Geballtes Sonnenlicht

Dr. rer. nat. Andreas W. Bett
Den fotovoltaischen Effekt kann man ganz einfach in einem Satz ausdrücken: Licht – speziell eben Sonnenlicht – wird in elektrische Energie umgewandelt. Das wird heute im Wesentlichen in Halbleiterbauelementen gemacht; dabei können verschiedene Materialien eingesetzt werden. Das am häufigsten genutzte Material ist Silizium, das auch in der Standardelektronik verwendet wird. Es gibt aber noch andere Materialkombinationen, die man für den fotovoltaischen Effekt nutzen kann – das ist dann die Kategorie der Dünnschichtsolarzellen, für die beispielsweise Cadmium-Tellurid oder Kupfer-Indium-Diselenid zum Einsatz kommen. Ein anderes Beispiel sind Hocheffizienz-Stapel- oder Mehrfachsolarzellen; sie bestehen aus Verbindungshalbleitern, die sich aus den Atomen der der III. und V. Gruppe des Periodensystems der Elemente zusammensetzen und letztlich dann übereinandergestapelt werden. Dies ist unser Arbeitsgebiet, die Umsetzung einer Solarzellenarchitektur, die heute die höchste Effizienz erzielt. Weitere Technologieentwicklungen basieren nicht auf anorganischen Halbleitern, sondern auf organischen Materialien, die eine Art Halbleitereffekt zeigen und damit zur fotovoltaischen Wandlung von Licht genutzt werden können. Schließlich sind noch die Farbstoffsolarzellen in Entwicklung. Die beiden letztgenannten Technologien zeigen derzeit noch niedrige Wirkungsgrade und haben eine nur kurze Lebensdauer, werden aber im Entwicklungsstadium in Consumer-Produkte eingesetzt, die eben nicht langlebig sind.

Ihr Projekt, ein Technologiefeld innerhalb der Fotovoltaik, basiert auf einzelnen Entwicklungsschritten, und für diese Schritte steht jeweils ein Nominierter des Teams. Könnten Sie bitte den Stand der Technik darstellen und die einzelnen Entwicklungsschritte beschreiben?

Dr. rer. nat. Andreas W. Bett
Das Projekt ist vom Fraunhofer ISE von Grund auf entwickelt worden. Ausgangspunkt war eine Solarzellenentwicklung. Vor 20 Jahren ging es darum, im Sinne der Grundlagenforschung zu verstehen, welchen Wirkungsgrad, welche Höchsteffizienzen wir erreichen können. Das Material, das in diesem Kontext vorteilhaft ist, ist Galliumarsenid. Das haben wir damals untersucht, um hohe Effizienzen zu realisieren. Diese Arbeiten damals waren nicht am Markt orientiert, sondern es ging um wissenschaftliche Grundlagen. Wir haben dann nachgewiesen, dass man damit auch ganz gute Effizienzen realisieren kann. Gleichzeitig wurde der Marktaspekt immer wichtiger. Die sogenannten III-V-basierten Solarzellen kamen erstmals im Weltraum zur Anwendung, doch wir wollten sie auch terrestrisch einsetzen.

So entstand eine Art Parallelentwicklung: Wie kann man solch hocheffiziente Solarzellen, deren Herstellung recht teuer ist, terrestrisch nutzen? Der Trick, den wir angewandt haben, besteht darin, nur kleine Zellen einzusetzen und das Licht mit einer Optik einzufangen. Das führt dann zur sogenannten Konzentratortechnologie, an die auch die gesamte Modultechnologie angepasst werden musste. Es war ein langer Entwicklungsweg: Auf der einen Seite stand die Entwicklung der Zelle. Wir haben ihre Effizienz immer mehr gesteigert, und heute werden bei AZUR SPACE Mehrfachsolarzellen gefertigt. Auf der anderen Seite brauchte man die Modulentwicklung, also die angepasste Technologie, um letztendlich das Licht einzufangen und auf die Zelle zu lenken. Dies wird jetzt bei Soitec Solar industriell umgesetzt.

Die Mehrfachsolarzelle ist bei Ihnen in die industrielle Umsetzung gegangen?

Dr. rer. nat. Klaus-Dieter Rasch
Die primäre kommerzielle Anwendung war für die Raumfahrt. Lange Zeit hatte man nur Silizium dafür verwendet, aber in Europa gab es im Jahr 2000 einen massiven Umschwung. Die Galliumarsenid-Solarzelle wurde zunächst in USA für Militärprojekte eingesetzt, zuerst als Einfachsolarzelle. Dafür hatte man keinerlei kommerzielle Verwertung gesehen. Später dann, mit den Mehrfachsolarzellen, gab es einen Wirkungsgradsprung von 18 Prozent auf 27, 28 Prozent. Heute werden alle wichtigen Telekommunikationssatelliten mit diesen Mehrfachsolarzellen ausgerüstet. Sie ermöglichen es, dass mehr Senderöhren in den Satelliten eingebaut werden können. Das ist das Geschäftsmodell: Mit jeder Senderöhre erhält man ungefähr zwei Millionen Dollar an Leasingeinnahmen pro Jahr. Gleichzeitig ist sichergestellt, dass nach 15 Jahren Mission die Mehrfachsolarzellen noch immer funktionieren, weil sie dank des Galliumarsenids strahlungsresistenter sind und einen besseren Temperaturkoeffizienten haben.

Wir haben dann gemeinsam mit dem Fraunhofer ISE überlegt, welche weiteren Anwendungen man dafür finden könnte. Es gab einen ersten Ansatz mit mechanisch gestapelten Galliumarsenid-Solarzellen, und aufgrund der Erfahrung aus der Raumfahrt hat man sich für integrierte Dreifachsolarzellen entschieden, die in einem Fertigungsschritt hergestellt werden können. Statt zwei Solarzellen pro Wafer konnte man kleine Solarzellen – typischerweise 80 bis 3.000 pro Wafer – realisieren und hat mit dieser Konzentration auch Lösungen für die Terrestrik gefunden. Wir bemühen uns nun, diese Zellen in großen Stückzahlen mit hoher Qualität zu vernünftigen Preisen unseren Kunden zur Verfügung zu stellen.

