Die meisten Solarmodule, die heute Dächer, Felder und Wüsten auf der Welt bedecken, haben denselben Bestandteil: kristallines Silizium.Das aus rohem Polysilizium hergestellte Material wird zu Wafern geformt und zu Solarzellen verdrahtet, Geräten, die Sonnenlicht in Elektrizität umwandeln.In letzter Zeit ist die Abhängigkeit der Branche von dieser einzigartigen Technologie zu einer Art Belastung geworden.Engpässe in der Lieferketteverlangsamen sichneue Solaranlagen weltweit.Wichtige Polysiliciumlieferanten in der chinesischen Region Xinjiang –beschuldigt, Zwangsarbeit von Uiguren in Anspruch genommen zu haben– sind mit US-Handelssanktionen konfrontiert.
Glücklicherweise ist kristallines Silizium nicht das einzige Material, das dabei helfen kann, die Energie der Sonne zu nutzen.In den Vereinigten Staaten arbeiten Wissenschaftler und Hersteller daran, die Produktion der Cadmiumtellurid-Solartechnologie auszuweiten.Cadmiumtellurid ist eine Art „Dünnschicht“-Solarzelle und, wie der Name schon sagt, viel dünner als eine herkömmliche Siliziumzelle.Heutzutage verwenden Paneele CadmiumtelluridVersorgung etwa 40 Prozentdes US-amerikanischen Versorgungsmarktes und etwa 5 Prozent des globalen Solarmarktes.Und sie werden vom Gegenwind profitieren, mit dem die Solarbranche insgesamt konfrontiert ist.
„Es ist eine sehr volatile Zeit, insbesondere für die Lieferkette für kristallines Silizium im Allgemeinen“, sagte Kelsey Goss, Solarforschungsanalystin für die Energieberatungsgruppe Wood Mackenzie.„Für Cadmiumtellurid-Hersteller besteht großes Potenzial, im kommenden Jahr weitere Marktanteile zu gewinnen.“Vor allem, da der Cadmiumtellurid-Sektor bereits expandiert, bemerkte sie.
Im Juni kündigte der Solarhersteller First Solar dies an680 Millionen US-Dollar investierenin einer dritten Cadmiumtellurid-Solarfabrik im Nordwesten von Ohio.Wenn die Anlage im Jahr 2025 fertiggestellt ist, wird das Unternehmen in der Region Solarmodule im Wert von 6 Gigawatt herstellen können.Das reicht aus, um etwa eine Million amerikanische Haushalte mit Strom zu versorgen.Ein weiteres in Ohio ansässiges Solarunternehmen, Toledo Solar, ist kürzlich auf den Markt gekommen und stellt Cadmiumtellurid-Module für Wohndächer her.Und im Juni haben das US-Energieministerium und sein National Renewable Energy Laboratory (NREL)startete ein 20-Millionen-Dollar-Programmum die Forschung zu beschleunigen und die Lieferkette für Cadmiumtellurid auszubauen.Eines der Ziele des Programms besteht darin, dazu beizutragen, den US-Solarmarkt von globalen Versorgungsengpässen abzuschirmen.
Forscher von NREL und First Solar, früher Solar Cell Inc. genannt, arbeiten seit Anfang der 1990er Jahre bei der Entwicklung zusammenCadmiumtellurid-Technologie.Cadmium und Tellurid sind Nebenprodukte beim Schmelzen von Zinkerzen bzw. beim Raffinieren von Kupfer.Während Siliziumwafer zur Herstellung von Zellen miteinander verbunden werden, werden Cadmium und Tellurid zusammen mit anderen elektrisch leitenden Materialien als dünne Schicht – etwa ein Zehntel des Durchmessers eines menschlichen Haares – auf eine Glasscheibe aufgetragen.First Solar, heute der weltweit größte Dünnschichthersteller, hat Module für Solaranlagen in 45 Länder geliefert.
Die Technologie habe gewisse Vorteile gegenüber kristallinem Silizium, sagte NREL-Wissenschaftlerin Lorelle Mansfield.Beispielsweise erfordert der Dünnschichtprozess weniger Materialien als der Wafer-basierte Ansatz.Die Dünnschichttechnologie eignet sich auch gut für den Einsatz in flexiblen Paneelen, etwa zur Abdeckung von Rucksäcken oder Drohnen oder zur Integration in Gebäudefassaden und Fenster.Wichtig ist, dass die Dünnschichtplatten bei heißen Temperaturen eine bessere Leistung erbringen, während Siliziumplatten überhitzen und bei der Stromerzeugung weniger effizient werden können, sagte sie.
Aber auch in anderen Bereichen hat kristallines Silizium die Oberhand, etwa bei der durchschnittlichen Effizienz – also dem Prozentsatz des Sonnenlichts, den Panels absorbieren und in Strom umwandeln.In der Vergangenheit hatten Siliziumpaneele höhere Wirkungsgrade als die Cadmiumtellurid-Technologie, allerdings wird der Abstand kleiner. Heute können industriell hergestellte Siliziumpaneele Wirkungsgrade von erreichen18 bis 22 Prozent, während First Solar für seine neuesten kommerziellen Module einen durchschnittlichen Wirkungsgrad von 18 Prozent meldet.
