Gebäudeintegrierte Photovoltaik wird Massenprodukt

Nach dem Jahre 2020 müssen in allen EU Mitgliedsstaaten neue Gebäude "nearly-zero energy buildings" sein. Die vom europäischen Parlament vorgeschlagene Formel „net-zero“ hatten die Regierungen im November in Brüssel in „nearly-zero“ abgeschwächt. Bis Mitte 2011 müssen EU Mitgliedsstaaten Förderprogramme erarbeiten, mit denen sie die Umsetzung der Richtlinie unterstützen, sei es mit Zuschüssen, Darlehen mit niedrigen Zinssätzen oder anderen Anreizprogrammen. Bereits ab 2018 müssen alle öffentlichen Neubauten „nearly-zero“ sein.

Als Folge werden erneuerbare Energien an Bedeutung gewinnen. Größere Gebäude, insbesondere Hochhäuser, die eine zu geringe Dachfläche haben, um auf ihnen ausreichend Solarenergie zu generieren, können die neuen Kriterien nur erfüllen, wenn sie Photovoltaik und Solarthermie in die Fassade integrieren. In einer von der Economic Forum LTD in Auftrag gegebenen Studie prognostiziert Architekt Torsten Masseck von der Polytechnischen Universität Barcelona für die gebäudeintegrierte Photovoltaik (GIPV) ein starkes Wachstum als Folge der neuen EU Richtlinie: „GIPV ist von großer Bedeutung, um den zukünftigen Standard von Niedrigenergiegebäuden zu erfüllen.“

Die Großhandelspreise für kristalline Module aus Europa und Japan sanken im vergangenen Jahr um ca. 35%, kristalline Module aus China waren sogar um 45% günstiger als vor einem Jahr. CdS/CdTe Dünnschichtmodule verbilligten sich um rund 20%, amorphe und mikrokristalline Dünnschichtmodule um fast 34%. Laut Martha Lutz-Steiner vom Helmholtz-Zentrum Berlin folgen die Modulkosten einer Lernkurve. „Bei einer Verdoppelung der kumulierten Produktionsmenge sinken die PV-Modulkosten um 22%,“ erklärte Lutz-Steiner in ihrem Vortrag „Kostenaspekte der GIPV“ auf dem Energy Forum im Dezember.

Auf Systemebene sieht Lutz-Steiner Potenzial für eine Halbierung der Kosten bis zum Ende des Jahrzehnts: von ca. 3.000 €/kWp in 2010 auf unter 1.500 €/kWp in 2020. Die Werte von Lutz-Steiner für 2009 und 2010 werden von einer Umfrage der Meine Solar GmbH bestätigt, die 500 Besitzer von schlüsselfertigen Solarstromanlagen in Deutschland befragt hatte. Lag der Durchschnittspreis im Jahr 2008 in Deutschland noch bei 4.300 € pro Kilowatt, sank dieser im Vorjahr auf 3.450 € - eine Reduzierung um ca. 20% für schlüsselfertig installierte Photovoltaik innerhalb eines Jahres. Die durchschnittlichen Systempreise dürften bis Ende 2010 auf ca. 2.500 € fallen, die sich in etwa wie folgt zusammensetzen: 1.350 € für das kristalline Modul, 300 € für den Wechselrichter, 200 € für die Unterkonstruktion, 500 € für die Montage und 150 € für Kabel und Zubehör – alles Werte pro Kilowatt; der Rest ist die Marge des Installateurs.

Der von Lutz-Steiner für 2011 prognostizierte Systempreis von 2.500 € dürfte somit noch in diesem Jahr erreicht werden bzw. deutlich unterschritten werden, wenn chinesische Module zum Einsatz kommen. Die Vorbehalte gegenüber chinesischer Ware werden allmählich schwinden, denn Chinas Topproduzenten fertigen mit modernster deutscher Technik.