Die Sache ist ja eigentlich nichts Neues: Wir haben 1990 die ersten Galliumarsenid-Solarzellen für Satelliten hergestellt. Ein Teil dieser Satelliten funktioniert heute noch, nach 20 Jahren. Die Mehrfachsolarzellen wurden seit 2002/03 in größeren Mengen hergestellt, und es gibt eine große Ähnlichkeit zwischen diesen terrestrischen Chips und den Raumfahrtsolarzellen.

Bis heute haben wir mehr als eine Million dieser Raumfahrtsolarzellen hergestellt. Würde man diese Menge in terrestrische Leistung umrechne, könnte man sagen, dass wir über Erfahrung auf der Basis von ungefähr 700 Megawatt Äquivalenten verfügen. Wir sind jetzt auf dem Weg, das in der Terrestrik zu realisieren. Ich denke, dass wir bisher ungefähr 80 bis 100 Megawatt hergestellt haben. Es sind Projekte im Aufbau, und weitere sollen folgen. Wenn man in der Energieanwendung tätig ist, muss man sehr lange Garantien geben. Die normalen Verträge haben 25 Jahre Garantieleistung; das ist Standard bei den üblichen Elektrizitätsanlagen, und das würde man auch auf diese neue Technologie übertragen. Da ist es sehr wichtig, dass man kein Risiko eingeht. Aufgrund der Erfahrungen aus der Raumfahrt sind wir sehr zuversichtlich, dass es keine Probleme geben wird.

Hansjörg Lerchenmüller
Die Mehrfachsolarzellen vom Satelliten wieder zurück auf die Erde zu holen – das war die Mission, mit der wir im Jahr 2005 ein Spin-off gegründet haben. Ziel war es, das am Fraunhofer-Institut entwickelte Modulprinzip in den Markt zu bringen, denn am Fraunhofer-Institut wurde nicht nur die Zelltechnologie entwickelt, sondern auch die gesamten Grundlagen für die Optik und das Modulkonzept. Das war unser Ausgangspunkt für die Firmengründung. Was im Labor funktioniert hat, haben wir in eine Produktentwicklung überführt und dann nicht nur eine industrielle Modulproduktion aufgebaut, sondern auch die gesamte Technologiekette entwickelt, also nicht nur das Modul, sondern alles, was dazugehört: Module müssen zweiachsig nachgeführt werden, der Strom muss ins Netz eingespeist werden – sprich alles, was man braucht, um komplette Kraftwerke bereitzustellen. Das haben wir entwickelt, in den Markt eingeführt und, wie gesagt, zur industriellen Produktion gebracht.

Welcher der Schritte der Entwicklung war denn der wichtigste oder der technisch anspruchsvollste?

Hansjörg Lerchenmüller
Die wirklich entscheidende Leistung war, dass wir in extrem kurzer Zeit eine Laborentwicklung bis zur industriellen Produktion umsetzen und zum Markterfolg führen konnten. Das erforderte eine enge und verzahnte Zusammenarbeit in den unterschiedlichsten Technologiefeldern. Die Frage, welcher Einzelschritt der wichtigste oder der schwierigste war, kann man letztlich gar nicht beantworten, denn die Module, wie wir sie heute produzieren, würden nicht funktionieren, wenn die Linsenoptik nicht optimiert wäre, und auch ohne die Zelle würden sie nicht funktionieren. Und auch das Prinzip allein hilft nicht weiter, man muss die Industrialisierung und eine kosteneffiziente Fertigung im Auge haben, von Anfang an, bevor man die Produktion aufbaut.

Dr. rer. nat. Andreas W. Bett
Wir haben bei der CPV, der konzentrierenden Fotovoltaik, einen anderen Ansatz als in der klassischen Fotovoltaik, wo Einzelkomponenten entwickelt und dann ins System zusammengepackt werden. Hier ist das Entscheidende, dass der komplette Systemansatz bereits bei der Entwicklung berücksichtigt wird. Eine der Besonderheiten, die wir eingebracht haben, stammt daher, dass wir sozusagen von der Zelle her kommen und erkannt haben, dass wir das Gesamtsystem optimieren müssen. Deshalb sind ja auch Entwicklungen im Bereich der Optik in die Module eingeflossen, und wir konnten damit zeigen, dass das Gesamtsystem effizient ist. Aufbauend auf diesen Entwicklungsarbeiten haben sich die beiden Seiten getrennt, aber es ist immer noch so, dass zwischen dem Zellhersteller auf der einen Seite und dem Modul- oder Systemhersteller auf der anderen Seite eine enge Zusammenarbeit notwendig ist, um das Optimale aus einem System herauszuholen. Das ist wirklich eine Besonderheit, und wenn Sie fragen, was das Allerwichtigste ist, dann ist es genau dieses Ineinandergreifen von einzelnen Verzahnungen, die dazu geführt haben, dass wir ein hocheffizientes und kosteneffizientes System realisieren konnten.

Dr. rer. nat. Klaus-Dieter Rasch
Diese ganzheitliche Betrachtung ist wichtig, deshalb sind wir auch so schnell vorangekommen. Wo wir noch dazulernen müssen, ist beim Thema Risiken in den unterschiedlichen Einsatzorten. Auch hier gab es sehr viele Bedenken, doch inzwischen haben wir festgestellt, dass die Systeme auch dann funktionieren, wenn wir sie in der Wüste oder an Orten mit hoher Windlast aufstellen. Dadurch haben wir auch gegenüber den Wettbewerbern einen sehr großen Vorsprung.

Noch ein Aspekt: Das Ganze begann 2005, zwischendurch hatten wir eine Wirtschaftskrise. Investoren gehen in solchen Phasen sehr ungern in neue Technologien, da investiert man eher konservativ. Doch wir sind seit jeher überzeugt vom Konzept, weisen die Vorteile nach und stellen jetzt in Gesprächen fest, dass die Kunden die Systeme annehmen und die Technologie sich inzwischen eingebürgert hat. Die wissenschaftliche Seite ist das eine, die industrielle das andere – und gleichzeitig muss man jemanden haben, der Geld in einen solchen Solarpark steckt.

