Technologie- und Nachhaltigkeitsbewertung

Am Fraunhofer ISE werden zahlreiche neue Technologien und Verfahren entwickelt, um Solarzellen im industriellen Maßstab schneller, besser und vor allem kostengünstiger zu produzieren. Die Entscheidung, welcher Ansatz bevorzugt verfolgt werden soll, erfordert nicht nur eine wissenschaftlich fundierte Technologiebewertung, sondern auch detaillierte Kenntnisse über die damit verbundenen Kosten und ökologischen Auswirkungen. Durch detaillierte Prozessmodellierungen und Stoffstromanalysen führen wir eine techno-ökonomische und ökologische Bewertung sowohl von aktuellen Standardprozessen als auch von verschiedenen neuen Technologien und Prozessabläufen durch. Unser Ziel ist es, die nachhaltigste Technologieoption zu ermitteln, indem wir die ökonomischen, ökologischen und sozialen Auswirkungen unter Berücksichtigung der spezifischen Randbedingungen berücksichtigen.

 

Durch den direkten Kontakt zu den jeweiligen Verfahrensspezialisten, sowohl intern als auch extern, können wir eine fundierte Bewertung von Verfahren vornehmen. Das Spektrum reicht von Verfahren, die noch im Labormaßstab durchgeführt werden und sich erst in der Entwicklungsphase befinden, bis hin zur Untersuchung komplexerer Prozessabläufe in einer industrienahen Pilotproduktionsumgebung. Die gewonnenen Erkenntnisse bilden die Grundlage für eine zuverlässige Abschätzung der Kostenstruktur der industriellen Fertigung für unterschiedliche Solarzellenstrukturen und für verschiedene Prozessrouten.

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Zeitliche Abfolge der verschiedenen Phasen unserer Unterstützungsaktivitäten von der Projektplanung bis zum Betrieb einer (integrierten) PV-Fabrik, einschließlich technisch-wirtschaftlicher Due Diligence, Aufbau, Zertifizierung, Ramp-up und Anlagenoptimierung.

FuE-Leistungen

Im Thema Technologie- und Nachhaltigkeitsbewertung bieten wir folgende Forschungs- und Entwicklungsleistungen:

Marktanalyse und Strategieentwicklung

Technoökonomische Bewertung von PV-Produktionstechnologien

Materialflussanalyse und integrierte PV-Fabrikplanung

Ökobilanzierung in der Photovoltaik

Bewertung der Ressourcenkritikalität

Marktanalyse und Strategieentwicklung

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Historischer und erwarteter Wirkungsgrad von Solarzellen für bestehende und PV-Technologien der nächsten Generation.

Neben der Technologieexpertise, verfügen wir über eine langjährige Kompetenz im internationalen Photovoltaikmarkt und der Industrieentwicklung durch die Zusammenarbeit mit fast allen relevanten Industrie- und Forschungspartnern entlang der gesamten PV-Wertschöpfungskette.

Dienstleistungen

  • Durchführbarkeitsstudien
  • Einführung und Schulung in den PV-Markt und die Technologie 
  • Technische und wirtschaftliche Due Diligence 
  • Strategieplan und Unterstützung bei Geschäftsplänen

Technoökonomische Bewertung von PV-Produktionstechnologien entlang der PV-Wertschöpfungskette

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Zeitliche Entwicklung der Stromgestehungskosten im Vergleich zu den erwarteten Strompreisen in Deutschland im Jahr 2030 für verschiedene Szenarien.

Wir analysieren oder vergleichen die wirtschaftliche Leistung verschiedener PV-Technologien und -Prozesse, indem wir Elemente der Prozessgestaltung, der Modellierung von Prozessparametern, der Anlagenauswahl sowie der Projektion von Investitionsausgaben (CAPEX) und Betriebskosten (OPEX) kombinieren und/oder optimieren. Für die Kostenbewertung von industriellen Produktionstechnologien, Materialien und Prozessabläufen entlang ihrer Wertschöpfungsketten hat das Fraunhofer ISE das Bottom-up-Berechnungsmodell »SCost« entwickelt, das die Kostenstruktur einzelner Prozessschritte sowie ganzer Produktionsanlagen analysiert.