Der starke Preisverfall bei Photovoltaikmodulen in den letzten zwei Jahren hat auch die Gesamtkosten einer gebäudeintegrierten Anlage reduziert. Während bei den einfachen, aufgeständerten Anlagen die Modulkosten ungefähr die Hälfte der Gesamtkosten ausmachen, belaufen sich diese bei gebäudeintegrierten Anlagen lediglich auf ein Drittel. Der Planungsaufwand für die Gebäudeintegration von Photovoltaik und Solarthermie ist derzeit noch sehr hoch, denn hier ist jede Anlage eine Sonderanfertigung, da dem Planer keine Standardlösungen zur Verfügung stehen. Diese Zusatzkosten werden teilweise durch Ersparnisse beim Bau ausgeglichen, wenn das Modul beispielsweise die Dachziegel substituiert. Würde auch die gesetzlich garantierte Einspeisevergütung, die eine Photovoltaikanlage über zwei Jahrzehnte erwirtschaftet, in einer Gesamtkostenkalkulationen berücksichtigt, rechnen sich Photovoltaikdach und -fassade von selbst.

Zum Teil sind die sinkenden Modul- und Systempreise auf den Preisverfall beim Silizium zurückzuführen. Der Preis für Polysilizium liegt nur noch bei 55 $/kg, ein Sechstel des Preises von Anfang 2008, eine weitere Halbierung könnte schon im kommenden Jahr erreicht werden: die chinesische Yingli Solar will 2011 für unter 25 $/kg produzieren. „Firmen wie Suntech oder Yingli produzieren kostengünstiger als ihre europäischen Konkurrenten“ erklärt Jesse Pichel von der amerikanischen Investmentbank Piper Jaffray. Zum Vergleich: 1955 kostete ein Kilogramm Silizium noch 800 $, der Preis für die 1W-Zelle lag bei fast 300 $. Die Herstellung von Silizium lässt sich bei der Waferdicke und der Ingotausbeute noch weiter optimieren. Da die Materialkosten bei kristallinen Modulen bislang ca. 80% der Gesamtkosten ausmachten, ist mit weiteren Senkungen der Modulpreise zu rechnen.

Neuste Entwicklungen zeigen, dass das Potenzial für weitere Kostensenkungen noch längst nicht ausgeschöpft ist. Die Sandia National Laboratories (USA) haben Mikrozellen entwickelt, die zu einem Bruchteil der Kosten herkömmlicher Photovoltaikzellen hergestellt werden können. „Sie benötigen 100 mal weniger Silizium, um dieselbe Menge an Strom zu erzeugen,“ erklärte Murat Okandan von den Sandia National Laboratories im Dezember.

Aufgrund des starken Preisverfalls prognostiziert die Schweizer Bank Sarasin für 2010 für den globalen Photovoltaikmarkt ein Wachstum von 40%. Die Schweizer Banker empfehlen den Unternehmen, nicht weiter die Kapazitäten auszubauen, sondern vielmehr „die Kosten entsprechend dem rasanten Preisverfall anzupassen und die Verkaufsaktivitäten zu verstärken.“ Für GIPV sind insbesondere die Märkte Frankreich und Italien interessant, aufgrund der nach wie vor hohen Einspeisevergütung und einem Bonus für die Gebäudeintegration. In Europa dürfte sich der italienische Markt mittelfristig als der interessanteste erweisen, da hier aufgrund des hohen durchschnittlichen Strompreises (Italien: 0,21 €/kW; Spanien: 0,17 €/kW; Frankreich: 0,12 €/kW; Griechenland: 0,07 €/kW) und der hohen Anzahl an Sonnenstunden die Netzparität zuerst erzielt wird, d.h. der Strom aus der eigenen Photovoltaikanlage wird dann gleich teuer sein wie der Strom aus dem Netz.

In welche Richtung sich der Markt für Solarhäuser mit GIPV langfristig entwickeln könnte, hat Goeffrey Thün auf dem Energy Forum vorgestellt. Thün ist Architekturprofessor an der University of Michigan und Leiter des Ontario Teams, das im Oktober 2009 das North House beim Solar Decathlon in Washington präsentiert hatte. Thün hat sich intensiv mit einer zukünftigen Massenproduktion und Vermarktung des Hauses beschäftigt. Er hat die Erfahrungen der japanischen Industrie bei der Produktion von vorgefertigten Solarhäusern analysiert. Einer der größten japanischen Fertighausanbieter ist die Firma Sekisui Chemical, die einen Großteil ihrer Häuser serienmäßig mit Photovoltaik und Wärmepumpe ausstattet. Zusätzlich bietet sie eine Finanzierung der Sumitomo Bank an: je stärker die Leistung der Photovoltaikanlage, desto niedriger der Zinssatz des Darlehens.