Hansjörg Lerchenmüller
Technisch sehr anspruchsvoll war es in jedem Fall, das Ganze so zu gestalten, dass die Materialauswahl, das Design, die Fertigungstechniken so ineinandergreifen, dass ein Produkt 25 Jahre oder länger im Feld bestehen kann. Auch hier kommt unsere langjährige Erfahrung zum Tragen, was die Zuverlässigkeit sowohl der Zellen als auch der Module und Komponenten angeht. Diese Arbeiten haben wir fortgeführt und konsequent die Materialauswahl im Modul so getroffen, dass wir mit 25 oder mehr Jahren Betrieb keine Bauchschmerzen haben.

Dr. Rasch erwähnte, dass die geringe Degradation der Zelle im Weltraum ein wesentliches Entscheidungskriterium dafür war, auf III-V-Zellen zu wechseln. Das sehe ich auch als wichtiges Element für die terrestrische Fotovoltaik. Kraftwerksprojekte sind typischerweise auf 25 Jahre ausgelegt. Wir haben Module mit nahezu identischer Bauweise, mit den identischen Materialien seit mehr als fünf Jahren im Feld. Es gibt frühe Prototypen vom Fraunhofer ISE mit ähnlichen Materialien, die allesamt anzeigen, dass wir hier keine Degradation messen können. Alle Solarzellen werden mit der Zeit ein bisschen schlechter, 0,1 Prozent oder 0,5 Prozent pro Jahr – das sind die Größenordnungen in den bestehenden Technologien. Wir sind dank der fünf Jahre Betriebserfahrung und der Voruntersuchungen zu den Zellen sehr zuversichtlich, dass das ein zusätzlicher Wettbewerbsvorteil unserer Technologie sein wird.

Ihre Module werden nicht auf Hausdächer montiert, sondern als System in sonnenreichen Gegenden aufgestellt. Was kann ein solches Kraftwerk, und worin unterscheidet es sich von der solarthermischen Energiegewinnung?

Hansjörg Lerchenmüller
Ich würde gern noch einen kleinen Schritt zurückgehen und die Energiewende ansprechen. Die einzige Ressource, die nach Menschenermessen nahezu unbegrenzt zur Verfügung steht, ist die Solarenergie. Jeden Tag strahlt die Sonne so viel Energie ab, dass sich die Menschheit zu 100 Prozent mit Solarenergie versorgen könnte. Es gibt kein Platzproblem, kein Ressourcenproblem, eigentlich kein technisches Problem. Aber ein Problem gibt es: die Kosten. Die Kernherausforderung in der Fotovoltaik, in der Solarstromgewinnung ist, die Kosten zu senken. Dazu gibt es zwei klassische Wege. Der eine ist ganz banal: Man gehe dahin, wo mehr Sonne ist. Dann kommt auf einen Quadratmeter Modulfläche über das Jahr die doppelte Menge an Sonnenenergie, und man erzeugt die doppelte Anzahl an Kilowattstunden. Der zweite Weg ist die Massenproduktion. Es gibt aber noch einen dritten Weg, nämlich die Effizienzsteigerung. Und den gehen wir mit unserer Technologie.

Wir haben über solare Kraftwerke gesprochen. Wir sehen ganz klar, dass es mit zunehmendem Energiebedarf und mit dem Druck, die Kosten weiter zu senken, immer wichtiger wird, dorthin zu gehen, wo viel Sonne scheint. An diesen Standorten – wo es sehr heiß ist und sehr viel direktes Sonnenlicht zur Verfügung steht – funktioniert die Konzentratorfotovoltaik am besten. Die Technologie zeigt höchste Wirkungsgrade, auch bei hohen Außentemperaturen. Wir brauchen kein Wasser zur Kühlung – ein ganz wichtiges Argument, denn das Wasser wird gebraucht, um die Landwirtschaft zu versorgen. Was die Umwelteinflüsse angeht, hat unsere Technologie einen weiteren großen Vorteil: Der Einfluss auf den Boden und das Land ist minimal. Letztlich wird nur ein Loch in den Boden gebohrt, dann kommt der Mast rein, und die Module werden oben aufgesetzt. Der Abstand zum Boden erlaubt sogar eine zusätzliche landwirtschaftliche Nutzung, beispielsweise als Schafweide. Ein Kraftwerk besteht dann aus 1.000 oder 10.000 solchen Masten mit Modulen – es wird in Nordafrika oder in Südafrika installiert und produziert von morgens bis abends Strom. Und was in heißen Regionen besonders interessant ist: Unsere Kraftwerke produzieren den Strom tagsüber und im Sommer, wo er am meisten gebraucht wird, weil üblicherweise das Lastprofil des Verbrauchs durch Klimaanlagen bestimmt ist.

Dr. rer. nat. Andreas W. Bett
Es gibt ein weiteres Merkmal unseres Systems, das insbesondere im Vergleich zu solarthermischen Kraftwerken wichtig ist: Das Konzept ist modular. Wie bei der Standardfotovoltaik kann ich mit einem kleineren Kraftwerk anfangen und dieses beliebig erweitern. Das ist für einen Kraftwerkspark bereits im Aufbau von großer Bedeutung, denn man kann bereits mit relativ kleinen Einheiten ans Netz gehen und dann erweitern. Wir werden sicherlich große Einheiten brauchen, nicht wie bisher nur dezentrale Einheiten auf dem Hausdach. Um unsere Energieversorgung wirklich sicherzustellen, sind Kraftwerke erforderlich. Dafür ist unsere Technologie die richtige: Man geht in die sonnenreichen Gegenden, setzt dort die kosteneffizienteste Technologie ein und erntet Solarenergie.

Hansjörg Lerchenmüller
Der eine Unterschied ist, dass solarthermische Kraftwerke – wie übrigens alle Kondensationskraftwerke – Wasser brauchen, selbst, dann wenn sie mit einer sogenannten Trockenkühlung gefahren werden. Mit einer Trockenkühlung braucht man zwar deutlich weniger Wasser, das geht aber eindeutig zulasten der Wirtschaftlichkeit. Der andere – und aus meiner Sicht der wichtigste – Unterschied zwischen unserer CPV-Technologie und den solarthermischen Kraftwerken sind die kurzen Innovationszyklen. Das hat mit der Modularität zu tun und ist etwas ganz Entscheidendes.

