Photovoltaik im Multi-Terawatt-Maßstab: Eine jährliche PV-Wachstumsrate von 25% ist laut Studie in den nächsten zehn Jahren möglich

Ein bedeutender Meilenstein in der erneuerbaren Energie wurde 2022 erreicht: Die Photovoltaik (PV) übertraf eine weltweite installierte Kapazität von 1 TW. Trotz des möglichen Wachstums und der Kostenreduzierung im Laufe der Zeit ist PV immer noch ein kleiner Teil der weltweiten Stromerzeugung (4 bis 5% für 2022). Aber trotz erheblicher Bedenken schließt sich das Zeitfenster, um Maßnahmen im großen Maßstab zu ergreifen, um Treibhausgasemissionen zu reduzieren und gleichzeitig den globalen Energiebedarf für die Zukunft zu decken. Ein bedeutendes globales Risiko wäre es, falsche Annahmen oder Fehler bei der Modellierung und Förderung des erforderlichen PV-Einsatzes und des Industriewachstums zu machen und dann bis 2035 festzustellen, dass wir auf der niedrigen Seite grundlegend falsch lagen und die Produktion und den Einsatz auf unrealistische oder nicht nachhaltige Ebenen hochfahren müssen.

Eine wachsende Anzahl von Studien kommt zu dem Schluss, dass PV in Verbindung mit Elektrifizierung und einem stark sektor-gekoppelten Energiesystem der Schlüssel zur Dekarbonisierung im großen Maßstab ist. Elektrifizierung bezieht sich auf die direkte (z.B. Wärmepumpen oder Elektrofahrzeuge oder indirekte (z.B. Produktion von Wasserstoff oder synthetischen Kraftstoffen) Sektor-Kopplung bezieht sich auf die Fähigkeit, variable Erzeugungsbegrenzungen mit flexibler Nachfrage, Speicherung und Vernetzung zwischen Energiesektoren, einschließlich Verkehr, Gebäuden und industrieller Nutzung, anzugehen.

Viele frühere Prognosen haben das PV-Wachstum aufgrund veralteter Kostenannahmen und begrenzter Visionen konsequent unterschätzt, und heute werden Bedenken hinsichtlich maximaler Wachstumsraten der Industrie und Lieferketten geäußert. Die Verfügbarkeit von sehr kostengünstigem Strom aus PV in einer Welt, die globale wirtschaftliche Entwicklung und Klimaziele priorisiert, erfordert eine ständige Überprüfung langjähriger Annahmen und die Anerkennung des schnellen Wachstums und Wandels in der Branche. Pläne für 2025 und 2035 setzen nicht nur den Weg bis 2050 fest, sondern beschränken auch zunehmend zukünftige Optionen, wenn wir nicht auf Kurs sind.

Basierend auf einer Überprüfung von Prognosen für globale PV-Installationsziele verschiedener Institutionen und Studien reichen die Prognosen für die 2050 Nachfrage nach PV von 1,4 bis 8 kW pro Kopf oder von 14 bis 80 TW in den nächsten 25 Jahren aus, vorausgesetzt eine Bevölkerung von 10 Milliarden. Dies ist eine große Variation und gibt der sich entwickelnden Industrie keine klare Richtung. Die Identifizierung eines Zielbereichs, der mit einem erreichbaren Weg zu Klimazielen und wirtschaftlicher Entwicklung übereinstimmt, ist entscheidend für die Festlegung von Fertigungs- und politischen Zielen.
Die große Variation der Prognosen hängt mit unterschiedlichen Annahmen über zukünftige Kosten und bevorzugte Wege zur Dekarbonisierung zusammen und unterschätzt oft den anhaltenden Rückgang der PV-Kosten, während gleichzeitig Kostenrückgänge und schnelles Wachstum für andere Technologien (z. B. Kernenergie und Kohlenstoffabscheidung und -speicherung), die noch nicht realisiert oder gar begonnen wurden, erwartet werden.

