Trendthemen der Photovoltaik

Die Möglichkeiten der Stromerzeugung mit Solarenergie wer­den immer viel­fäl­ti­ger. Das geht inzwi­schen deut­lich über die bekann­ten Aufdachanlagen und Solarparks hin­aus. Durch tech­ni­sche Innovationen und damit ein­her­ge­hen­de Reduzierung der Kosten sind völ­lig neue Einsatzvarianten und Geschäftsmodelle mit Photovoltaik mög­lich. Mit die­sem Beitrag wol­len wir zei­gen wel­che inno­va­ti­ven Themen der Photovoltaik-Branche in 2020 Trend liegen.

1. Faltbare Solarmodule
2. Blaue Straßen — Autobahnen mit sola­rem Dach
3. Energieautarke Tiny Houses
4. Solarstrom direkt von der Straße
5. Solarfolie ermög­licht neue Orte der Stromerzeugung
6. Indoor-Photovoltaik für IoT Sensoren
7. Die All-in-One Solarblume
8. Blockchain im Handel mit Solarstrom
9. Höhere Wirkungsgrade durch Mehrfachsolarzellen
10. Moderne Kunst mit Solarmodulen
11. Organische Photovoltaikzellen auf fle­xi­blen Folie
12. StudentInnen-Wettbewerb Solar Decathlon für sola­res Bauen
13. Schwimmende Photovoltaik-Kraftwerke
14. PPA statt Förderung für große Photovoltaik-Kraftwerke
15. Photovoltaik und land­wirt­schaft­li­che Nutzung auf glei­cher Fläche möglich
16. Solarmodule für den Balkon
17. Entwicklung geht wei­ter und solarer Mieterstrom bleibt im Trend

1. Faltbare Solarmodule

Einfach in den Campervan sprin­gen, gemein­sam mit den Liebsten ans nächs­te Meer fah­ren und dort abseits der Zivilisation in Ruhe aus­span­nen. Ein Traum, den viele Menschen tei­len. Leider endet er oft schon bei den ers­ten Planungsschritten. Schnell merkt man: Ganz ohne Strom könn­te es etwas unge­müt­lich werden.
Selbst pro­du­zier­ter solarer Strom bie­tet hier­für eine her­vor­ra­gen­de Lösung. Er ist nach­hal­tig, kos­ten­los und stammt, anders als Autobatterien, aus einer uner­schöpf­li­chen Quelle. Doch die Installation auf einem Wohnwagen ist nicht nur sehr auf­wen­dig, son­dern auch kos­ten­in­ten­siv. So ent­schei­den sich Viele gegen die Photovoltaik.

Dem will ein neuer Trend nun ent­ge­gen­wir­ken: Faltbare Solarmodule wer­den nicht nur in der Tiny-House-Community immer belieb­ter. Sie kön­nen ohne gro­ßen Umbau ein­fach in den Kofferraum gepackt und über­all mit hin­ge­nom­men wer­den. Das Beste: Da die Module nir­gend­wo fest instal­liert wer­den, kön­nen sie immer per­fekt zur Sonne aus­ge­rich­tet wer­den. So ist ein idea­ler Ertrag stets garantiert!
Außerdem ist kein gro­ßer Umbau nötig. Anders als bei einer fest instal­lier­ten PV-Anlage müs­sen keine Löcher in das Fahrzeug gebohrt wer­den — so kann das Auto hin­ter­her wie­der ein­wand­frei ver­kauft wer­den. Durchschnittlich wie­gen die mobi­len Module zwi­schen 2,5 und 5 Kilogramm und sind so für jede Fahrklasse ver­tret­bar. Aufstellbare Solaranlagen bie­ten also eine echte Alternative, wenn es um nach­hal­ti­ge Autarkie geht.

