Hier werden komplexe Materialsysteme erforscht, die dazu beitragen, Herausforderungen wie die Energiewende zu bewältigen. Das Thema Solarenergie begeistert den Physiker schon seit der Schulzeit. „Das Faszinierende an der Solarenergie ist, dass sie so großes Potenzial in puncto Energieumwandlung besitzt und dass sie nahezu unerschöpflich ist. In einer Stunde scheint die Sonne so viel Energie auf die Erde, wie die ganze Welt in einem Jahr an Primärenergie benötigt“, erläutert der international geschätzte Experte für erneuerbare Energien und Technologietransfer. Er geht davon aus, dass nicht nur der Stromsektor, sondern auch Gebäude und Fahrzeuge, dazu auch der Wärmebereich, die Industrie und Chemieprozesse in Zukunft mit einem großen Anteil durch Solarenergie versorgt werden. „Das liegt unter anderem daran, dass Solarstrom in vielen Teilen der Welt bereits heute sehr wettbewerbsfähig Strom erzeugen kann und die Kosten weiter sinken werden. Zudem gehen von der Photovoltaik keine Gefahren für Mensch und Umwelt aus“, so Rech.

Internationale Photovoltaik-Forscher führen in einer jüngst erschienen Expertise aus, dass die PV-Kapazität schneller steigt als erwartet. 2018 waren weltweit 500 Gigawatt PV-Leistung installiert, für 2030 rechnen die Experten weltweit mit zehn Terawatt installierter PV-Leistung, 2050 sollen es 30 bis 70 TW sein.

Prof. Dr. Bernd Rech,Wissenschaftlicher Geschäftsführer des Helmholtz-Zentrums Berlin für Materialien und Energie (HZB), Foto: Pressefoto

Bei der Silizium-PV, die 95 Prozent des Weltmarkts abdeckt, geht der Trend zu kostengünstigen Solarzellen mit passivierten Kontakten, die höhere Wirkungsgrade ermöglichen. Technologische Fortschritte im Bereich der Dünnschicht-Technologien haben auch hier die Wirkungsgrade über die 20-Prozent-Marke gehoben. Unter dem Strich wandeln diese Solarzellen nur einen Teil der Sonnenenergie in elektrischen Strom. „Da geht noch mehr“, ist Rech überzeugt. „Die Physik erlaubt sogar über 50 Prozent, dafür bedarf es aber neuer Konzepte und neuer Technik, da ist die Forschung noch längst nicht am Ende.“ Noch sehr teure Mehrfachsolarzellen auf Basis von Verbindungshalbleitern haben bereits über 40 Prozent im Labor gezeigt. Dies gilt es mit neuen kostengünstigen Materialien und Technologien auf großen Flächen zu realisieren. Eines ist sicher: Bei einer Produktion im Terawatt-Bereich werden Fragen der Materialversorgung, der Nachhaltigkeit und des Recyclings stärker in den Fokus rücken.

Bernd Rech spricht nicht nur gern über Solarenergie, er nutzt sie auch selbst. Er wohnt mit seiner Familie in einem Plus-Energiehaus. Dessen Photovoltaikanlage produziert rund 11.000 kWh Strom pro Jahr. 6.000 KWh verbraucht die Familie für Haushaltsstrom und Heizen. Die Überschüsse werden ins Netz eingespeist. „Wir sind fast autark“, freut sich Bernd Rech. „Allerdings braucht es noch Lösungen für den Winter und nachts.“ Netze und Leistungselektronik, Speicher, Sektorenkopplung sowie Power-to-Gas könnten und müssten weiterentwickelt werden, um den zukünftig hohen Anteil von Solarstrom aufzunehmen.