Dennoch ist der Hauptgrund dafür, dass Silizium den Weltmarkt dominiert, relativ einfach.„Alles kommt auf die Kosten an“, sagte Goss.„Der Solarmarkt wird tendenziell stark von der günstigsten Technologie bestimmt.“
Die Produktion von kristallinem Silizium pro Watt Solarstrom kostet etwa 0,24 bis 0,25 US-Dollar, was weniger ist als bei anderen Konkurrenten, sagte sie.First Solar gab an, die Kosten pro Watt für die Herstellung seiner Cadmiumtellurid-Module nicht mehr anzugeben, sondern lediglich, dass die Kosten seit 2015 – als das Unternehmen gegründet wurde – „erheblich gesunken“ seienberichtete über Kosten von 0,46 $ pro Watt– und sinken jedes Jahr weiter.Es gibt mehrere Gründe für die relative Billigkeit von Silizium.Der Rohstoff Polysilizium, der auch in Computern und Smartphones zum Einsatz kommt, ist weit verbreiteter und kostengünstiger als Vorräte an Cadmium und Tellurid.Da die Fabriken für Siliziumpaneele und zugehörige Komponenten gewachsen sind, sind die Gesamtkosten für die Herstellung und Installation der Technologie gesunken.Auch die chinesische Regierung hat stark zugenommenunterstützt und subventioniertder Silizium-Solarsektor des Landes – so sehretwa 80 Prozentder weltweiten Lieferkette für die Solarproduktion verläuft inzwischen über China.
Sinkende Modulkosten haben den weltweiten Solarboom vorangetrieben.Im letzten Jahrzehnt hat sich die weltweit installierte Solarkapazität fast verzehnfacht, von etwa 74.000 Megawatt im Jahr 2011 auf fast 714.000 Megawatt im Jahr 2020.entsprechenddie Internationale Agentur für Erneuerbare Energien.Auf die Vereinigten Staaten entfällt etwa ein Siebtel des weltweiten Gesamtverbrauchs, und Solarenergie ist es mittlerweileeine der größten Quellenjedes Jahr werden in den USA neue Stromkapazitäten installiert.
Es wird erwartet, dass die Kosten pro Watt für Cadmiumtellurid und andere Dünnschichttechnologien ebenfalls sinken werden, wenn die Produktion ausgeweitet wird.(Sagt First Solardass das Unternehmen bei der Eröffnung seines neuen Werks in Ohio die niedrigsten Kosten pro Watt auf dem gesamten Solarmarkt liefern wird. Aber die Kosten sind nicht die einzige Messgröße, die zählt, wie die aktuellen Lieferkettenprobleme und Arbeitsbedenken der Branche deutlich machen.
Mark Widmar, CEO von First Solar, sagte, die geplante Expansion des Unternehmens um 680 Millionen US-Dollar sei Teil einer größeren Anstrengung, eine autarke Lieferkette aufzubauen und die US-Solarindustrie von China zu „entkoppeln“.Obwohl Cadmiumtellurid-Module kein Polysilizium verwenden, spürt First Solar andere Herausforderungen, mit denen die Branche konfrontiert ist, wie beispielsweise pandemiebedingte Rückstände in der Seeschifffahrtsbranche.Im April teilte First Solar den Investoren mit, dass die Überlastung der amerikanischen Häfen die Lieferungen von Modulen aus seinen Anlagen in Asien verzögerte.Die Steigerung der US-Produktion werde es dem Unternehmen ermöglichen, seine Module über Straßen und Schienen zu transportieren und nicht über Frachtschiffe, sagte Widmar.Und das bestehende Recyclingprogramm des Unternehmens für seine Solarmodule ermöglicht es ihm, Materialien um ein Vielfaches wiederzuverwenden, wodurch seine Abhängigkeit von ausländischen Lieferketten und Rohstoffen weiter reduziert wird.
Während First Solar Module produziert, testen und verbessern Wissenschaftler sowohl des Unternehmens als auch des NREL weiterhin die Cadmiumtellurid-Technologie.Im Jahr 2019 sind die Partnereinen neuen Ansatz entwickeltDabei werden die Dünnschichtmaterialien mit Kupfer und Chlor „dotiert“, um noch höhere Wirkungsgrade zu erzielen.Anfang dieses Monats, NRELgab die Ergebnisse bekannteines 25-jährigen Feldtests auf seiner Außenanlage in Golden, Colorado.Eine 12-Panel-Anordnung aus Cadmiumtellurid-Panels arbeitete mit 88 Prozent ihrer ursprünglichen Effizienz, ein starkes Ergebnis für ein Panel, das über zwei Jahrzehnte im Freien stand.Die Verschlechterung „steht im Einklang mit dem, was Siliziumsysteme bewirken“, heißt es in der NREL-Mitteilung.
Mansfield, der NREL-Wissenschaftler, sagte, das Ziel bestehe nicht darin, kristallines Silizium durch Cadmiumtellurid zu ersetzen oder eine Technologie als überlegen gegenüber der anderen zu etablieren.„Ich denke, dass es für sie alle einen Platz auf dem Markt gibt und sie alle ihre Anwendungen haben“, sagte sie.„Wir wollen, dass die gesamte Energie aus erneuerbaren Quellen stammt, also brauchen wir wirklich all diese verschiedenen Arten von Technologien, um dieser Herausforderung gerecht zu werden.“
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 17.09.2021