2. Blaue Straßen — Autobahnen mit solarem Dach

Mit 12.993 Kilometern Strecke ist das deut­sche Autobahnnetz das viert­längs­te der Welt. Grund genug, sich dem sekun­dä­ren Nutzen die­ser gigan­ti­schen Flächen zu wid­men. Die öster­rei­chi­sche Forscher*innengruppe “Austrian Institute of Technology” unter­sucht der­zeit die Möglichkeit, soge­nann­te Solar-Carports über Autobahnen zu bauen. Für die Bedeckung wol­len die Forscher*innen licht­durch­läs­si­ge Module ver­wen­den. Diese sind zwar etwas weni­ger effi­zi­ent, gewähr­leis­ten aber, dass Autofahrer*innen künf­tig nicht im Dunklen fah­ren. Der Vorteil: Der Aufbau erfolgt auf bereits genutz­ter Fläche und ver­mei­det zusätz­li­che Versiegelung von Böden. Fünf Prozent des deut­schen Bodens sind mit Verkehrsfläche bedeckt. Dieser Anteil birgt enor­mes Potential zur zusätz­li­chen sola­ren Stromerzeugung.

Ganz unkom­pli­ziert ist die Umsetzung den­noch nicht. Die Module über der Autobahn kön­nen nicht immer ideal zur Sonne aus­ge­rich­tet wer­den. Damit ist der Ertrag der ein­zel­nen Module stark vom Standort abhän­gig. “Nicht alle Standorte sind ideal, man erzeugt aber auch an vie­len ver­gleichs­wei­se schlech­ten Abschnitten genü­gend Energie, damit sich die Anlage irgend­wann lohnt.” erklär­te der Forscher des Fraunhofer-Instituts für sola­re Energiesysteme, Heinrich, gegen­über Spiegel. Auf den 337 Quadratkilometern, die sich aus dem Autobahnnetz erge­ben, wür­den sich pro Jahr 41,5 Terawattstunden Strom erzeu­gen las­sen — damit ließe sich knapp ein Drittel des Bedarfs für pri­va­te Haushalte decken.

Nicht ganz abseh­bar sind bis­her die Kosten. Neben den Gerüsten und den Instandhaltungskosten müs­sen näm­lich auch noch die Nebenwirkungen beach­tet wer­den. So brau­chen Autobahnen den Regen und die dadurch ent­ste­hen­den Sprühfahnen der Autos um ihre Griffigkeit zu behal­ten. Überdachte Autobahnen brau­chen also regel­mä­ßi­ge Reinigung, um den Erhalt zu sichern. Auch das sind Kosten, die bei der Planung beach­tet wer­den müs­sen. Heinrichs Alternativvorschlag daher: Lärmschutzwände mit Solarmodulen ver­se­hen. Diese müs­sen ohne­hin gebaut wer­den und brau­chen keine zusätz­li­chen Stützen. Es bleibt also span­nend, wohin uns die Reise der ener­gie­er­zeu­gen­den Autobahn noch führt.

3. Energieautarke Tiny Houses

Wer kennt ihn nicht: Peter Lustig und sein wohl berühm­tes­tes Tiny House Deutschlands aus der Kindersendung “Löwenzahn.” Doch nicht nur sein belieb­ter Bauwagen führ­te dazu, dass sich immer mehr Menschen für ein Leben im klei­nen Stil ent­schei­den. Ursprünglich kos­ten­mo­ti­viert in den USA ent­stan­den, zieht die Bewegung mitt­ler­wei­le viele Menschen an, die sich aus Gründen der Nachhaltigkeit für ein Leben im Tiny House ent­schei­den. Energieautark und kli­ma­neu­tral leben — für viele ein Traum. Immer belieb­ter wird dabei die Integration einer Photovoltaikanlage.

Doch mit ein paar Solarmodulen auf dem Dach ist es mit dem ener­gie­aut­ar­ken Leben noch nicht getan.

Ob eine PV-Anlage den Energiebedarf eines Tiny Houses decken kann, hängt zum einen vom indi­vi­du­el­len Energieverbrauch ab. Hier gilt es, sich zu redu­zie­ren und auf mög­lichst ener­gie­ef­fi­zi­en­te Geräte wie LED-Lampen zurück­zu­grei­fen. Aber auch der Standort und die damit ver­bun­de­ne Sonneneinstrahlung, sowie die Größe der Anlage und die eige­nen finan­zi­el­len Mittel spie­len eine wich­ti­ge Rolle. Denn die Dachflächen von Tiny Houses sind kon­struk­ti­ons­be­dingt sehr klein, was die Möglichkeiten beim Bau schnell an ihre Grenzen bringt.