Der Erfolg gibt den japanischen Anbietern von industriell vorgefertigten GIPV-Häusern Recht: sie können ihre Häuser mit einem Aufpreis von 8% gegenüber traditionell gebauten Häusern verkaufen. Während hierzulande GIPV das Image anhaftet, dass sie zu teuer ist und sie daher nur einen Nischenmarkt besetzt, haben japanische Fertighausanbieter erfolgreich die höhere Qualität ihrer Häuser und deren geringere Betriebskosten kommuniziert, so dass industriell vorgefertigte Häuser mit GIPV in Japan ein entsprechendes Image genießen und sich gut verkaufen lassen. Japanische Konsumenten sind bereit, einen Aufpreis für ein industriell vorgefertigtes Haus zu zahlen, denn bei einem japanischen Fertighaus sind die Betriebskosten niedriger als bei einem traditionell gebauten Haus, erklärt Masa Noguchi vom Department of Architecture der Glascow School of Art. Beispielsweise argumentiert die Firma Misawa Homes, dass der höhere Dämmstandard ihrer Fertighäuser zu Einsparungen von 32% bei den Heiz- und Kühlkosten führt.

Japanische Fertighausproduzenten nutzen ihren Kostenvorteil, den sie aufgrund der Massenproduktion erzielen, nicht um den Preis ihres Produktes zu senken, sondern statten ihre Häuser serienmäßig mit Photovoltaik, Wärmepumpe, Belüftungsanlage und wärmebrückenfreier Dämmung aus.

Misawa Homes produziert industriell vorgefertigte Häuser nach individuellen Kunden¬wünschen in vollautomatischen Produktionslinien mit fortgeschrittener Robotertechnologie, erläuterte Thün in Brixen. Im Sommer reisen Thün und sein Team nach Japan, um mit der japanischen Industrie die Produktion und Vermarktung des North House inklusive GIPV zu erörtern.

Würden die japanischen Fertighausproduzenten GIPV nicht serienmäßig ausstatten sondern nur als Option anbieten, wäre der Absatz von Photovoltaikanlagen längst nicht so groß. Eine Untersuchung des Lawrence Berkeley National Laboratory hat gezeigt, dass Kunden beim Hauskauf derartig viele Entscheidungen treffen müssen, dass sie sich im Zweifelsfalle gegen eine Photovoltaikanlage entscheiden.

Bei der Massenproduktion von Häusern mit integrierter Photovoltaik fällt für den Kunden der Aufwand für Planung und Projektentwicklung weg. Fertighausproduzenten können „in eine ausgeklügelte Planung investieren, die sich über die Stückzahlen schnell amortisiert. Dadurch können die Mehrkosten stark reduziert oder sogar zu Kostenvorteilen gedreht werden“, heißt es in der Studie „Gebäudeintegrierte Photovoltaik“ des Österreichischen Klima- und Energiefonds vom Oktober 2009. Skaleneffekte aufgrund hoher Stückzahlen lassen sich bei Photovoltaikanlagen von Fertighäusern in allen Bereichen erzielen: bei den Modulen, Wechselrichtern, der Montage inklusive Verkabelung und beim Planungsaufwand. Insgesamt würde laut Studie bei einer GIPV-Anlage von 4 kW in einem Fertighaus ein Preisvorteil von 16% gegenüber einer Anlage auf einem traditionell gebauten Haus bestehen.

Andreas Karweger ist Geschäftsführer des Economic Forum LTD, London - München - Bozen, und Veranstalter des internationalen Energy Forum in Brixen. Das 5. Energy Forum findet vom 2. - 3. Dezember 2010 statt und steht unter dem Motto Solar Building Skins. Die Konferenzdokumentation des 4. Energy Forum liegt in Englisch und Italienisch vor und kann unter www.energy-forum.com bestellt werden.