Wir haben 2005 die Firma gegründet und im Sommer des gleichen Jahres das erste kleine System in Betrieb genommen; das waren im Prinzip noch die Prototypen aus dem Institut, die wir nachgebaut haben. Inzwischen befindet sich die vierte Modulgeneration in der Fertigung. Das heißt, wir haben innerhalb kürzester Zeit immer neue Generationen eingeführt. Diese kurzen Innovationszyklen sind für Kostensenkungen ganz, ganz wichtig, denn jede neue Generation beinhaltet technologische Verbesserungen: Die Wärmesenke sieht anders aus, der Randverbund ist anders – wir haben einen Rahmen aus anderem Material, und der kostet nur noch die Hälfte. Daher sind kurze Innovationszyklen für Kostensenkungen ganz wichtig. Und für die Marktakzeptanz spielt dann wieder die Modularität eine Rolle. Wenn wir mit Kunden oder den beteiligten Banken über ein 100-MW-Kraftwerk sprechen, reden wir über ein Gesamtfinanzierungsvolumen von mehr als 200 Millionen Euro. Um Banken davon zu überzeugen, dass die Technologie funktioniert, muss man frühzeitig Prototypen des Modells bauen, das später im Kraftwerk eingesetzt wird. Von der Modulgeneration, mit der wir jetzt frisch in die Fertigung gegangen sind, haben wir die ersten Prototypen vor neun Monaten gebaut. Die Module sind komplett zertifiziert, und wir können mit diesem Modul jetzt in die Produktion und direkt in die Installation ins Feld gehen. In der Zwischenzeit haben wir den beteiligten Kunden, den Banken und allen anderen Interessierten gezeigt, dass es funktioniert. Bei großen Kraftwerken hat man übliche Projektentwicklungszeiten von zwei Jahren und eine Bauzeit von ein bis zwei Jahren, da ist es wichtig, dass man Verbesserungen und Innovationen in das Kraftwerk einbringen kann.

Ein weiterer großer Vorteil liegt im Wirkungsgrad, der bei uns viel höher ist. Und es ist so einfach, wie es klingt: Wenn ich aus einem Quadratmeter Glas doppelt so viel Leistung heraushole, wird das unter dem Strich billiger sein.

Dr. rer. nat. Klaus-Dieter Rasch
Solarthermie ist eigentlich konventionelle Technik; was man ausgetauscht hat, ist der Dampferzeuger. Früher war es Kohle, später war es Nuklearstrom, und jetzt nimmt man Reflektoren und erzeugt damit Dampf. Alles andere, die Turbinen und die ganze Technologie, sind identisch. Der Wirkungsgrad ist im Mittel auf 16 Prozent begrenzt, in Spitzenwerten hat man 25 Prozent. Hier spielt die Energieinfrastruktur eine wesentliche Rolle. Die Wirtschaftlichkeit bei den solarthermischen Anlagen ist immer nur gegeben, wenn mindestens 200 MW installiert werden. Mit unseren Konzentratorsystemen sind wir in der Kraftwerksleistung flexibel, und auch beim Wirkungsgrad sind wir noch nicht am Ende, sondern haben gerade mal eine Zwischenstufe erreicht. Heute liegen wir mit CPV-Systemen bei Werten zwischen 25 und 28 Prozent Wirkungsgrad, und wir sind überzeugt, dass wir in naher Zukunft bis zu 35 Prozent Wirkungsgrad auf der Systemebene erzielen werden.

Dr. rer. nat. Andreas W. Bett
Ich möchte die Innovationszyklen nochmals ansprechen. Das ist in unserem Konsortium ein entscheidender Vorteil gegenüber anderen Fotovoltaiktechnologien. Als wir 2005 die Modulfertigung gestartet haben, lagen die Zellwirkungsgrade, die wir am ISE erzielen konnten, im Bereich von 37 Prozent, in der Fertigung damals bei 35 Prozent. Wir haben die Entwicklung kontinuierlich weitergetrieben und deutlich über 40 Prozent erreicht. Das wirklich Wichtige war, dass wir die Technologie relativ schnell in die Produktion transferiert haben. Bei AZUR SPACE Solar Power werden die Zellen inzwischen ebenfalls mit 40 Prozent hergestellt. Dieser Zyklus von der Innovation im Institut über die Industrie in das Endprodukt ist extrem kurz. Wenn man das mit anderen PV-Technologien vergleicht, zum Beispiel im Siliziumbereich, liegt dort der Rekordwirkungsgrad seit 15 Jahren bei 25 Prozent, in der Produktion immer noch im Bereich von 18 bis 20 Prozent, und es gibt einen Spitzenreiter mit 23 Prozent. Wir können durch unsere sehr enge Verbindung die Entwicklungen sehr schnell in ein Produkt umsetzen und in den Markt bringen, und wir können mit Kosteneffizienz und Wirtschaftlichkeit punkten – das ist ein ganz großes Plus unseres Ansatzes.

Sie stellen ein Kraftwerk, das hocheffizient ist und kostengünstig Strom produziert, in sonnenintensiven Ländern auf. Das bringt aber doch keine Vorteile für uns hier in Deutschland …

Hansjörg Lerchenmüller
Das ist nur insofern richtig, als wir in Deutschland keine Kraftwerke mit unserer Technologie installieren, denn wir sind auf die direkte Sonnenstrahlung angewiesen. Aber am Unternehmensstandort Freiburg produzieren wir mit mehr als 100 Leuten, und wir bauen derzeit die Fertigung aus. Freiburg ist nicht nur unser Innovations-, sondern auch einer unserer Produktionsstandorte. Wir haben nach wie vor eine sehr enge Anbindung an das Fraunhofer-Institut, werden aber weitere Produktionsstandorte aufbauen, etwa eine Fabrik in USA. Die Produktion wird auf jeden Fall hier stattfinden, wenn auch nicht ausschließlich, und auch die Innovation findet hier statt, denn weitere Produktzyklen werden durch die enge Ankopplung an Fraunhofer in Deutschland betrieben.

