Erneuerbare Energien

Photovoltaikzellen machen aus Sonnenlicht unmittelbar Strom, über den photovoltaischen Effekt — die Halbleiter-Variante jenes photoelektrischen Effekts, den Einstein 1905 erklärte. Die erste brauchbare Zelle baute Bell Labs 1954: 6 % Wirkungsgrad, rund 300 Dollar je Watt in Preisen von 1954, also rund 3.500 $/W in Preisen von 2024. In den 1960er Jahren war das Raumfahrttechnik. 2024 kommen massengefertigte Siliziummodule auf rund 22 % Wirkungsgrad, kosten etwa 0,10 $/W und liefern an den besten Standorten Strom für rund 30 $/MWh — billiger als jede neue Stromquelle, die es je gab. Rund 99 % Kostenrückgang in fünfzig Jahren: eine der außergewöhnlichsten Lernkurven der Technikgeschichte. Die Windkraft ist einen ähnlichen Weg gegangen; Offshore-Wind rechnet sich an vielen Standorten heute ohne Subvention.

Was bei der Photovoltaik geschieht, ist der Sache nach eine Fertigungsgeschichte, keine Physikgeschichte. Den photovoltaischen Effekt nutzt die Industrie seit der Bell-Labs-Zelle von 1954, und kristallines Silizium — damals wie heute die beherrschende Chemie — nähert sich seiner theoretischen Wirkungsgradgrenze. Bewegung gibt es bei 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; sie läuft inzwischen so lange, dass die Module im Großhandel fast nichts mehr kosten — der Löwenanteil der Systemkosten steckt in Montage, Wechselrichtern, Installation und Übertragung. Die Windkraft ist einen ähnlichen, wenn auch flacheren Weg gegangen: Onshore-Anlagen sind ausgereift, Offshore ist das große Wachstumsfeld. Beide sind dargebotsabhängig: Die Sonne geht unter, der Wind flaut ab, und ein Modul liefert volle Leistung nur bei hohem, unverschattetem Sonnenstand. Der billigste Strom der Geschichte ist zugleich der, der sich am wenigsten nach einem Fahrplan richtet.

Um diese Fertigungskurve herum liegen einzelne Wetten darauf, was als Nächstes kommt. Perowskit-Tandemzellen auf Silizium drücken die Laborwirkungsgrade über die Siliziumgrenze hinaus und könnten die Kostenkurve erneut zurücksetzen, wenn sie sich im Feld als haltbar erweisen. Wasserkraft liefert weiterhin etwa ein Siebtel des Weltstroms — ein Anteil, der schrumpft, während der Rest des Strommixes wächst —, ist in den Industrieländern aber gesättigt: Die wirtschaftlichen Standorte sind vergeben. Die Tiefengeothermie — so tief bohren, dass sich heißes Trockengestein überall und nicht nur in Vulkanregionen erschließen lässt — steht womöglich am Anfang einer eigenen Kurve nach Solar-Muster. Die Kernspaltung ist die strukturelle Ausnahme: CO₂-arm, jederzeit abrufbar und von kaum zu überbietender Energiedichte — und doch hat sie im Westen nie eine Fertigungslernkurve genommen. Jüngere US-Bauten kosteten ungefähr das Doppelte des Veranschlagten, während Südkorea, China und Indien vergleichbare Reaktoren zu einem Bruchteil errichten. Ob kleine modulare Reaktoren die Spaltung endlich auf eine Lernkurve ziehen und ob die private Fusion — Commonwealth Fusion Systems, Helion und andere — vor 2030 zur kommerziellen Demonstration kommt, sind die offenen Wetten.