Photovoltaik

Unter Photovoltaik bzw. Fotovoltaik versteht man die direkte Umwandlung von Lichtenergie, meist aus Sonnenlicht, mittels Solarzellen in elektrische Energie. Seit 1958 wird sie in der Raumfahrt genutzt, später diente sie auch zur Energieversorgung einzelner elektrischer Geräte wie Taschenrechnern oder Parkscheinautomaten. Heute ist mit großem Abstand die netzgebundene Stromerzeugung auf Dachflächen und als Freiflächenanlage das wichtigste Anwendungsgebiet.

Der Begriff leitet sich aus dem griechischen Wort für „Licht“ (φῶς, phos, im Genitiv: φωτός, photos) sowie aus der Einheit für die elektrische Spannung, dem Volt (nach Alessandro Volta) ab. Die Photovoltaik ist ein Teilbereich der Solartechnik, die weitere technische Nutzungen der Sonnenenergie einschließt.

Ende 2023 waren weltweit Photovoltaikanlagen mit einer Leistung von ca. 1.600 GW installiert.^[1] Die Stromerzeugung aus Photovoltaik lag in diesem Jahr bei 1.628 TWh; das waren 5,5 % der weltweiten Stromerzeugung. Den größten Anteil an der Stromerzeugung hatte die Photovoltaik in Chile mit 19,9 %.^[2] Zwischen 1998 und 2015 stieg die weltweit installierte Photovoltaik-Leistung mit einer Wachstumsrate von durchschnittlich 38 % pro Jahr.^[3] Nach einer 2019 erschienenen Arbeit in Science wird erwartet, dass die installierte Leistung bis 2030 ca. 10.000 GW erreicht haben und 2050 bei 30.000 bis 70.000 GW liegen könnte.^[4] 2014 betrug der weltweite Marktanteil von kristallinen Siliziumzellen etwa 90 %. Prognosen gehen davon aus, dass Siliziumzellen auch langfristig die dominierende Photovoltaik-Technologie bleiben und gemeinsam mit Windkraftanlagen die „Arbeitspferde“ der Energiewende sein werden.^[5]

Die Photovoltaik galt lange als die teuerste Form der Stromerzeugung mittels erneuerbaren Energien; eine Sicht, die mittlerweile durch die starken Kostensenkungen der Anlagenkomponenten jedoch überholt ist.^[6] 2020 hielt die Internationale Energieagentur fest, dass Photovoltaikanlagen, die auf guten Standorten und mit günstigen institutionellen Bedingungen errichtet werden, inzwischen die günstigste Form der Stromerzeugung der Geschichte seien.^[7] Bereits 2014 lagen die Stromgestehungskosten der Photovoltaik in bestimmten Regionen der Erde auf gleichem Niveau oder sogar niedriger als bei fossilen Konkurrenten.^[8] Unter Berücksichtigung externer Kosten der fossilen Stromerzeugung (d. h. Umwelt-, Klima- und Gesundheits­schäden) war Solarstrom schon davor bereits konkurrenzfähig; tatsächlich waren diese Kosten jedoch nur zum Teil internalisiert.^[9]

Von 2011 bis 2017 sind die Kosten der Stromerzeugung aus Photovoltaik um fast 75 % gefallen. In den USA waren 2017 bei Solarparks bereits Vergütungen von unter 5 US-Cent/kWh (4,8 Euro-Cent/kWh) üblich; ähnliche Werte waren zu diesem Zeitpunkt unter günstigen Umständen auch in anderen Staaten möglich. In mehreren Staaten wurden 2017 in Ausschreibungen sogar Rekordwerte von 3 US-Cent/kWh (2,9 Euro-Cent/kWh) erreicht.^[10] 2020 wurden mehrere Solarparks vergeben, bei denen die Vergütung deutlich unter 2 US-Cent/kWh liegt. Das mit Stand April 2020 günstigste bezuschlagte Angebot liegt bei 1,35 US-Cent/kWh (1,29 ct/kWh) für einen Solarpark in Abu Dhabi.^[11] Das mit Stand Juni 2022 günstigste bezuschlagte Angebot liegt bei 1,04 US-Cent/kWh für einen Solarpark in Saudi-Arabien.^[12] Auch in Deutschland liegen die Stromgestehungskosten von neu errichteten Photovoltaik-Großanlagen seit 2018 niedriger als bei allen anderen fossilen oder erneuerbaren Energien.^[13]

1. ↑ Referenzfehler: Ungültiges <ref>-Tag; kein Text angegeben für Einzelnachweis mit dem Namen IEA-PVPS.
2. ↑ Global Electricity Review 2023. Ember Climate. Abgerufen am 24. Juni 2023.
3. ↑ Referenzfehler: Ungültiges <ref>-Tag; kein Text angegeben für Einzelnachweis mit dem Namen Creutzig.
4. ↑ Nancy Haegel et al: Terawatt-scale photovoltaics: Transform global energy. In: Science. Band 364, Nr. 6443, 2019, ISSN 0036-8075, S. 836–838, doi:10.1126/science.aaw1845. 
5. ↑ Nicola Armaroli, Vincenzo Balzani: Solar Electricity and Solar Fuels: Status and Perspectives in the Context of the Energy Transition. In: Chemistry – A European Journal 22, Issue 1, (2016), 32–57, doi:10.1002/chem.201503580.
6. ↑ Referenzfehler: Ungültiges <ref>-Tag; kein Text angegeben für Einzelnachweis mit dem Namen Breyer 2015, 611.
7. ↑ Referenzfehler: Ungültiges <ref>-Tag; kein Text angegeben für Einzelnachweis mit dem Namen Lohani, Blakers 2021.
8. ↑ Asegun Henry, Ravi Prasher: The prospect of high temperature solid state energy conversion to reduce the cost of concentrated solar power. In: Energy and Environmental Science 7, (2014), 1819–1828, S. 1819, doi:10.1039/c4ee00288a.
9. ↑ Can Sener, Vasilis Fthenakis: Energy policy and financing options to achieve solar energy grid penetration targets: Accounting for external costs. In: Renewable and Sustainable Energy Reviews 32, (2014), 854–868, S. 859, doi:10.1016/j.rser.2014.01.030.
10. ↑ Nancy M. Haegel et al.: Terawatt-scale photovoltaics: Trajectories and challenges. In: Science. Band 356, Nr. 6334, 2017, S. 141–143, doi:10.1126/science.aal1288. 
11. ↑ Referenzfehler: Ungültiges <ref>-Tag; kein Text angegeben für Einzelnachweis mit dem Namen greentechmedia.
12. ↑ Saudi-Arabiens zweite Photovoltaik-Ausschreibung mit Weltrekord-Tiefstgebot von 1,04 US-Dollarcent pro Kilowattstunde. Abgerufen am 26. Juni 2022. 
13. ↑ Fraunhofer ISE: Studie Stromgestehungskosten Erneuerbare Energien März 2018. In: ise.fraunhofer.de. Abgerufen am 27. März 2018.