Photovoltaik-Großproduktion in Europa Technologie Optionen für eine Multi-gigawatt Fabrik in Europa Ralf Preu Bereichsleiter Photovoltaik Produktionstechnologie & Qualitätssicherung, Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE 13. Nationale Photovoltaik-Tagung Basel, 17. März 2015 © Fraunhofer ISE Einführung Vergleich mit China 2017 Quelle: GTM, PV Technology and Cost Outlook, 2013-2017 2 © Fraunhofer ISE Einführung Margen Tier-1 Fabriken * : • Kapazität > 500MWp/a, Massenproduktion • Niedrige Produktionskosten, wettbewerbsfähiges Produkt • Vertikale Integration upstream • Großes Engagement auf downstream Märkten Premium Marken* : • Japan, Europa, USA • Herstellung hocheffizienter Solarzellen und -module * Definition von Solarbuzz 3 © Fraunhofer ISE Quelle: solarbuzz unter http://www.displaysearchblog.com/wpcontent/uploads/2014/01/140121_blog.jpg Einführung Premium Preise Tier-1 Fabriken * : • Kapazität > 500MWp/a, Massenproduktion • Niedrige Produktionskosten, wettbewerbsfähiges Produkt • Vertikale Integration upstream • Großes Engagement auf downstream Märkten Premium Marken* : • Japan, Europa, USA • Herstellung hocheffizienter Solarzellen und -module * Definition von Solarbuzz 4 © Fraunhofer ISE Quelle: solarbuzz unter http://www.displaysearchblog.com/wpcontent/uploads/2013/10/cost_bridge.png Einführung Zelltechnologien Passivated Emitter and Rear PERC1 Passivating Layer Heterojunction on intrinsic layer HIT3 Local Contacts Metal Wrap Through MWT-PERC2 Interdigitated Back Contact/Junction IBC-BJ4 More General: Advanced Interconnection PERC Lightly Doped Front Diffusion Texture+passivation Layer Metal Wrap Through Contact Passivating Layer 5 1Blakers © Fraunhofer ISE 2Dross et al., Appl. Phys. Lett. 55, pp. 1363-5, 1989 et al., Proc. 4th WCPEC, 2006, pp. 1291-4 3 Sanyo/Panasonic 4 Sunpower Local Contacts Einführung Aktueller Status 21.7% Modul Effizienz (IBC-BJ, Sunpower)1 25.6% Zell Effizienz (IBC-HIT, Panasonic)2 Modul Effizienz Material Qualität IBC-BJ (carrier life time, base conductivity ..) 20% HIT Advanced 19% interconnection 18% PERC 17% Industry Ökonomisch Standard effiziente 16% Produktion 13% 14% Adaptiert von Preu et al., EU-PVSEC 2009 6 1D. © Fraunhofer ISE 2K. Smith et al., 39th IEEE PSVC, 2013 Masuko et al., 40th IEEE PSVC, 2014 15% Produkt Qualität (Oberflächenpassiervierung, hoher 1/Rs, light trapping) Überblick Kriterien Technologiebewertung Leistung / Energieabgabe Produktionskosten Technologieführerschaft in europäischer Industrie und F&E Technologiereife Zusammenfassung 7 © Fraunhofer ISE Differenzierung von Konzepten Produkteigenschaften Leistung / Energieabgabe Effizienz bei Standard TestBedingungen Performance Ratio* Bifazial (bis zu + 20%rel.) Temperatur-Koeffizient (bis zu + 10%rel.) Schwachlicht- Verhalten (bis zu +2%rel.) Modul-Lebensdauer Modul-Erscheinungsbild * PR = Realer Energieertrag/ Nominaler Energieertrag 8 © Fraunhofer ISE Source: Hanwha Q-Cells, EU-PVSEC 2013 Produktionskosten Kostensenkungspotentiale in der Produktion: verbunden mit verbesserter Technologie größte Einsparungen durch Steigerung der Effizienz Einsparungen bei Verbrauchsmaterialien (Silber und andere) Skalierung Module Production Cost: Advanced technology assumed Source: Goodrich et.al., „Assessing the drivers of regional trends in solar PV