Der Ausbau der erneuerbaren Energien in Deutschland boomt. Für eine vollständige Energiewende reicht es aber noch nicht aus. Neue Konzepte für bestehende Technologien und Innovationen sind nötig, um die globale Energiewende zu ermöglichen. In Teil 1 unserer Serie stellen wir neue Ansätze zur Nutzung von Sonnenenergie vor.
Klimaveränderungen zeigen sich zunehmend in lokalen Wetterereignissen mit zum Teil extremen Ausprägungen: Waldbrände, Überschwemmungen, Dürren und Hitzerekorde erhöhen den Handlungsdruck auf die globale Politik. Vorrangiges Ziel ist die Reduktion der klimaschädlichen CO2-Emissionen durch eine Dekarbonisierung vieler Lebensbereiche.
Das klingt einfacher als es ist. Für eine erfolgreiche Transformation müssen Politik, Wissenschaft und Bevölkerung an einem Strang ziehen, denn die Zeit drängt. Die Suche nach geeigneten Standorten für Wind- und Solarenergie kann dabei zu einer echten Herausforderung werden. Hier helfen innovative Lösungen, die zum Beispiel bestehende Infrastrukturen mitnutzen.
Solarmodule kennen wir von Dächern von Einfamilienhäusern und Industriegebäuden, doch nicht jedes Dach ist für die schweren Module geeignet. Herkömmliche PV-Module wiegen je nach Größe und Leistung zwischen 18 und 40 Kilogramm. Um dieses Gewicht tragen zu können, ist eine gute Statik des tragenden Daches unerlässlich. Auch für den Transport und die Installation, die zum Teil mit Hebebühnen oder größeren Kränen erfolgen, ist das Gewicht ein relevanter Wert, der die CO2-Bilanz trübt.
Anders sieht es bei Solarfolien aus. Im Gegensatz zu herkömmlichen Modulen wird hier ein Halbleitermaterial auf eine leichte und flexible Trägerfolie aufgedampft. Das spart schon bei der Herstellung viel Energie und macht Rahmenkonstruktionen aus Leichtmetallen wie Aluminium überflüssig. Für die global gedachte Energiewende ist das nicht unwichtig, denn für einen weltweiten Umstieg auf Solarenergie würden die Vorkommen an Aluminium für herkömmliche Module nicht ausreichen. Auch Silizium, Blei und andere Schwermetalle werden für die ultraleichten Folien nicht mehr benötigt.
Die Vorteile der Solarfolien liegen aber nicht nur in der Herstellung, sondern auch in den vielfältigen Einsatzmöglichkeiten. Ihre Leichtigkeit und Biegsamkeit machen sie für neue Einsatzgebiete interessant: Leichtbaudächer, Gebäudefassaden und sogar die Oberflächen von Windkrafttürmen können mit der Folie beklebt werden.
Der Nachteil: Bisher ist die Stromausbeute deutlich geringer als bei herkömmlichen Solarzellen. Doch der Wirkungsgrad könnte sich durch weitere Forschung noch verbessern. Dafür sind die potenziell nutzbaren Flächen deutlich größer, was den geringeren Wirkungsgrad unter Umständen ausgleichen kann. Mit nur sieben bis neun Gramm CO2-Äquivalent pro Kilowattstunde schneidet die Folie schon heute deutlich besser ab als Solarmodule (rund 50 Gramm CO2e).
Einen deutlich höheren Wirkungsgrad könnten Solarfolien erreichen, wenn sie das Sonnenlicht nicht nur einseitig, sondern beidseitig in Strom umwandeln. Diese bifazialen Dünnschicht-Solarzellen könnten nach neueren Forschungsarbeiten bis zu 30 Prozent höhere Solarerträge auf gleicher Fläche ermöglichen.
Aus einer innovativen Idee muss nicht immer ein völlig neues Produkt entstehen, manchmal reicht auch eine neue Nutzungsform. Ein Radweg mit Solardach in Freiburg ist dafür in mehrfacher Hinsicht ein gutes Beispiel. Auf einer Strecke von 300 Metern wurde hier ein Dach aus 912 lichtdurchlässigen Photovoltaik-Modulen installiert, das die Radfahrer auch bei Regen trocken hält. Das macht nicht nur das Fahrrad als nachhaltige Mobilitätslösung attraktiver, sondern erzeugt auch rund 280 Megawattstunden Strom pro Jahr.
Damit könnten rund 200 Haushalte versorgt werden. Größter Abnehmer ist jedoch das in der Nachbarschaft ansässige Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE), das damit seine Labore mit Strom versorgen kann. Gleichzeitig wollen die Forscherinnen und Forscher des ISE die Daten der Teststrecke für die Weiterentwicklung solcher Anlagen auswerten.
Zur Anlage gehört auch ein modernes Beleuchtungskonzept. Es besteht aus einer permanenten Grundbeleuchtung, die den Komfort und die Sicherheit erhöht. In den dunklen Stunden des Tages sorgt zusätzlich ein intelligentes Lichtband für helles Licht, sobald Bewegungsmelder Personen registrieren. Unzureichend beleuchtete Fahrräder können so als Unfallursache auf der Strecke weitgehend ausgeschlossen werden.
Sonnenenergie steht uns nahezu unbegrenzt zur Verfügung. Das macht diese natürliche Ressource zu einem wichtigen Baustein der Energiewende. Bei der Stromerzeugung mit Solarzellen gibt es jedoch zwei miteinander verbundene Probleme: Zum einen lässt sich Strom bisher nur mit hohem Aufwand speichern, zum anderen produzieren Solarzellen nur dann Strom, wenn die Sonne ausreichend scheint. Wir brauchen aber auch in der dunklen Tageshälfte viel Strom, so dass Solarenergie allein nicht ausreicht.
Das könnte sich in Zukunft ändern, denn ein australisches Unternehmen hat eine Technologie entwickelt, die die Unterbrechung der Solarenergie während der dunklen Tageszeit umgeht. Mit einer „Solar-plus-Speicher-Anlage“ kombiniert RayGen Photovoltaik und Solarthermie in einem System: Der tagsüber erzeugte Strom wird ins Netz eingespeist, die gleichzeitig erzeugte Wärme in einen unterirdischen Wasserspeicher geleitet. Die so erzeugte Wassertemperatur reicht aus, um nach Sonnenuntergang eine Turbine anzutreiben, die wiederum Strom erzeugt.
Derzeit entsteht in Australien eine neue Anlage mit dieser Technologie, die eine Speicherkapazität von 3,6 GWh haben soll. Damit wäre sie eine der größten Speicheranlagen der Welt.
Text: Falk Hedemann
In Teil 2 unserer Serie zu Innovationen bei den erneuerbare Energien geht es um die Nutzung von Wind.
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