Photovoltaik-Grossproduktion in Europa / Production

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
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© 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
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© 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
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© 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
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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.
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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Technologiereife
Technologische/ökonomische
Risiken:
 Reife von
Produktionsequipment
 Produktionsreife von
Verbrauchsmaterialien
 Zuverlässigkeit von
innovativen PV Modulen
HeLiAPECVD
Quelle: Roth&Rau /
Meyer Burger
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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
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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.
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Fraunhofer Institute für Solare Energiesysteme ISE
Ralf Preu
www.ise.fraunhofer.de
[email protected]
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