Darüber hin­aus ist ein Speicher not­wen­dig, der den nicht ver­brauch­ten Strom zwi­schen­spei­chert und damit an weni­ger son­ni­gen Tagen den Bedarf deckt. Diese brin­gen jedoch eini­ges an Gewicht auf die Wage. So wiegt eine 100-Amperestunden-Batterie mit­samt sei­nem Wechselrichter und dem rest­li­chen Zubehör schnell um die 35 Kilo. Bei einer maxi­ma­len Gesamtzulassung von 150 Kilo kann das zu erheb­li­chen Einschränkungen im Interior führen.

Viele Tiny-House-Besitzer*innen ent­schei­den sich daher für mobi­le Solarmodule, die sie fle­xi­bel in die Sonne legen können.

Wichtig ist auch, das eher ungüns­ti­ge Verhältnis von Raumvolumen zu Hüllfläche zu beach­ten. Der Flächenverbrauch liegt bei einem Tiny-House oft 10 mal so hoch, wie in einem Mehrfamilienhaus. Der Energiebedarf für Heizung und Warmwasser soll­te also min­des­tens genau­so viel Aufmerksamkeit erhal­ten. Ein ener­gie­aut­ar­kes Tiny House bedarf also einer Menge gründ­li­cher Planung. Diese ist es jedoch wert. Denn wie Studierende des 3. Semesters Umwelttechnik und Ressourcenmanagement an der HTWG Konstanz erst kürz­lich fest­stell­ten: Vollständig ener­gie­aut­ar­kes Leben auf nur 15m² ist möglich.

4. Solarstrom direkt von der Straße

Wer sich mit der Photovoltaik aus­ein­an­der­setzt, kennt die Schwierigkeiten, die mit der Suche nach einer geeig­ne­ten Fläche ver­bun­den sein kön­nen. Größe, Ausrichtung und Winkel kön­nen den Ertrag schnell unren­ta­bel min­dern. Hierfür wurde nun eine beson­ders inno­va­ti­ve Idee ent­wi­ckelt: Das Berliner Start-Up Solmove bebaut Straßen und Radwege mit Photovoltaik-Anlagen und erschließt sich damit rie­si­ge, bis­her gänz­lich unge­nutz­ten Flächen. Kombiniert wird dabei klas­si­sche Photovoltaik mit einer robus­ten, rutsch­fes­ten Glasoberfläche, die so auf hori­zon­ta­len Flächen ver­klebt wer­den kann. Verlegt wer­den die ein­zel­nen Module über ein Stecksystem.

Im ver­gan­ge­nen Frühjahr schloss das Start-Up einen Vertrag mit der Stadt Erftstadt ab und bebau­te einen 95 Meter lan­gen Radweg mit ent­spre­chen­den Solarmodulen. Dieser ging jedoch kurz dar­auf in Flammen auf. Erftstadt kün­dig­te dar­auf­hin den Vertrag und die Solarmodule wur­den wie­der abge­baut. Der Skandal traf das Unternehmen ver­hält­nis­mä­ßig stark. Aktuell läuft eine Crowdfunding-Kampagne, wel­che die Entwicklung ihres Konzeptes vor­an­trei­ben soll.

5. Solarfolie ermöglicht neue Orte der Stromerzeugung

Solarfolien sind hauch­dün­ne und beson­ders viel­sei­ti­ge Solarmodule. Sie bestehen aus einer weni­ge Mikrometer star­ken Schicht aus Solarzellen, die sich auf einem fle­xi­blen Trägermaterial befin­den. Die leis­tungs­fä­higs­ten Folien sind um die 0,4 Millimeter dick und kom­men mit einer Herstellergarantie von bis zu 20 Jahren. In Puncto Stromausbeute erzie­len Solarfolien einen Wirkungsgrad von 5 bis 10 Prozent. Laborwerte kom­men sogar auf bis zu 20 Prozent, was dem Wirkungsgrad von kris­tal­li­nen PV-Modulen ent­spricht. Solarfolien sind in der Herstellung mate­ri­al­scho­nen­der und güns­ti­ger, sodass der Preis pro erziel­tem Watt bei ca. zwei Dritteln des Glasmodulwerts liegt.