Aber es gibt auch die Möglichkeit – deshalb sind wir auch Mitglied der DESERTEC-Initiative geworden –, regenerativen Strom zu importieren, zum Beispiel in Nordafrika Strom zu produzieren und ihn nach Europa zu schicken. Das Stromleitungsnetz der Zukunft wird weitaus stärker auf Stromexporten und Stromtransporten über große Strecken basieren. Wir müssen zu 100 Prozent erneuerbaren Energien kommen, es gibt gar keine Alternative. Und wir sind angewiesen auf alle Technologien in den erneuerbaren Energien: Windkraftanlagen in Norddeutschland, Solarkraftwerke in Nordafrika, Pumpspeicherwerke in Österreich und in der Schweiz – all diese Kraftwerke müssen zusammenarbeiten, um zu gewährleisten, dass wir ständig ausreichend Strom zur Verfügung haben. Außerdem muss der Verbrauch intelligenter werden, sprich: Die Waschmaschine wird automatisch dann eingeschaltet, wenn viel Solarenergie vorhanden ist, und die Kühlanlage von Bürogebäuden fährt um ein Grad zurück, wenn ein Engpass in der Stromversorgung herrscht. Das merkt keiner, weil das Gebäude thermisch träge ist, und wenn dann wieder genügend Leistung verfügbar ist, geht die Klimaanlage wieder an. Durch solche vernetzten Lösungen kann man 100 Prozent erneuerbare Energie durchaus realisieren.

Dr. rer. nat. Klaus-Dieter Rasch
Wir hatten vor zehn Jahren große Schwierigkeiten, Fördermittel für dieses System zu erhalten, weil man es nicht in Deutschland einsetzen kann. Aber bei der klassischen Fotovoltaikindustrie auf Siliziumbasis sind viele Vorleistungen hier in Deutschland erbracht worden, und jetzt ist dieses Know-how von der Ausrüsterseite her nach China gegangen. Wir gehen davon aus, dass man diese einfachen Zellen früher oder später nicht mehr in Deutschland fertigen wird. Wenn man dem das CPV-System gegenüberstellt, hat man auf der Zellenseite ein hohes, komplexes Know-how. Der Mast und die Stahlstruktur für die Nachführeinheiten sind eine rein mechanische Metallbearbeitung, wenn auch mit sehr intelligenten Schrittmotoren für die Antriebe. Wir gehen davon aus, dass es einen Local Content gibt, indem man beispielsweise diese Masten lokal fertigt, dann wird es in der zweiten Stufe vielleicht das Zusammenbauen der Nachführeinheiten sein. Man wird aber sehr lange das Know-how und auch die Fertigung für die Zellen in Deutschland halten können. Das heißt, wir generieren hier in Deutschland mit unserem Produkt Arbeitsplätze auf der High-End-Seite. Das sollte man nicht unterschätzen.

Löst Ihre Innovation ein gesellschaftliches Problem?

Hansjörg Lerchenmüller
Absolut, denn wir müssen zu einer Energieversorgung mit 100 Prozent erneuerbaren Energien kommen. Nicht in zehn Jahren, aber in einem Zeithorizont von 50, 100 Jahren müssen wir so weit sein. Und das ist ein weltpolitisches, gesellschaftliches Problem.

Wie sieht die Wettbewerbssituation aus? Welchen Vorteil haben Sie gegenüber der Konkurrenz?

Hansjörg Lerchenmüller
Wir sind in Europa mit großem Abstand das führende Unternehmen in CPV-Bereich. Als wir die Firma gründeten, da konnte ich an den Fingern beider Hände die Firmen abzählen, die hier aktiv sind. Heute gibt es weit über 200 Unternehmen weltweit, viele davon in den USA und inzwischen auch in China. Unsere Position in diesem Wettbewerbsumfeld ist einerseits geprägt durch einen sehr guten technologischen Background und die langjährige Erfahrung im Bau von Systemen und Kraftwerken, andererseits haben wir uns eine Projekt-Pipeline aufgebaut, über die kein anderes Unternehmen verfügt. So haben wir allein in Kalifornien Stromabnahmeverträge im dreistelleigen MW-Bereich unterzeichnet.

Einer unserer großen Vorteile liegt im technischen Design: Wir haben das einfachste denkbare Moduldesign – und wir haben damit auch die schlankste Materialliste. Wir verwenden keinerlei teure Materialien, und gleichzeitig erreichen wir einen Wirkungsgrad, der doppelt so hoch ist wie der von herkömmlichen Solarmodulen. Das heißt, unsere Kostensenkung ist lediglich eine Funktion des Volumens. Und deshalb müssen wir unser Volumen jetzt verdoppeln, verdoppeln, verdoppeln, und dann sind wir sehr schnell an einem wichtigen Ziel angelangt: Strom in Nordafrika für unter zehn Cent pro Kilowattstunde zu voll wettbewerbsfähigen Kosten anbieten zu können.

Dr. rer. nat. Andreas W. Bett
Ich würde noch einmal hinzufügen, was ich am Anfang sagte: CPV ist ein Systemansatz, und das Schöne ist – deswegen sitzen wir hier auch zu dritt –, wir bilden das komplett ab. Ich glaube, das ist ein riesiger Vorteil.

Und wenn man die Konkurrenz im Hinblick auf weitere Entwicklung ansieht, gibt es Unterschiede: Wir haben ein zentrales Forschungsinstitut, das Fraunhofer ISE, das von der Zelle bis zum System das gesamte Know-how vereint. Die Wettbewerber müssen das alles einzeln einkaufen, was sich auf die Innovationszyklen auswirkt, die bei uns vergleichsweise kurz sind. Das bringt uns wiederum an die Spitze, auch was die Effizienz angeht, und senkt über die Fertigung zudem die Kosten.

Die Ausgründung Concentrix ist inzwischen in die Soitec Gruppe übergegangen. Sie haben dieses Unternehmen gegründet und sich dann eine strategische Allianz gesucht, um Ihr Projekt weiterzubringen. Wie lief das genau?