manufacturing“, Ener. & Env. Sci., 2013 9 © Fraunhofer ISE Produktionskosten Kostensenkungspotentiale in der Produktion: verbunden mit verbesserter Technologie größte Einsparungen durch Steigerung der Effizienz Einsparungen bei Verbrauchsmaterialien (Silber und andere) Skalierung Modulproduktionskosten: Innovative Technologien angenommen. Quelle: Goodrich et.al., „Assessing the drivers of regional trends in solar PV manufacturing“, Ener. & Env. Sci., 2013 10 © Fraunhofer ISE Produktionskosten Skaleneffekte -12,6 % c-Si PERC BoS 41,8 88,6 85,4 42,6 86,0 41,8 89,2 42,6 41,8 90,0 86,7 42,6 91,1 87,8 41,8 60 41,8 93,2 89,8 42,6 91,9 41,8 42,6 80 95,3 43,6 46,1 44,1 46,6 44,9 47,4 46,0 48,5 48,0 50,6 20 50,1 40 52,8 Gesamtkosten Modul/ Balance of System Kosten [€Ct./Wp] 100 Skaleneffekte Modul- und Systemkosten 42,6 -7,9 % 120 0 c-Si c-Si PERC adv PERC 0.5 GWp/a c-Si c-Si PERC adv PERC 1 GWp/a c-Si c-Si PERC adv PERC 2 GWp/a c-Si c-Si PERC adv PERC 3 GWp/a c-Si c-Si PERC adv PERC 4 GWp/a c-Si c-Si PERC adv PERC c-Si PERC Modul c-Si advanced PERC BoS c-Si advanced PERC Modul 5 GWp/a Kostenreduktion aufgrund von Material- & Equipmentpreisreduktion Weitere Potentiale durch Skalierungseffekte auf Produktionsebenn Quelle: Fraunhofer ISE, Daten veröfftl. in „Studie zur Planung und Aufbau einer X-GW Fabrik zur Produktion zukunftsweisender Photovoltaik Produkte in Deutschland“, Studie im Auftrag des Ministeriums für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg, Dez. 2013 11 © Fraunhofer ISE Europäischer Industrie und F&E : Technologieführer ? 125 mm Wettbewerbsvorteile: Beste Ergebnisse sowohl bei Labor- als auch bei Pilotanlagen, ABER 2014 sind die Weltrekorde für mono- und multi-kristallines Silizium nach Asien gegangen. Tiefes Verständnis der Prozesse und Konzepte Enge Kooperationen zwischen Zulieferern und Technologie-Entwicklung Rekord MWT-PERC Zelle: 20.6% Effizienz 12 © Fraunhofer ISE Technologiereife Technologische/ökonomische Risiken: Reife von Produktionsequipment Produktionsreife von Verbrauchsmaterialien Zuverlässigkeit von innovativen PV Modulen HeLiAPECVD Quelle: Roth&Rau / Meyer Burger 13 © Fraunhofer ISE Pluto im Vergleich zu Siebdruck Zelle Quelle: http://www.suntechpower.com/en/technolog y/technology/pluto HELiAPECVD Technologiebewertung Technologie PERC Heterojunction Interdigitated Back advanced module Technologie Contact /Junction + + +++ +++ + ++ +++ ++ O ? ? ? Produktionskosten o o + - Wettbewerbsfähigkeit (europäische Produktion) + ++ ++ - Reifegrad - -- -- --- (Vergleich zu Standard Zell Technologie) PERC Leistung / Energieertrag - STC Effizienz - Performance Ratio - Modul Lebenszeit 14 © Fraunhofer ISE Zusammenfassung und Schlussfolgerung Kosten vergleichbarer chinesischer PV Module bis zu 0.36 US$/Wp Premium Preisaufschlag bis zu 40% rel. möglich Vier hocheffiziente Technologieoptionen mit passenden Schlüsseleigenschaften Gute Voraussetzungen für den Einsatz von advanced PERC und Hetero-Junction Technologie zusammen mit innovativer Modultechnologie für kostengünstige, hocheffiziente gegeben. 15 © Fraunhofer ISE Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Fraunhofer Institute für Solare Energiesysteme ISE Ralf Preu www.ise.fraunhofer.de [email protected] 16 © Fraunhofer ISE
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