Großer Forschungsbedarf in der Photovoltaik

Für das Erreichen der Energiewende- und Klimaschutzziele Deutschlands ist die Photovoltaik (PV) zusammen mit der Windenergie die wichtigste Quelle für die Produktion von elektrischem Strom. Die zunehmende Elektrifizierung aller Verbrauchssektoren wird den Strombedarf Deutschlands signifikant steigen lassen, da auf diese Weise auch die Dekarbonisierung des Mobilitäts- und des Wärmeversorgungssektors unterstützt wird. Hierfür muss ein umfangreicher Ausbau der Photovoltaik, angefangen bei dezentralen Kleinanlagen im Kilowatt-Maßstab bis hin zu PV-Großkraftwerken im Megawatt-Bereich, erfolgen. Dies stellt mit Blick auf die notwendige Versorgungssicherheit hohe Anforderungen, nicht nur an die PV-Anlagen selbst, sondern an das Energiesystem im Allgemeinen. Zugleich werden die PV-Stromkosten zunehmend relevant für die Energiepreise insgesamt.

Förderfähige Forschungsinhalte in der Photovoltaik

Förderfähig sind Vorhaben, die dabei helfen, den Einsatz der PV effizienter, kostengünstiger oder verlässlicher zu gestalten. Auch die Auflösung von Flächenkonkurrenzen, die Umweltverträglichkeit der PV oder die Erhöhung von deren Akzeptanz sind wichtige Ziele. Dabei sind auch nichttechnische Innovationen förderfähig, sofern sie sich an Projekte der angewandten technologischen Entwicklung angliedern.

Vor dem Hintergrund des notwendigen beschleunigten Ausbaus der PV stehen die PV-Produktionstechnologien im Fokus. Adressiert wird insbesondere die Entwicklung hocheffizienter, massenfertigungstauglicher Prozesse von der Bereitstellung der Roh- und Ausgangsstoffe bis hin zu Zell- und Modulkonzepten. Die angestrebten Innovationen sollen signifikante Kostensenkungspotenziale heben, beispielsweise durch die Entwicklung neuer Anlagengenerationen für kostengünstige, hocheffiziente Material-, Zell- und Modulkonzepte, integrierte Automatisierungslösungen und selbstüberwachende beziehungsweise selbststeuernde Fabrik-Layouts.

Die Performance auf Komponenten- und Systemebene ist ein weiterer Schwerpunkt der PV-Forschung. Ein hoher Anteil von PV-Strom bedingt auch eine hohe Verantwortung für eine verlässliche Energiebereitstellung. Damit verbunden sind Themen wie die Realisierung eines gesicherten Stromertrags einschließlich Ertragsprognostik sowie die Steigerung der Lebensdauer und Zuverlässigkeit von PV-Systemen.

Weitere relevante PV-Forschungsthemen

Neue PV-Materialien, Konzepte und Technologien stellen ebenso einen Hebel zur Kostensenkung und Steigerung der Umweltverträglichkeit dar. Der Nutzen und die Vorteile neuer Technologien müssen dabei klar erkennbar sein. Wichtige Aspekte können ein verringerter Materialeinsatz, effiziente Herstellung und Verarbeitung oder höchste Wirkungsgrade und damit Kostenreduktionen auf Systemebene sein.

Die Einbindung des fluktuierenden PV-Stroms in die Stromnetze, die zunehmende Verknüpfung des Stromsektors mit Mobilität und Wärmeversorgung und die Auflösung von Flächenkonkurrenzen fordern eine umfassende Integration der PV. Einerseits werden dafür PV-Kraftwerke mit netzbildenden und netzdienlichen Eigenschaften benötigt, die auch dezentral lokale Erzeugungs- und Verbrauchsstrukturen unterstützen. Das schließt auch die umweltfreundliche Stromversorgung in Inselnetzen ein. Andererseits geht es um die Integration von angepassten PV-Modulen (IPV –Integrated PV), beispielsweise in bauliche Strukturen unter Einschluss innovativer Produktionstechnik bei architektonisch attraktiver Gestaltung und systemischer Einbindung in das Energiemanagementsystem des Gebäudes.

Die Gesamtentwicklung der PV erfolgt unter dem Aspekt der Nachhaltigkeit. Basis ist eine ausreichende Ressourcenverfügbarkeit und die Minimierung des Einsatzes kritischer oder knapper Rohstoffe. Die Entwicklung einer konsequenten Recyclingstrategie ist eine weitere wichtige Grundlage. Ebenso sind Fragen der Akzeptanz und in diesem Zusammenhang auch der generellen Umweltverträglichkeit anzusprechen.