Dienstleistungen

  • Gesamtbetriebskosten (TCO)-Analyse der PV-Prozesstechnik nach den
    SEMI-Standards E35 und E10
  • Gesamtbetriebskosten (TCO)-Analyse und Vergleich verschiedener
    PV-Produktionsrouten in einer Produktionsumgebung
  • Projektion der Stromgestehungskosten (LCOE) von PV-Zell- und Modultechnologien

Materialflussanalyse und integrierte PV-Fabrikplanung

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Lebenszyklus-Inventar einer Fabrik für Wafer, PV-Zellen und PV-Module (die Größe der Bilder gibt die Menge des Inputs an).

Wir führen eine detaillierte Materialflussanalyse (MFA) für jeden Verarbeitungsschritt entlang des gesamten Herstellungsprozesses sowie für die damit verbundenen Behandlungs- und Recyclingprozesse innerhalb der Fabrikumgebung durch. Die MFA dient dazu, Prozess- und Materialflüsse ökonomisch und ökologisch zu optimieren.

Wir bieten Unterstützung bei der Planung von Gesamtanlagenlayouts (inkl. Gebäude, Logistik und Verwaltung) sowie bei der Beschaffung von Prozess- und Charakterisierungseinrichtungen, basierend auf den spezifischen Anforderungen der angestrebten Technologie, des Prozesses und der Stoffströme.

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Dienstleistungen

  • Dynamische Durchsatzanalyse von Prozess- und Materialflüssen in der Fertigung (PlantSim) mit Linienoptimierung
  • Unterstützung bei der Ausrüstungsspezifikation und -auswahl, der Layoutplanung und dem Aufbau, einschließlich Ramp-up, von PV-Produktionsanlagen
  • Wirtschaftlichkeitsprognose für eine integrierte PV-Fabrik

Ökobilanzierung in der Photovoltaik

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Die verschiedenen Phasen der Ökobilanz.

Die Produktion und der Betrieb aller Komponenten der PV-Wertschöpfungskette hinterlässt, wie jede wirtschaftliche Aktivität, einen ökologischen Fußabdruck und hat Auswirkungen auf die Umwelt und den Ressourcenverbrauch. Mittels Ökobilanzierung (engl. Life Cycle Assessment, kurz LCA) bewerten wir die Umweltauswirkungen über den gesamten Lebenszyklus in verschiedenen Wirkungskategorien durch Modellierung der Energie- und Materialflüsse.

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Bewertung des Treibhauspotenzials (GWP) an verschiedenen Produktionsstandorten (in CO2-eq/Wp).

Dienstleistungen

  • Ökobilanzierung (LCA) von PV-Technologien entlang der Wertschöpfungskette
  • Berechnung des kumulativen Energiebedarfs (CED)
  • Umweltverträglichkeitsprüfung inkl. CO2- und Wasser-Fußabdruck und Ressourcenverbrauchsanalyse
  • Analyse der Abfallbehandlung und des Recyclings
  • Umweltproduktdeklaration (EPD)
  •  Analyse der Energie-Rücklaufzeit (EPBT) 

Bewertung der Ressourcenkritikalität

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Umfang der Bewertung der Ressourcenkritikalität in den Bereichen Versorgung, Anfälligkeit, Umwelt und Gesellschaft.

Wir analysieren die Kritikalität von Materialien und Produkten nicht nur auf globaler und nationaler Ebene, sondern auch für Unternehmen. Für industrielle Prozesse oder Technologien werden der Rohstoffbedarf ermittelt, die Versorgungsketten kartiert und potenzielle Versorgungsengpässe aufgezeigt, basierend auf einer Analyse der sozialen, technisch-wirtschaftlichen und geopolitischen Risiken sowie auf Prognosen. Diese Studien können sowohl als Grundlage für strategische Unternehmensentscheidungen dienen als auch die Entwicklung eines Produkts begleiten.

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Sankey-Diagramm der PV-Lieferkette von der Rohstoffgewinnung (Quarzsand) bis zur Modulproduktion.

Dienstleistungen

  •  Abbildung der Lieferkette
  •  Bewertung von Versorgungsrisiken
  •  Soziale Risikobewertung