Photovoltaik- und Speicherbranche im Aufwind

Was vor 30 Jahren als kleine Solarkonferenz mit Begleitausstellung in Pforzheim begann, hat sich zwischenzeitlich zur energiewirtschaftlichen Plattform The Smarter E Europe mit den vier Fachmessen Intersolar, EES - Electrical Energy Storage, EM-Power und Power2Drive entwickelt. Mitte Juni fand die dreitägige Großveranstaltung nunmehr zum 15. Mal in der Messe München statt. Mit 2.469 Ausstellern aus 57 Ländern und über 106.000 Besuchern aus 166 Ländern konnten die Veranstalter Rekordergebnisse vermelden. Ziel sei es, Lösungen für die künftige erneuerbare, dezentrale und digitale Energiewelt zu präsentieren, sagte Solar Promotion-Geschäftsführer Markus Elsässer. Photovoltaikmodule, Wechselrichter und Speicher dominierten das Bild, aber auch E-Mobility-Lösungen wie Ladestationen und Wallboxen waren zu sehen, Wasserstoff zur Umwandlung von volatil erzeugter Energie in speicherfähige Energie hält als neues Thema Einzug.

Photovoltaikzubau wächst rasant

Nach Aussage von Carsten Körnig, Hauptgeschäftsführer des Bundesverbandes Solarwirtschaft (BSW-Solar) tragen mittlerweile rund drei Millionen Photovoltaikanlagen 12 % zur Nettostromerzeugung in Deutschland bei. Im Vergleich zum Vorjahr ist der Zubau um 30 % gestiegen und lag 2022 bei 7,4 GW neu installierter Photovoltaikleistung. Ein deutliches Plus verzeichnet der BSW vor allem in den Segmenten Dachanlagen bis 30 kW Leistung (+36 %) und Freiflächenanlagen (+40 %). Das mittlere Segment –Anlagen auf Gewerbedächern –stagnierte, was Körnig vor allem auf bürokratische Hürden und insbesondere die erforderten Anlagenzertifikate für Installationen ab 135 kW Leistung zurückführt.

Der BSW rechnet mit einem Zubau von 9–11 GW PV-Leistung in diesem Jahr. Dazu werde auch die Photovoltaikstrategie des Bundeswirtschaftsministeriums mit den geplanten Gesetzespaketen beitragen, so Körnig. Die Regierung hat das Zubauziel auf 215 GW Photovoltaik bis 2025 erhöht. Das bedeutet in etwa eine Verdreifachung. Die eine Hälfte soll auf Gebäuden, die andere in der Freifläche installiert werden. Entsprechend euphorisch ist die Stimmung in der PV-Branche, zumal auch die Lieferschwierigkeiten aufgrund ausgebauter Fertigungskapazitäten abnehmen. Momentan verlangsamen eher knappe Installationskapazitäten den Zubau.

Module: Topcon-Zelltechnologie holt auf

Bei den Solarmodulen fielen die großen Formate und neue Zelltechnologien ins Auge. Perc mit passivierter Emissionselektrode und Rückseite ist mittlerweile Standard und die meist genutzte Zelltechnologie. Zu den Perc-Modulen mit P-type-Zellen gesellen sich nun Module mit Topcon- und Heterojunction (HJT)-Zellen auf N-type-Basis. Vor allem Topcon war das Schlagwort auf der Fachmesse Intersolar.

Die Topcon-Technologie wurde am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) entwickelt und 2013 vorgestellt. Der ladungsträgerselektive Kontakt TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact) basiert auf einem ultradünnen Tunneloxid in Kombination mit einer dünnen Siliziumschicht. Mit der Topcon-Rückseite konnte das Fraunhofer ISE einen Rekordwirkungsgrad für eine beidseitig kontaktierte Solarzelle von 25,3 %erreichen. Die Technologie ist nun marktreif. Erste Hersteller wie Jolywood, Trina Solar, Jinko und Sharp Energy bieten den innovativen Modultyp an.

Topcon-Zellen sollen im Vergleich zu Perc-Zellen etwas höhere Wirkungsgrade haben, außerdem sollen sie durch einen niedrigeren Temperaturkoeffizienten bei höheren Temperaturen robuster sein und ein besseres Schwachlichtverhalten aufweisen. Das neue N-Type-Topcon-Doppelglas-Modul von Trina beispielsweise hat 450W Ausgangsleistung.

Die Module des chinesischen Energiekonzerns GCL geben einen Eindruck von der Bandbreite der Module (v. l. n. r.): Komplett schwarzes Modul, monokristallines Modul, bifaziales Doppelglas-Modul, bifaziales Doppelglas-Modul in noch größerem Format für höhere Leistung. Bild: Ina Röpcke

Hocheffizienzmodule mit Heterojunctionzellen

Die Heterojunction (HJT)-Zelltechnologie verbindet die kristalline und die Dünnschichttechnologie; dies soll ebenfalls höhere Wirkungsgrade und besseres Schwachlichtverhalten bewirken. Meyer Burger, der größte deutsche Modulhersteller mit Sitz in Sachsen-Anhalt, setzt auf HJT-Module, ebenso REC und Luxor Solar sowie diverse asiatische Produzenten. Ein HJT-Modul von REC zum Beispiel erreicht bis zu 430 W_peak Leistung.