Hansjörg Lerchenmüller
Ich erinnere mich noch, wie wir ganz zu Anfang gesagt haben: Wir können das ein Jahr lang alleine machen, mit unserem eigenen Geld, aber dann brauchen wir einen starken Finanzinvestor. Einen solchen haben wir gefunden und konnten über vier Jahre erfolgreich arbeiten. Wir haben aber auch immer gewusst, dass wir unter ein industrielles Dach müssen, denn was wir hier machen, braucht ein industrielles Umfeld und ausreichend Finanzkraft. Wie gesagt, ein 100-MW-Kraftwerk hat ein Gesamtfinanzvolumen von mehr als 200 Millionen Euro.

Ein weiterer Aspekt war das Innovationsdenken: Soitec ist ein Industrieunternehmen, das in den vergangenen Jahrzehnten gelernt hat, was es heißt, Kostendruck standzuhalten. Es ist ja nicht so, dass man eine Idee hat und darauf basierend dann ein Produkt produziert und alles funktioniert. Vielmehr läuft es so ab: Man hat die Idee, muss sehen, was es kostet zu produzieren, und dann stellt man fest: Mein Gott, das ist ja viel zu teuer! Und dann fängt die Arbeit an: das Design überarbeiten, die Produktionsmaschine überarbeiten, den Wirkungsgrad erhöhen und, und, und… Das sind Prozesse, die in einem Industrieunternehmen optimal ablaufen, und wir sind sehr gut integriert.

Würde Sie bitte nochmals zusammenfassen, was das wirklich Innovative an Ihrem Projekt ist und mit der Nominierung zum Deutschen Zukunftspreis gewürdigt wird?

Hansjörg Lerchenmüller
Das ist sicherlich die interdisziplinäre Zusammenarbeit auf technisch und wissenschaftlich extrem anspruchsvollen Gebieten von Halbleitern über Photonen und Elektronen bis hin zum Bau von Kraftwerken, also ein Loch in den Boden buddeln und den Mast aufstellen. Denn nur wenn alles in der gesamten Kette funktioniert und wenn das Know-how von allen zusammenkommt, kann man eine schnelle Umsetzung realisieren: Die Arbeit von zig Diplomanden und Doktoranden, die bei Andreas Bett gearbeitet haben, die vielen Mann-Ingenieursjahre, die auf unserer Seite in die Fertigung und Produktoptimierung reingeflossen sind, die vielen Ingenieure und Wissenschaftler, die bei Klaus Rasch gearbeitet haben – dies alles in einer Rekordzeit zusammenzuführen war eine Riesenleistung. Und das ist wirklich Rekordzeit gewesen: Die Produktidee am Fraunhofer-Institut im Labor, ja, funktioniert, okay, jetzt legen wir los, dann Venture Capital hineinholen, schnelles Wachstum zeigen, Strukturen aufbauen, das Produkt in die Produktion, durch alle Zertifizierungen und letztlich in einen Markterfolg führen, mit Kraftwerken im mehrstelligen MW-Bereich – dies in so kurzer Zeit zu schaffen ist das wirklich Herausragende. Alles kombiniert mit hoher Qualität und hoher Effizienz. Das muss man wirklich mal betonen.

Dr. rer. nat. Andreas Bett
Es gibt Hunderte komplexe Fragestellungen, sei es in der Zelle – wie ich sie produziere, wie ich sie aufbaue – oder im Wechselrichter, Hunderte von Detaildisziplinen, die bereits für sich genommen extrem komplex sind: All das haben wir zusammengeführt.

Dr. rer. nat. Klaus-Dieter Rasch
Ich hätte vielleicht noch eine Ergänzung dazu. Ich denke, das Wichtigste am Projekt sind die Auswirkungen auf die Industrie. Da schauen wir heute schon ein bisschen tiefer rein. Die Solarenergie dümpelte so vor sich hin und hatte immer Schwierigkeiten in Bezug auf die Wirtschaftlichkeit, weil man das Gefühl hatte, bei 20 Prozent Wirkungsgrad hört es auf. Das war der Status bis vor zehn Jahren. Wir haben jetzt innerhalb kürzester Zeit aufgezeigt, dass 40 Prozent möglich sind – dieser Wirkungsgrad ist heute Realität – und dass ein Weg bis zu 50 Prozent machbar ist. Diese Marke gibt dem Ganzen eine ganz neue Dynamik – auch das ist eine wesentliche Leistung des Teams.v

Lassen Sie uns noch ein wenig aus Ihrem persönlichen Leben erfahren: Wann wussten Sie, dass Sie beruflich in diese Richtung gehen wollten? Oder ganz einfach gefragt: Was wollten Sie denn als Kind werden?

Hansjörg Lerchenmüller
Ehrlich gesagt, erinnere ich mich gar nicht mehr daran, was ich als Kind werden wollte, aber durch den Spaß an Technik und Physik hat sich bei mir sehr schnell abgezeichnet, dass ich in einen technischen Beruf – Ingenieur, Physik – gehen würde. Das war für mich eigentlich gar keine Frage.

Dr. rer. nat. Klaus-Dieter Rasch
Dadurch, dass mein Vater bei der Eisenbahn war, hat sich das mit dem Lokomotivführer nicht ergeben, man differenziert sich ja da immer. Und weil er wollte, dass ich die Verwaltungslaufbahn in Richtung Bürgermeister einschlage, war schnell klar, dass das nichts für mich ist. Ausschlaggebend war der Unterricht in Mathematik und Physik und auch dann im Abitur der Physikerpreis und das Deutsche Museum, das hat mich wirklich geprägt. Ich habe mich dann für Physik entschieden, als Kombination aus anspruchsvoller Technik, das war eigentlich der Ausgangspunkt. Irgendwas mit Motoren wollte ich machen, weil wir in der Jugend Mopeds und Motorräder frisiert haben. Dann habe ich aber eine Bauchentscheidung getroffen und mich 1977 entgegen meiner Entscheidungsmatrix für das Gebiet der Metallforschung entschieden. Das war ganz lustig: Man sagte mir, dass man die Probleme schon gelöst habe und eigentlich nur noch einen promovierten Physiker brauche, der was nach außen darstellt. So fing es mal an. Aber die Probleme waren noch nicht gelöst, und sie sind es eigentlich heute auch noch nicht.