Niedrigere Vorhersagen für benötigte PV bis 2050, unterschätzen oft auch den erhöhten Energieverbrauch im Zusammenhang mit der Entwicklung im Globalen Süden, begrenzen Ziele für eine umfassende Elektrifizierung oder gehen davon aus, dass Länder aus verschiedenen Gründen höherpreisige Technologien übernehmen werden.
Die Integration solch großer Mengen erneuerbarer Energien in das globale Energiesystem, ist in einem relativ kurzen Zeitraum eine große Herausforderung. Neben der Produktionskapazität für PV, anderen erneuerbaren Technologien und Speicherung, erfordert dies einen ganzheitlichen Ansatz, der Übertragung, Netzintegration und Interkonnektivität angeht.

Die globale Schätzung von 75 TW umreißt Herausforderung. Hohe PV-Wachstumsraten aus den vergangenen Jahrzehnten müssen fortgesetzt werden. In den letzten zehn Jahren hat sich schnell verändert, wie PV in verschiedenen Ländern und Regionen zum Stromnetz beigetragen hat. Lokale Systemrekorde wurden sowohl für den jährlichen Durchschnitts- als auch den Instantan-PV-Anteil erreicht, die noch vor wenigen Jahren unmöglich schienen.

Energie-Systemmodelle und damit verbundene PV werden weiterentwickelt. Wesentliche Faktoren, die kontinuierlich bewertet werden müssen, sind aktualisierte Kostenschätzungen für PV, hohe zeitliche Auflösung und Modellierung von Ausgleichsmechanismen, einschließlich Speicher- und Übertragungsnetzen und die Modellierung von Technologien, die die direkte Elektrifizierung und indirekte Elektrifizierung anderer Sektoren ermöglichen. Wenn diese Anforderungen erfüllt sind, prognostizieren zukünftige Energie-Szenarien basierend auf Kosteneffizienz große Anteile von PV, unabhängig von der Größe des Energiesystems.

Organisationen wie die Internationale Energieagentur (IEA) und das Zwischenstaatliche Gremium für Klimaänderungen (IPCC), die in der Vergangenheit und auch heute noch zurückhaltend hinsichtlich des zukünftigen Wachstums von PV waren, fordern nun zunehmend eine schnellere Skalierung von Wind- und Solarenergie in den nächsten zehn Jahren. Die Forschung nach den besten Strategien für die endgültigen Dekarbonisierungsschritte, wie z.B. Technologien zur Entfernung von atmosphärischem Kohlendioxid (CO2), sollte parallel zu ambitionierten Bereitstellungen von Solar- und Windenergie durchgeführt werden, um einen Pfad zu erreichen, der mit dem Pariser Abkommen vereinbar ist. Ein Ziel von 75 TW global installierter PV bis 2050 wird erhebliche Anforderungen an die Herstellungs- und F&E-Gemeinschaften stellen.

Photovoltaik ist zu einer strategischen Technologie im Kampf gegen den Klimawandel und zur Förderung der globalen Entwicklung geworden. Dies legt nahe, dass ihre Lieferkette delokalisiert werden muss, um nicht nur Logistikkosten und eingebettete Emissionen zu reduzieren, sondern auch eine unterbrechungsfreie Komponentenversorgung zu gewährleisten. Die IEA und andere Institutionen haben festgestellt, dass eine übermäßig konzentrierte Produktion in einem einzigen Land oder einer Region die Versorgung einschränken und das Risiko von Lieferkettenstörungen erhöhen kann.

Forschung und Entwicklung im Bereich Ecodesign und Recycling müssen jetzt schnell hochgefahren werden, um eine schnelle und nachhaltige Skalierung von PV zu unterstützen. Recycling ist keine kurzfristige Lösung für Verfügbarkeitsprobleme von Materialien bis 2035, angesichts der vergleichsweise niedrigen aktuellen Installationsniveaus und langen Lebensdauern im Vergleich zu den Anforderungen der nächsten beiden Jahrzehnte. Produktlebensdauer, Zuverlässigkeit und detaillierte Lebenszyklusanalysen sind entscheidende Hebel zur Minimierung des Bedarfs an „Jung“-Material, Abfall, CO2-Fußabdruck und Umweltauswirkungen, insbesondere im TW-Maßstab.

Quelle:

Rodemann, J. (2023, 6. April). Photovoltaics at multi-terawatt scale: Waiting is not an option. SCIENCE. VOL 380 , p.39-42
Download: