie, daher der Verlust. Mit der so genannten Hochspannungsgleichstromübertragung reduziert man den Verlust um einen Faktor zehn, indem man den Strom in einer Richtung fließen lässt. Eine solche Leitung verliert nur drei Prozent der Energie auf tausend Kilometer und 30 Prozent auf zehntausend Kilometer. Die Sonne scheint immer an irgendeiner Stelle der Erde, und wenn es uns als Perspektive Richtung 2100 gelingt, ein weltumspannendes Stromnetz zu haben, dann hätten wir eine sichere Energieversorgung zu jeder Tageszeit.
Können dadurch neue Abhängigkeiten entstehen?
Zwei Aspekte werden bei Desertec kontrovers diskutiert. Zum einen ist vorgesehen, den Strom mit Hilfe solarthermischer Kraftwerke zu gewinnen. Der Grund dafür ist, dass die solarthermische Stromgewinnung heute preiswerter erscheint als die photovoltaische. Aber das Projekt hat einen Zeithorizont bis 2020, und bis dahin wird Photovoltaik meines Erachtens preiswerter sein. Zum anderen wird argumentiert, wir ersetzen die Abhängigkeit von den Öl fördernden Ländern durch die Abhängigkeit von den Ländern der Sahara. Das halte ich für nicht zutreffend, weil es viel mehr Länder gibt, in denen die Sonne scheint als Länder, in denen Öl und Gas gefunden wird. Das Spannendste am Projekt Desertec wird fast völlig vergessen: Es ist die Frage, wer dieses Projekt in Gang bringt. Das ist weder die Regierung noch sind es die Energieversorger. Es ist die Münchener Rückversicherung. Die Münchener Rück wird Schaden erleiden, wenn durch Klimaänderungen gigantische Stürme entstehen, sie hat erkannt, dass es in ihrem strategischem Interesse liegt, etwas gegen die Klimaänderung zu tun. Das ist sehr interessant, weil es rein wirtschaftliche Überlegungen sind, die keinerlei Idealismus enthalten.
Wie sieht unser Energiemix in 15 Jahren aus?
Schauen Sie auf den Landkreis Fürstenfeldbruck! Weltweit erzeugen wir weniger als 0,1 Prozent des Stroms mit Photovoltaik. In Deutschland liegt der Prozentsatz bei etwa 0,7 bis 0,8 Prozent, in Bayern haben wir schon über zwei Prozent. Und im Kreis Fürstenfeldbruck werden heute bereits zehn Prozent des Stroms mit Photovoltaik erzeugt. Daran sieht man, dass es funktioniert, dass wir die mit Photovoltaik erzeugte Strommenge noch ganz leicht verzehnfachen können. Wenn wir weiter denken, dann sehen ja sogar die Szenarien der Bundesregierung vor, dass Solarenergie in 30 bis 40 Jahren 40 Prozent und mehr der Gesamtenergieproduktion deckt.
Sie standen auch mal vor der Wahl, in die Politik zu gehen…
Das stimmt. Nach dem Abitur 1967 habe ich überlegt, ob ich Jura studiere und dann in die Politik gehe. Ich habe aber nie bereut, dass ich mich für Physik entschieden habe. In den USA bekommt man eine ganz andere Idee von der Verantwortung für die Gesellschaft, dort haben viele Senatoren zunächst ernsthafte Berufe ausgeübt und sind dann in die Politik gegangen, weil sie der Gemeinschaft einen Service leisten wollen. Ein gutes Beispiel ist Arnold Schwarzenegger. Schwarzenegger ist nicht in die Politik gegangen, um berühmt zu werden, er ist ganz bestimmt nicht in die Politik gegangen, um mehr Geld zu verdienen, sondern weil ihm der Zustand des Staates Kalifornien am Herzen liegt. Etwas für die Gemeinschaft zu bewegen, das ist eine feine Sache. Und wenn ich durch meine Stellung als Direktor des ISE ein wenig die Politik in die Richtige Richtung beeinflussen kann, dann tue ich das gern.
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Zur Person:
»Professor Sonnenschein« nannte ihn das Manager Magazin aufgrund seiner Tätigkeit und seines optimistischen Pragmatismus. Prof. Dr. Eicke Weber leitet seit 2006 das Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg. Gleichzeitig ist er Inhaber des Lehrstuhls für Physik/ Solarenergie an dortigen Albert-Ludwigs-Universität. Der 60-Jährige beschäftigte sich vorwiegend mit Defekten in Silizium und III-V-Halbleitern und der Frage, wie sich aus Silizium mit hohem Metallgehalt gute Solarzellen herstellen lassen. Lange Zeit forschte Weber an der University of California in Berkeley, USA. Seine Leistungen wurden mit zahlreichen Ehrungen gewürdigt, unter anderem wurde er 2008 als Direktor in das SEMI International Board of Directors berufen. 2006 erhielt Eicke Weber das Bundesverdienstkreuz.
[...] in ihrer November-Ausgabe ein ausführliches Interview mit Prof. Weber geführt. Nachzulesen unter www.i_sh.de Kommentare [...]