Im Jahr 2024 verzeichnet die Nachfrage nach elektrischer Energie das größte Wachstum der letzten zwanzig Jahre, und Experten prognostizieren eine ähnliche Nachfrage für 2025. Die gute Nachricht: Immer mehr nachhaltige Energien decken den weltweiten Energiehunger. Allein die Photovoltaik macht etwa die Hälfte dieses Zuwachses aus.
„Das Wachstum der globalen Stromnachfrage in diesem Jahr und im nächsten Jahr wird zu den schnellsten der letzten zwei Jahrzehnte gehören“, sagt Keisuke Sadamori, Direktor für Energiemärkte und -sicherheit bei der Internationalen Energieagentur (IEA).
Die Gründe hierfür sind robustes Wirtschaftswachstum, schwere Hitzewellen und die zunehmende Verbreitung strombetriebener Technologien wie Elektroautos und Wärmepumpen.
Ausbau der erneuerbaren Energien
Parallel dazu lässt sich ein rascher Ausbau der erneuerbaren Energien beobachten. Laut Marktanalysten von McKinsey wurden im Jahr 2023 weltweit etwa 50 Prozent mehr Kapazitäten aus erneuerbaren Energiequellen (insgesamt 507 Gigawatt) installiert als 2022. Ihr Anteil an der globalen Stromversorgung wird somit von erwarteten 30 Prozent im Jahr 2023 auf 35 Prozent im Jahr 2025 weiter steigen. Allein die Photovoltaik wird etwa die Hälfte des Anstiegs der globalen Stromnachfrage in den Jahren 2024 und 2025 ausmachen, und zusammen mit der Windenergie könnte sie sogar drei Viertel des Nachfrageanstiegs decken.
Noch beeindruckender sind die Zahlen aus der Europäischen Union: Laut Eurelectric, dem Branchenverband der europäischen Elektrizitätswirtschaft, kamen im ersten Halbjahr 2024 74 Prozent des in der EU erzeugten Stroms aus erneuerbaren und kohlenstoffarmen Energiequellen. Diese Zahlen umfassen jedoch auch Strom aus Kernkraftwerken.
„Es ist ermutigend zu sehen, dass der Anteil sauberer Energie im Strommix weiter steigt, aber dies muss viel schneller geschehen, um internationale Energie- und Klimaziele zu erreichen“, warnt IEA-Direktor Sadamori.
Steigerung der Effizienz von Technologien
Parallel zum beschleunigten Ausbau steigt auch die Effizienz der Technologien zur Energiegewinnung aus erneuerbaren Quellen. Die durchschnittliche Effizienz von Photovoltaikmodulen liegt heute bei etwa 22 Prozent; bis 2030 wird laut dem „Photovoltaik“-Statusbericht des Vereins Deutscher Ingenieure (VDI) eine Steigerung auf mindestens 25 Prozent erwartet. Noch größere Fortschritte wurden bei den Preisen für Photovoltaikmodule erzielt, die in den letzten zehn Jahren um 90 Prozent gesunken sind.
Hoffnungsvolle Aussichten mit Perowskiten
Siliziumbasierte Photovoltaikzellen sind inzwischen so weit entwickelt, dass sie ihre Effizienzgrenzen erreichen, mit einer theoretischen maximalen Effizienz von 33 Prozent. Viel Hoffnung wird daher auf die Materialklasse der Metall-Halid-Perowskite gesetzt. Solarzellen auf Basis dieses Materials erreichten nach ihrer Entdeckung schnell Effizienzen, die mit kommerziellen Silizium-Solarzellen vergleichbar sind. Darüber hinaus haben Perowskit-Solarzellen weitere entscheidende Vorteile: Die Herstellungs- und Energiekosten sind im Vergleich zur etablierten Siliziumtechnologie gering, da sie in kostengünstigen Beschichtungsverfahren hergestellt werden können. Dies ermöglicht auch die Produktion von mehrschichtigen Solarzellen. Tandemzellen, bei denen eine Schicht Photonen mit hoher Energie und die andere Photonen mit niedriger Energie einfängt, erreichen theoretisch Effizienzen von bis zu 45 Prozent. Ein Forschungsteam am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE hat gezeigt, dass auch Dreifach-Solarzellen aus Perowskit-Perowskit-Silizium-Subzellen sehr vielversprechend sind. Klassische Silizium-Solarzellen haben eine Leerlaufspannung zwischen 0,7 und 0,8 Volt.
„Wenn wir mit der Perowskit-Perowskit-Silizium-Solarzelle eine Spannung von über 2,8 Volt messen können, lässt sich daraus ein enormes Potenzial für die Stromerzeugung ableiten“, sagt Dr. Juliane Borchert, Gruppenleiterin für Perowskit-Silizium-Technologien am Fraunhofer ISE und der Universität Freiburg. „Dies ist ein Rekord für diesen Solarzellentyp und zeigt, dass die Photovoltaik in der Kombination von Perowskit und Silizium noch viel erwarten kann.“
Neue Ideen für die Windkraft
Auch Windkraftanlagen entwickeln sich weiter. Am auffälligsten ist ihre zunehmende Größe: Aktuelle Anlagen sind bis zu 160 Meter hoch und erreichen Leistungen von 5 Megawatt (onshore) und 15 Megawatt (offshore), ein Vielfaches der ursprünglichen Kapazität. Auch bei diesen Anlagen wird versucht, sie weiter zu verbessern, und es werden völlig neue Designs erprobt: Das niederländische Unternehmen TouchWind hat beispielsweise eine Offshore-Windkraftanlage mit einem einzelnen 200 Meter langen Rotorblatt entwickelt. Das System soll nur etwa ein Drittel der bekannten dreiflügeligen Standardvarianten kosten – bei gleicher Leistung. Vortex Bladeless-Systeme funktionieren sogar ohne Rotoren: Die zylindrische Konstruktion nutzt Windvibrationen zur Energiegewinnung. Außerdem wird an Zukunftstechnologien wie supraleitenden Generatoren geforscht. Diese kommen zwar nur bei Größen von deutlich über 10 Megawatt zum Einsatz, eröffnen dann jedoch ein völlig neues Feld für drastisch verbesserte Designs, die wiederum zu weiteren Kostensenkungen oder einem breiteren Anwendungsspektrum führen.
