Diese Faktoren senken die Kosten für Solarmodule

Seit den 1970er-Jahren sind die Preise für Solarmodule massiv gefallen – um mehr als 99 Prozent. Dieser Kostenrückgang machte es möglich, Photovoltaikanlagen in ganz anderen Größenordnungen einzusetzen. Doch wie kommt ein solcher Preisverfall zustande und was spielt dabei eine entscheidende Rolle? Dieser Fragestellung hat sich ein Forscherteam des MIT genähert. Es analysierte die technischen Entwicklungen, die diesen Wandel ermöglichten. Dabei zeigte sich, dass die entscheidenden Fortschritte aus einem dichten Netz von Forschung, Industrie und angrenzenden Bereichen entstanden. Für Unternehmen ergeben sich so wertvolle Anhaltspunkte für Investitionen in Forschung und Entwicklung. Gleichzeitig können politische Entscheidungsträger gezielt jene Technologien fördern, die Wachstum und Einsatz dieser Systeme wirksam beschleunigen. Auffällig ist, dass ein erheblicher Teil der Neuerungen nicht aus der Solarbranche selbst stammt, sondern aus unterschiedlichen Bereichen wie der Halbleiterproduktion, Metallurgie, Glasindustrie, Öl- und Gasförderung, Bautechnik oder sogar der Rechtspraxis.

„Unsere Ergebnisse zeigen, wie komplex der Prozess der Kostenoptimierung ist und wie sehr wissenschaftliche und technische Fortschritte, oft auf sehr grundlegender Ebene, diesen Kostensenkungen zugrunde liegen. Wir haben viel Wissen aus verschiedenen Bereichen und Branchen zusammengetragen, und dieses Wissensnetzwerk ist es, das diese Technologien verbessert“, erklärt Studienleiterin Jessika Trancik und Professorin am „Institute für Data, Systems and Society“ des MIT. Das Team, zu dem noch weitere Expertinnen und Experten gehören, nutzte zuvor entwickelte mathematische Modelle, um zu verstehen, welche technologischen Faktoren besonders stark auf die Preise von Photovoltaikmodulen und kompletten Systemen wirken. In der neuen Analyse kombinierte es diese quantitativen Ansätze mit einer detailreichen qualitativen Untersuchung der relevanten Innovationen, die Materialien, Herstellungsverfahren und Installationsprozesse betrafen.

Innovationsnetz rund um Solarmodule

Aufbauend auf bekannten Kostentreibern – etwa der Zahl der Solarzellen pro Modul, der Effizienz der Verdrahtung oder der Größe der Silizium-Wafer – starteten sie mit einer strukturierten Literaturrecherche, um Innovationen zu identifizieren. Die Ergebnisse ordneten sie in Gruppen und konnten so Muster erkennen. Dabei heraus kamen Cluster, die durch verbesserte Materialien oder vorgefertigte Bauteile die Produktion vereinfachten und die Installationsdauer verkürzten. Insgesamt wurden 81 bedeutende Entwicklungsschritte seit 1970 erfasst – von entspiegeltem Glas bis hin zu vollständig digitalen Genehmigungsverfahren. Trancik beschreibt den Auswahlprozess als Balance zwischen Tiefe und Fokus: Das quantitative Modell stellte die Basis für den qualitativen Teil. Besonders wichtig war dabei die Trennung zwischen den Herstellungskosten der PV-Module, die international gehandelt werden, und den sogenannten Balance-of-System-Kosten (BOS) für Wechselrichter, Montagesysteme oder Kabel.

„Indem wir Innovationen sowohl auf BOS-Ebene als auch innerhalb der Module untersuchen, identifizieren wir die verschiedenen Arten von Innovationen, die in diesen beiden Teilen der PV-Technologie entstanden sind“, sagt Goksin Kavlak, Senior Energy Associate bei der Brattle Group. Die BOS-Kosten reagierten besonders empfindlich auf sogenannte Soft-Innovationen wie vereinfachte Genehmigungsprozesse. Hier gab es jedoch bislang deutlich weniger Fortschritte als bei Hardware-Verbesserungen. Trancik betont, dass Bauverzögerungen oder unvorhersehbare Abläufe spürbar auf die Gesamtkosten drücken. Deshalb könnten automatisierte Genehmigungssysteme, die Projekte schneller freigeben, in Zukunft mehr Wirkung entfalten – auch wenn diese Effekte in der aktuellen Analyse noch nicht quantifiziert wurden. Das methodische Rahmenkonzept erlaubt es jedoch, ihre wirtschaftlichen Potenziale künftig genauer zu bewerten.

Vernetzte Industrie als Innovationsquelle

Die Untersuchung zeigt, dass Fortschritte aus Branchen wie Halbleitertechnik, Elektronik, Metallverarbeitung und sogar der Öl- und Gasindustrie erheblich zur Senkung der Preise für PV-Module und BOS-Komponenten beitrugen. Softwareentwicklungen und Verbesserungen der Stromversorgung spielten ebenfalls eine Rolle. Neben Innovationen hatten auch Faktoren wie Skaleneffekte durch Massenproduktion und die Ansammlung von Erfahrungswissen in der Branche Einfluss auf die Kosten. Auffällig ist, dass Entwicklungen rund um die PV-Module meist aus der Industrie oder Forschung stammten, während viele BOS-Innovationen von Kommunen, staatlichen Stellen oder Fachverbänden initiiert wurden.

Die Forschenden waren überrascht von der Vielfalt und der engen Verzahnung all dieser Bereiche. Ein besonderer Vorteil der Photovoltaik: Die Branche war bislang immer in der Lage, externe Technologien zur richtigen Zeit zu übernehmen – begünstigt durch technische Kompatibilität und unterstützende politische Rahmenbedingungen. Ein weiterer Treiber der BOS-Kostensenkungen war die steigende Rechenleistung, etwa durch Software zur automatisierten technischen Prüfung oder zur Ferndiagnose von Installationsorten.

Solarmodule im Spiegel der Vergangenheit

Die Forschenden sind überzeugt, dass künftig Technologien wie Robotik oder KI-gestützte Werkzeuge weitere Kostensenkungen und Qualitätssteigerungen ermöglichen. Neben der qualitativen Analyse zeigten die Forschenden, wie diese Methode eingesetzt werden kann, um den konkreten finanziellen Effekt einer einzelnen Neuerung zu beziffern. So ergab die Analyse, dass die in den 1980er-Jahren eingeführte Drahtsägetechnik die Herstellungskosten eines kompletten PV-Systems um rund fünf US-Dollar pro Watt senkte. Der Grund: Sie minimierte Siliziumverluste und erhöhte die Produktionsgeschwindigkeit. Das könnte eine wertvolle Grundlage sein, um erfolgreiche Strategien in andere Technologiebereiche zu übertragen. Schon jetzt plant das Team, den Ansatz auch auf weitere erneuerbare Energiesysteme anzuwenden. Besonderes Augenmerk soll dabei künftig auf Soft-Technologien liegen.