Elektrizität: Schlüssel zu einem nachhaltigen und klimaverträglichen ...

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Prinzip bestehen im Vergleich zu anorganischen Zellen beachtliche Möglichkeiten der organischen
Materialgestaltung und -optimierung. Dafür ist aber wichtig, die physikalischen Mechanismen dieser anders
gearteten Systeme möglichst umfassend verstehen und modellieren zu können. Intensive grundsätzliche
Forschung und Entwicklung sind erforderlich. Testaufbauten zeigen, dass inzwischen Lebensdauern von
einem Jahrzehnt und mehr zu erreichen sind – damit könnte sich eine Perspektive hin zu den in der Praxis
geforderten Nutzungszeiten von etwa 20 – 30 Jahren eröffnen. Allerdings sind die bislang erreichten
Wirkungsgrade mit ca. 6 Prozent für produktionsrelevante Flächen bei organischen Zellen und Laborwerten
um zehn Prozent für Farbstoffzellen noch vergleichsweise bescheiden.
Die jungen Erfolge der Nanotechnologie tragen intensiv dazu bei, dass ganz neue Überlegungen in die
innovative Photovoltaikentwicklung Einzug halten, deren Untersuchung aber auch mit großen wissenschaftlich-technischen
Herausforderungen verbunden ist 28 . Sowohl aus der flüssigen Phase als auch im
Vakuum aufgebrachte Schichten für den Zellenaufbau erlauben, preiswerte großtechnische roll-to-roll
Verfahren zu benutzen und eine Vielzahl von Substraten (auch flexible) zu verwenden. Insgesamt eröffnen
sich damit auf Grund preiswerter Materialien, geringer mechanischer Empfindlichkeit und insbesondere einer
Herstellung, die eng mit etablierten Massendruckverfahren verwandt ist, Aussichten auf kostengünstige,
leichte und variabel einsetzbare Systeme.
Wenngleich es noch viele wissenschaftlich-technische Hürden zu überwinden gilt, bieten diese neuen
Konzepte, bei denen vergleichsweise niedrige Kosten in Aussicht stehen, grundsätzlich interessante
Perspektiven. Diese Entwicklungen sollten deshalb gemeinsam mit denen der anorganischen Systeme
intensiv vorangetrieben werden, auch, weil sich hier neben der photovoltaischen Anwendung ein breiter
Bereich möglicher organischer Elektronik abzeichnet.
5.2–c Nachhaltigkeitsbilanz
Ein wichtiger Aspekt ist die Umwelt- und Nachhaltigkeitsbilanz von Energiesystemen, also die Frage der
Schadstoffe, Gefahren und des Energieeinsatzes bei Herstellung und Verwendung. Die bisher eingesetzten
Photovoltaik-Systeme haben im Vergleich zu den sich abzeichnenden neuen Photovoltaik-Konzepten, aber
auch zu anderen erneuerbaren Energiesystemen, eine ungünstige Klima- und Nachhaltigkeitsbilanz unter
anderem, weil die Produktion der kristallinen Siliziumwafer für gegenwärtige Dickschicht-Solarzellen sehr
energieintensiv ist. Die kumulierten Emissionen von PV-Systemen werden für 2010 auf circa 90 mg SO2,
100 mg NOx und 50 g CO2 je kWh geschätzt 29 . Die CO2 Emissionen je kWh liegen damit noch erheblich über
denjenigen anderer erneuerbarer Energiesysteme 30 . Auch die Energierückzahlungszeit beträgt in Deutschland
und vergleichbaren Ländern für aktuelle multikristalline Si-Systeme noch etwa drei Jahre, für Dünnschicht-
Systeme ca. 1,5 Jahre 31 . Natürlich ist die Nachhaltigkeitsbilanz in südlicheren Regionen wegen des dort
höheren Stromertrags deutlich vorteilhafter als in Deutschland mit seiner geringen Solareinstrahlung.
28
Vgl. M. Riede et al. Nanotechnolgy 19, 1 (2008)
29
C. Kruck, L. Eltrop: Perspektiven der Stromerzeugung aus Solar- und Windenergienutzung für eine nachhaltige Energieversorgung in
Deutschland FKZ A204/04 Endbericht (IER Stuttgart, 2007). Jungbluth et al [30] kommen mit dem deutschen Strom- und PV-
Systemmix auf 84 g CO2/kWh. 2005 betrugen die PV-Emissionen für CO2 noch circa 40%, für SO2 500% und für NOx 70% derjenigen
moderner Erdgas GuD-Kraftwerke (Quelle: A. Voss, IER Stuttgart).
30
ebda. N. Jungbluth, M. Tuchschmidt, M. Scholten-de Wild: Life Cycle Assessment of Photovoltaics: Update of ecoinvent data v2.0,
www.esu-services.ch (2008).
31
Die Energierückzahlungszeit ist die Zeit, bis die Anlage die bei Herstellung aufgewandte Energie wieder als Ertrag geliefert hat.
Alsema (ECN Utrecht, 2006) nennt für Monokristalline /polykristalline / Ribbonsysteme Energierückzahlungszeiten von ca. 5, 3,5 und
3 Jahren. Der FVS benennt aktuell 3 Jahre (Forschungsziele 2009). Swiss Solar gibt nach einer Studie der ETH Zürich und PSI
Villigen für die Schweiz 5,6 Jahre an. Mit Dünnschichtsystemen können in Südeuropa 0,8 Jahre und in Deutschland ca. 1,5 Jahre
erreicht werden.