Branchenkenner gehen davon aus, dass die Topcon-Module Perc in den kommenden Jahren verdrängen werden. Das Fraunhofer-ISE sieht Perowskit-Silizium Tandem-Technologie mit klassischen Siliziumzellen und neuartigen Perowskitzellen als Nachfolger von Topcon und forscht bereits dazu, wie auch andere Institute.

Für Halbzellenmodule werden Zellen in herkömmlichem Format nach der Fertigung geteilt. Bild: Ina Röpcke

Glas-Glas-Module

Ein weiterer Trend bei den Solarmodulen sind Glas-Glas-Module, die durch die Glasscheibe auf der Rückseite – anstelle einer Rückseitenfolie – stabiler sein sollen. Meyer Burger hat beispielsweise angekündigt, ab 2024 nur noch Glas-Glas-Module herstellen zu wollen. Die Freiburger Solar-Fabrik gab bekannt, zusätzlich zur Fertigung in China eine Fabrik für Glas-Glas-Module in Bayern zu bauen.

Auch bifaziale Module, die nicht nur auf der Vorderseite, sondern auch auf der Rückseite Solarzellen haben, sind immer häufiger zu sehen. Damit die Stromerzeugung auf der Rückseite genutzt werden kann, werden sie entweder in Freilandanlagen wie Agri-Photovoltaikanlagen mit vertikal montierten Modulen eingesetzt oder auf Flachdächern mit hellem Untergrund, damit die Sonne auf die Rückseite reflektiert wird.

Für Freiflächenanlagen sind auch die großformatigen Photovoltaikmodule bestimmt, die an zahlreichen Messeständen zu sehen waren. Hier waren Leistungsklassen bis 700W zu sehen. Vor ein paar Jahren war dies noch unvorstellbar. In Deutschland sind nur Module bis 2m² Größe auf Dächern erlaubt, deshalb scheiden sie für diese Anwendung aus. Um die Akzeptanz bei Hausbesitzern zu erhöhen, bieten Hersteller zudem immer häufiger komplett schwarze oder auch farbige Module an.

Stromspeicher werden zum Standard

So wie die PV-Anlage wird auch der Stromspeicher immer mehr zur gängigen Haustechnik. Der BSW schätzt die Zahl der installierten Speichersysteme auf 800.000. Den weitaus größten Anteil daran haben Heimspeicher bis 30 kWh Speicherkapazität. Eine Umfrage des Verbandes vomMai 2023 ergab, dass die befragten Installateure neue PV-Anlagen auf Eigenheimen inzwischen zu 78 % mit einem Stromspeicher, zu 43 % mit einer Wallbox und zu etwa 38 % mit einer Wärmepumpe installieren.

E3DC: HagerEnergy bringt eine limitierte Serie von bidirektionalen Ladestationen auf den Markt. Bild: Ina Röpcke

Soll der PV-Strom auch für ein Elektroauto oder zum Heizen genutzt werden, braucht es eine höhere Speicherkapazität. Dem tragen Weiterentwicklungen bei Speichersystemen Rechnung, wie auf der EES, der Fachmesse für Energiespeicher und Batterien, deutlich zu erkennen war. Die Grenzen zwischen Heim- und Gewerbespeichern verschwimmen. Zahlreiche Hersteller präsentierten skalierbare Gewerbespeicher, die auch in kleineren Mehrfamilienhäusern eingesetzt werden können. Weiterhin haben immer mehr Speicher Schnittstellen für die Sektorenkopplung, zum Beispiel SG-ready für Wärmepumpen oder andere Einbindungskonzepte wie Modus oder EE-Bus. Eine andere Möglichkeit ist, gemeinsame Protokolle zu entwickeln. So können etwa Speichersysteme über das Energiemanagementsystem Sunny Home Manager 2.0 von SMA über eine Cloud-Anbindung mit Samsung-Wärmepumpen betrieben werden.

SMA-Speicher können nun über den Sunny Home Manager 2.0 und eine Cloud-to-Cloud-Lösung mit einer Samsung-Wärmepumpe kommunizieren. Bild: Ina Röpcke

Ein Entwicklungstrend ist das bidirektionale Laden. Bei Hager Energy, Hersteller der Speichersysteme E3/DC, befindet sich beispielsweise eine limitierte Serie des Vehicle-to-home-Systems Edison V2H mit einer DC-Verbindung zwischen bidirektionaler Ladestation und Hauskraftwerk von E3/DC kurz vor dem Verkaufsstart. Ab etwa 2025 soll dann ein All-in-one-System auf den Markt kommen. Beim bidirektionalen Laden kann der in der E-Auto-Batterie gespeicherte Strom im Haus genutzt werden. Die Einspeisung vom Auto zum Netz ist in Deutschland noch nicht erlaubt.

Im kommenden Jahr findet The Smarter E Europe vom 19. bis 21. Juni 2024 statt. Die Veranstalter haben bereits alle 18  Messehallen in München gebucht.