Dr. rer. nat. Andreas W. Bett
Dass Technik mich interessiert, liegt sicherlich stark an meinen Erfahrungen in der Schulzeit. Der Lehrer hatte durchaus eine prägende Rolle, ob man sich in Richtung Physik oder Chemie oder auch Mathematik entscheidet. Letztendlich haben sich bei mir Physik und Mathematik durchgesetzt, das Lehramt war am Anfang durchaus eine Option. Damals war die Situation aber so, dass man für das Lehramt schlechte Karten hatte, und ich habe gesagt, gut, dann studiere ich eben auch noch Diplomphysik und mache noch ein wenig Sport. Ich war relativ flexibel in der Uni-Zeit, doch irgendwann musste man sich entscheiden. Dann ist mir der Zufall zu Hilfe gekommen. Damals wusste ich nicht, dass es das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme in Freiburg gibt; das war seinerzeit auch noch sehr, sehr klein und auch kaum im Bewusstsein der Leute. Ich bin dann über einen Bekannten an die Diplomarbeit am Fraunhofer ISE gekommen und habe dort – wenn man so will – die Liebe zu den III-V-Zellen entdeckt. Schließlich habe ich in diesem Bereich promoviert und mich vom Lehramt verabschiedet, weil ich gesehen habe, dass es sinnvoll ist, in diesem Forschungsbereich zu arbeiten. Auch heute bin ich der Überzeugung, dass das Arbeiten für erneuerbare Energien ein guter Job ist.

Gab es in Ihrer Ausbildung Menschen, die Sie besonders beeindruckt haben, oder andere Vorbilder?

Dr. rer. nat. Andreas W. Bett
Ich glaube, die gibt es immer an bestimmten Stellen. Das war sicher mein Doktorvater, der einen in eine bestimmte Richtung geleitet, inspiriert und motiviert hat.

Dr. rer. nat. Klaus-Dieter Rasch
Ich bin die Sache eher vom Praktisch-Sachlichen angegangen. Da könnte man die eine oder andere Person nennen. Aber ich bin in diesem Bereich geblieben, weil man hier die Dimensionen sieht, dass man etwas tut, was auch für spätere Generationen hilfreich ist. Dieser Ansatz war sehr prägend für mich.

Hansjörg Lerchenmüller
Mit hat es immer Spaß gemacht, gemeinsam mit anderen Dinge umsetzen zu können, also etwas zu machen und zu sehen: Ich kann etwas bewirken! Vor allem gemeinsam können wir Dinge ändern und voranbringen. Ich selbst war ja neun Jahre am Fraunhofer-Institut und konnte da mit großem Freiheitsgrad neue Themen aufarbeiten, und das in einem Umfeld, das sich einem sinnvollen Thema verschrieben hat. Denn es ist eindeutig sinnvoll, die Energieversorgung weg von fossilen Brennstoffen hin zu erneuerbaren Energien zu bringen. Das muss einfach sein.

Sie haben jetzt schon fast die nächste Frage beantwortet: Was macht Ihren Beruf oder Ihr Arbeitsumfeld spannend, und warum sollte man sich dafür entscheiden?

Hansjörg Lerchenmüller
Im technischen Bereich ist es oftmals so, dass jede Generation glaubt, fertig zu sein. Das ist sehr typisch: Jetzt gibt es schon Mobiltelefone, oder es gibt schon Kraftwerke, die dieses und jenes machen, da gibt es eigentlich nichts mehr zu tun. Zehn oder 15 Jahre danach – das ist die Größenordnung, in der komplette Umbrüche passieren können – ist viel passiert. In 15 Jahren haben wir Solarzellen mit 55 Prozent Wirkungsgrad, wir werden Systeme mit 40 Prozent Gesamtwirkungsgrad im Feld haben, und dafür braucht es Tausende von kleinen Schritten, die es zu gehen gilt. Die Ringe der Linse haben einen bestimmten Winkel, das Material kann man verändern, die Solarzelle haben einen viel höheren Wirkungsgrad, die Wärmesenke ist komplett anders aufgebaut – es gibt immer Möglichkeiten, Dinge zu verändern. Es sind mal kleine Schritte, mal große und visionäre Schritte und mit vielen Schritten zusammen kann man große Veränderung bewirken. Das macht die Arbeit unglaublich spannend.

Dr. rer. nat. Klaus-Dieter Rasch
Da gibt es zwei Antworten: Ich habe die Silizium-Welten-Entwicklung mitgemacht und noch einmal später die Möglichkeit, das Solarenergiethema mit Galliumarsenid zu entwickeln. Das fand ich als Physiker einfach ganz toll. Ich habe umlernen müssen von Silizium auf Galliumarsenid; es war nicht von Anfang klar, welche neuen Möglichkeiten sich damit auftun. Das war und ist sehr spannend. Und durch diese Konstellation im Projekt und durch unseren Gesellschafter haben wir hohe Freiheitsgrade, sodass man aktiv daran arbeiten kann. Am Anfang der Entwicklung mit Silizium musste man kämpfen, jetzt ist das Thema gesellschaftlich anerkannt. Ich sehe es bei neuen Mitarbeitern, die als Facharbeiter, als Techniker oder von der Uni kommen: Wir brauchen eigentlich gar nicht mehr argumentieren, warum der Job gut ist. Andere Jobs werden wie sauer Bier angeboten, eine Identifikation ist bei uns dagegen überhaupt gar kein Problem. Der Wunsch der Jugendlichen, etwas Sinnvolles zu tun, ist da, und sie können sich sehr leicht damit identifizieren.

Sie, Herr Lerchenmüller, und Sie, Herr Dr. Rasch, sind ja nur noch marginal im wissenschaftlichen Betrieb tätig, Sie sind vom Wissenschaftler zum Manager geworden. Trauern Sie dem Wissenschaftler-Sein nach?

Hansjörg Lerchenmüller
Ganz tief in mir drin steckt immer noch das Interesse an Details. Als Manager muss man sich nicht mehr oft oder regelmäßig mit der Technik beschäftigen. Aber man muss immer mal wieder auch bis ins letzte Detail gehen, sonst kann man eine Entscheidung, die man zu treffen hat, nicht fällen. Insofern trauere ich dem reinen Wissenschaftler nicht wirklich nach. Ich würde trauern, wenn ich mit keinerlei technischen Fragestellungen mehr befasst wäre.

