Aus PV-Magazin USA
Forschung und Entwicklung sind für die Entwicklung neuer Technologien von entscheidender Bedeutung, doch müssen sie viele Hindernisse überwinden, bevor sie vom Labor auf den Markt gelangen können. Analysten des National Renewable Energy Laboratory (NREL), des Joint Institute for Strategic Energy Analysis (JISEA) und des US-Energieministeriums (DOE) analysierten Fallstudien zur ersten Kommerzialisierung von vier sauberen Energietechnologien: Dünnschicht-Photovoltaik (PV) Solar Paneele, Windturbinen, zweistufige Verdampfer für die Kühlung und Brennstoffzellen für Flurförderzeuge.
Die Ergebnisse der Fallstudien, die in einem Artikel von Frontiers in Energy Research veröffentlicht wurden, enthüllten drei Komponenten, die für einen erfolgreichen Fortschritt zur Kommerzialisierung gemeinsam sind: (1) eine gute Übereinstimmung zwischen öffentlich-privaten Partnerschaften, F&E-Infrastruktur und der Technologie selbst; (2) angemessene Abstimmung von Regierungsvorschriften, F&E-Prioritäten und Marktkräften; und (3) das richtige Timing zwischen Technologiereife und Marktchancen.
„Diese Ergebnisse können dazu beitragen, Investitionsentscheidungen für saubere Energie zu treffen, den Nutzen aus Forschung und Entwicklung zu maximieren und den Übergang zu einer produktiven, emissionsarmen Zukunft voranzutreiben“, sagte Wyatt Merrill, Technologiemanager und Mitautor des DOE.
Die Dünnschicht-Solarfallstudie konzentriert sich auf First Solar, einen in den USA ansässigen Hersteller, der von der DOE-Solarforschung profitierte und von den 1980er bis 2000er Jahren in Forschungspartnerschaften direkt DOE-Mittel erhielt. Die Forscher schreiben den frühen Erfolg von First Solar der Tatsache zu, dass das Unternehmen die regulatorischen Anforderungen innerhalb des ersten großen Marktes der Dünnschicht-PV-Technologie berücksichtigt und ein bewährtes Produkt zu einem Preis und einer Zeit für einen Markt etabliert hat, der dafür bereit war.
Ein bemerkenswerter Fortschritt in den frühen Stadien der Dünnschichtforschung zeigte einen (damaligen) Rekord von 15,8 % Zelle unter Verwendung eines Cadmiumchlorid (CdCl 2 )-Wärmebehandlungsverfahrens. First Solar hat eine Hochgeschwindigkeits-Vapor-Transport-Deposition-Herstellungstechnik mitentwickelt, um CdTe-basierte Module in größerem Maßstab herzustellen, die eine Alternative zum langsameren, kostspieligeren Sublimationsverfahren im Nahbereich darstellt. Mit geeigneter Geräteeffizienz und skalierbaren Herstellungsverfahren verlagerte sich der F&E-Fokus auf das Testen und Validieren der Produktzuverlässigkeit. First Solar verwendete Teststandards, Produktqualitätszertifizierungen und vom DOE finanzierte und von der Arizona State University und NREL geleitete Testeinrichtungen im Freien, um bis 2003 zu beweisen, dass seine Module für den Eintritt in den Solarmarkt bereit waren.
First Solar ist in den 2000er Jahren in den starken deutschen Solarmarkt eingetreten. Aber zuerst mussten seine Module die Energieeffizienz und behördliche Anforderungen erfüllen, zu denen die Verordnung über Elektroschrott und die Beschränkung der Verwendung bestimmter giftiger Substanzen wie Cadmium gehörten. Ein Versuch aus dem Jahr 2004 trug dazu bei, Bedenken hinsichtlich Emissionen und Recyclingfähigkeit von CdTe-PV-Modulen mit unabhängigen, von Experten begutachteten Studien auszuräumen. Später im Jahr 2004 sicherte sich First Solar seinen ersten Vertrag für seine dünnen Verbundhalbleitermodule auf dem deutschen PV-Markt, was einen kommerziellen Wendepunkt für CdTe-PV darstellte. Im Jahr 2005 kündigte First Solar ein Modulrücknahme- und Recyclingprogramm an, um auf die sich entwickelnden EU-Richtlinien zu reagieren, eine Anstrengung, die dazu beitrug, die Reaktionsfähigkeit von First Solar auf regulatorische Fragen zu kommunizieren, und sie adressierte die öffentliche Wahrnehmung von Risiken ausreichend, um Zugang zu Schlüsselmärkten zu erhalten.
Obwohl CdTe-Module weniger effizient sind als siliziumbasierte Module, kosten sie weniger in der Herstellung und erzielten von Mitte der 2000er bis Mitte der 2010er Jahre den niedrigsten Preis pro Watt. Gleichzeitig überstieg die Nachfrage nach PV-Produkten in Europa das Angebot, und First Solar konnte von seiner Technologie profitieren.
„Die Dünnschicht-PV-Fallstudie zeigt, wie wichtig es ist, auf regulatorische Anforderungen innerhalb des ersten großen Marktes der Technologie einzugehen“, sagte Marie Mapes, Technologiemanagerin und Co-Autorin des DOE. „Darüber hinaus führte die Etablierung eines bewährten Produkts zu einem Preis und zu einem Zeitpunkt, als der Markt dafür reif war, zu seinem frühen Erfolg.“
Die wichtigsten Ergebnisse der Dünnschicht-PV-Fallstudie identifizierten den erfolgreichen Einsatz von drei wichtigen Kommerzialisierungsstrategien: Entwicklung von Technologie mit vielen kommerziell relevanten Inputs durch öffentlich-private Partnerschaften, Angleichung festgelegter Technologiekostenziele und Produktentwicklung, die diese erreicht hat, und Timing Vereinbarkeit von Technologiereife und Marktchance. Die Dünnschichtentwicklung von First Solar profitierte über Jahrzehnte von staatlicher Förderung, die eine grundlegende Materialforschung und konsistente Teststandards ermöglichte. Das Ergebnis war ein vorbereitetes Unternehmen mit dem richtigen Produkt zur richtigen Zeit. CdTe-Photovoltaik mit nachgewiesener Zuverlässigkeit war ein kostengünstiger Ersatz in einem sauberen Energiemarkt mit einem offenen Zeitfenster, das den frühen Kommerzialisierungserfolg dieser Solartechnologie ermöglichte.
Die vier Fallstudien verdeutlichen, wie ein ausgewogenes Verhältnis von Technologie, F&E und öffentlich-privater Partnerschaft – zusammen mit der Ausrichtung von Vorschriften und Marktkräften und dem richtigen Timing – zu einer erfolgreichen ersten Kommerzialisierung sauberer Energietechnologien führen kann.
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