Erneuerbare Energien

Solar-Photovoltaikmodule wandeln Sonnenlicht über den photovoltaischen Effekt direkt in Strom um — einen Halbleiter-Vetter des photoelektrischen Effekts, den Einstein 1905 erklärte. Die erste praxistaugliche Zelle baute Bell Labs 1954 — 6 % Wirkungsgrad, rund 300 Dollar pro Watt in Preisen von 1954 (~3.500 $/W in heutigen Preisen). In den 1960ern war Photovoltaik Raumfahrttechnik. Bis 2024 liegen massengefertigte Siliziummodule bei rund 22 % Wirkungsgrad, kosten etwa 0,10 $/W und liefern an guten Standorten Strom für ~30 $/MWh — billiger als jede neue Stromquelle in der Geschichte. Der Kostenrückgang von rund 99 % über fünfzig Jahre ist eine der bemerkenswertesten Technologie-Lernkurven, die je gemessen wurden. Windkraft hat eine ähnliche Bahn genommen; Offshore-Wind kommt heute an vielen Standorten ohne Subvention aus.

Was bei Photovoltaik geschieht, liest man am besten als Fertigungsgeschichte, nicht als Physikgeschichte. Den zugrundeliegenden photovoltaischen Effekt nutzt die Industrie seit der Bell-Labs-Zelle von 1954, und kristallines Silizium — damals wie heute die dominierende Chemie — nähert sich seiner theoretischen Wirkungsgradgrenze. Die Bewegung steckt in den Kosten. Mit jeder Verdopplung der kumulierten Produktion sind die Modulpreise um etwa ein Fünftel gefallen — dieselbe Lernkurve, die historisch auch die Halbleiter geprägt hat, und sie läuft inzwischen so lange, dass die Module auf Großhandelsebene fast nichts mehr kosten; der Großteil der Systemkosten liegt in Montage, Wechselrichter, Installation und Übertragung. Windkraft folgt einer ähnlichen, wenn auch flacheren Kurve, mit ausgereiften Onshore-Turbinen und Offshore als wichtigstem Wachstumsfeld. Beide Quellen sind fluktuierend: die Sonne geht unter, der Wind flaut ab, und ein Modul liefert volle Leistung nur, wenn die Sonne hoch und unverstellt steht. Der billigste Strom der Geschichte ist zugleich der am stärksten wetterabhängige.

Um die zentrale Fertigungskurve gruppieren sich verschiedene Wetten auf das, was als Nächstes kommt. Perowskit-Tandem-Zellen, auf Silizium aufgeschichtet, drücken die Laborwirkungsgrade über die Siliziumgrenze und könnten die Kostenkurve erneut zurücksetzen — vorausgesetzt, sie halten im Feld. Wasserkraft deckt noch etwa ein Sechstel des Weltstroms, ist aber in Industrieländern weitgehend ausgereizt; die wirtschaftlichen Standorte sind erschlossen. Tiefengeothermie — tief genug bohren, um trockenes heißes Gestein überall statt nur in Vulkanregionen zu erreichen — steht möglicherweise am Beginn einer eigenen Lernkurve nach Solarmuster. Die Kernspaltung ist die strukturelle Ausnahme: kohlenstoffarm, grundlastfähig, energetisch nahezu unschlagbar dicht — und doch hat sie im Westen keine Fertigungslernkurve genommen; jüngste US-Bauten lagen rund beim Doppelten ihrer Schätzungen, während Südkorea, China und Indien dieselbe Reaktorklasse zu einem Bruchteil errichten. Ob kleine modulare Reaktoren die Spaltung endlich auf eine Lernkurve ziehen und ob die private Fusion (Commonwealth Fusion Systems, Helion) in diesem Jahrzehnt zur kommerziellen Demonstration kommt, sind die offenen Wetten.