Dr. rer. nat. Klaus-Dieter Rasch
Vor einigen Jahren hat man mir einfach gesagt: Wir sparen uns den kaufmännischen Leiter ein, übernehmen Sie das mit. Das Kaufmännische ist durchaus spannend, Entscheidungen werden nicht allein durch die Technik getroffen, sondern in den Unternehmen dominieren immer die Zahlen, und deshalb muss man sich dem stellen. Aber es ist unser Vorteil als Techniker, dass man sich, wenn technische Fragen aufkommen, nicht wie ein Plastikmanager verhält, der statistisch entscheidet, sondern jemand, der auch etwas dazu beitragen kann. Wenn wir uns dann zusammensetzen, bin ich nicht Geschäftsführer, sondern jeder bringt seine technische Meinung ein, man entwickelt eine Strategie, dann stimmt man ab, und das ist es dann. Dann übernimmt man wieder die Funktion als Geschäftsführer – und muss die Zahlen sehen.

Herr Dr. Bett: Sie haben eine erhebliche Zahl an Doktoranden und Diplomanden genannt, die Sie betreuen. Das ist ja dann auch eher eine Managementaufgabe, oder?

Dr. rer. nat. Andreas W. Bett
Für mich persönlich ist es in der Tat eher eine Managementaufgabe geworden. Ich stehe heute nicht mehr im Labor, wie das früher der Fall war. Aber es ist schön zu sehen, was entstanden ist: Als ich als Gruppenleiter angefangen habe, gab es einen Doktoranden. Es war damals wegen der Finanzierung eine sehr schwierige Zeit. Heute ist diese Gruppe eine Abteilung mit 60 Leuten, die den Bereich von der Zelle bis zum Modul abdecken. Ich denke, das ist ein wesentlicher Teil meiner Aufgaben: am Anfang mehr wissenschaftlich-direkt, später dann immer mehr vom Management her dafür zu sorgen, dass man zum Ziel kommt. Der jetzige Abteilungsleiter war früher Doktorand bei mir.

Womit motivieren Sie sich und was bringt Sie so richtig in Rage?

Dr. rer. nat. Andreas W. Bett
Meine Motivation ist dadurch gegeben, dass man etwas entwickelt, das in eine Anwendung mündet. In Rage bringt mich eher, wenn die Dinge zu langsam vorwärtskommen.

Dr. rer. nat. Klaus-Dieter Rasch
Bei mir ist es ein wenig anders, ich bin noch ein oder zwei Jahre als Geschäftsführer tätig, und da geht es darum, gute Konditionen zu schaffen, damit es im Unternehmen und auch für die Mitarbeiter erfolgreich weitergeht. Das ist eine starke Motivation. Wir sind jetzt gerade im Transformationsprozess, den ich auch sehr aktiv, sehr früh zur Überraschung meines Gesellschafters vor zwei Jahren angefangen habe. Mich ärgert es, wenn man gute Positionen, die man bei dem Kunden hat, durch Nachlässigkeiten verliert. Man muss sich dann um das Fünffache anstrengen, damit man dieses Renommee wieder zurückbekommt; das gilt zum Beispiel bei Fragen der Qualität.

Hansjörg Lerchenmüller
An Motivation fehlt es nicht: Ein Unternehmen aus dem Forschungsinstitut auszugründen, aufzubauen und daraus eine funktionierende Firma mit 100 Leuten zu machen – die Mitarbeiter und Mitarbeiterinnen, die wir angestellt haben, sind alle mit großem Engagement dabei –, das ist unglaublich! Ein erfolgreiches Unternehmensumfeld aufbauen zu können, wo aber auch menschliche Werte viel zählen, das motiviert mich. Man muss natürlich Geld verdienen, aber das ist nicht alles, sondern es geht darum, gemeinsam etwas zu bewegen und zu sehen: Wir haben etwas geschafft! Wir haben eine Fabrik aufgebaut! Und produzieren jetzt! Das ist unglaublich motivierend.
Mich ärgert, wenn Leute nicht nachdenken und wenn Dinge nicht schnell genug fließen oder die Leute nicht verstehen wollen, nicht die Wahrheit sehen wie beim Klimawandel.

Was tun Sie gegen Stress, und was gibt es sonst noch in Ihrem Leben außer Solarzellen?

Dr. rer. nat. Andreas W. Bett
Das ist eine sehr schwierige Frage, denn es ist die Frage, wie man Stress definiert. Ich arbeite sehr viel, aber ich empfinde es nicht als Stress, weil es sehr viel Freude macht. Natürlich gibt es im Einzelfall mal Stress, wenn ein Projekt nicht so funktioniert, wie es sollte, aber dann muss ich eben auch mit Management-Tools eingreifen. Was es außerhalb der Arbeit gibt? Das ist tatsächlich immer weniger geworden, weil man sehr stark auf das Produkt und dessen Fortschritt fokussiert ist. Insofern ist es dann doch so, das muss man selbstkritisch eingestehen, dass man ein bisschen zu viel arbeitet. Ich treibe Sport, das ist mir sehr wichtig, ich habe ja mal Sport studiert. Das versuche ich auch in den freien Minuten oder auch im Urlaub umzusetzen: Skifahren, Fußball, Laufen, Wandern, alles in der Richtung.

Dr. rer. nat. Klaus-Dieter Rasch
Bei mir ist es ähnlich. Ich wandere gern, Skifahren ist noch besser, sodass man den nächsten Hügel noch gut schafft, das entspannt. Außerdem sind mir Reisen in fremde Länder wichtig. Deshalb gehört auch zu jeder Geschäftsreise ein kleiner Seitenblick in die lokale Kultur. Aber, das muss man ehrlich sagen, die Zeiten sind sehr reduziert.

Hansjörg Lerchenmüller
Ich fahre sehr gerne Fahrrad, dabei kann ich sehr gut abschalten. Stressvermeidung – ich glaube, das wesentliche Instrument ist, authentisch zu sein. Mit den Leuten, Mitarbeitern oder Geschäftspartnern gehe ich eigentlich so um, wie es in mir drin ist. Das entspannt mich enorm.