Im Gegensatz zu den Glasmodulen ist die Solarfolie außer­dem leicht im Transport, schnell mon­tiert und vor allem fle­xi­bel ein­setz­bar. So sind viel­fäl­ti­ge Montageorte an Gebäudeteilen mög­lich, wo sich Glasmodule nicht rea­li­sie­ren las­sen. Durch diese Technik kön­nen nicht mehr nur Dächer, son­dern auch viele ande­re, von der Sonne beschie­nen Teile, Strom pro­du­zie­ren. Die Solarfolie ist in unter­schied­li­chen Farben erhält­lich und mit trans­pa­ren­ten Modellen las­sen sich ganze Fensterfronten ver­klei­den, wodurch sie ihre noch gerin­ge­re Effizienz wett macht.

Mögliche Installationsorte für die Solarfolie sind u.a.

• Fenster
• Glasfronten
• Fassaden
• Sonnenschutzdächer
• Dächer mit gerin­ger Tragkraft
• Unregelmäßige Oberflächen
• Fahrzeugdächer

Die Solarfolie ist somit eine Technologie, die es ermög­licht, wei­te­re Potenziale für sau­be­ren Strom aus Photovoltaik zu eröff­nen und so die sola­re Gesamtstromproduktion zu steigern.

6. Indoor-Photovoltaik für IoT Sensoren

Als Internet of Things (IoT, dt. Internet der Dinge) bezeich­net man ein Netzwerk von über das Internet ver­bun­de­nen Objekten, das mit der Hilfe ein­ge­bau­ter Sensoren Daten sam­meln und tau­schen kann. Die Schnittstelle zwi­schen Nutzer*innen und den zahl­rei­chen Objekten im IoT sind MEMS-Sensoren (mikro­elek­tro­me­cha­ni­sche Systeme). Indem die kom­ple­xe Umgebung um die Verbraucher*in herum ver­netzt wird, gewinnt diese einen Nutzen.

IoT Sensoren sind stän­dig ein­ge­schal­tet, um auf sinn­vol­le Informationen zu war­ten, und ent­schei­den dabei selbst, wel­che Daten in die Cloud über­tra­gen wer­den. Hier hilft die inte­grier­te Verarbeitungsfunktion dem Sensor zu ent­schei­den, wel­che Daten über­flüs­sig sind und ver­wor­fen wer­den kön­nen. So ist ein spar­sa­mer Umgang mit Systemressourcen gesi­chert. Im Gegensatz zu Offline-Systemen besteht bei Nutzung des IoT jedoch Gefahr durch Hackerangriffe.

Da die Sensoren immer ein­ge­schal­tet sind, benö­ti­gen sie eine dau­er­haf­te Stromversorgung. Aus die­sem Grund hat das schwe­di­sche Unternehmen Epishine eine Technologie ent­wi­ckelt, bei der Strom aus Lichtquellen inner­halb des Hauses erzeugt wer­den kann. Die soge­nann­ten klei­nen Solarzellen kön­nen auch bei wid­ri­gen Verhältnissen ab 10 Lux Licht auf­neh­men. Die gewon­ne­ne Energie wird dann ver­wen­det, um IoT Sensoren zu ver­sor­gen. Statt auf Batterien, setzt die­ses System auf einen leis­tungs­fä­hi­gen elek­tro­che­mi­schen Superkondensator, wel­cher schnell ge- und ent­la­den wer­den kann. Durch diese Technologie wer­den kli­ma­schäd­li­che Batterien ver­mie­den und Strom kann effek­ti­ver genutzt wer­den, was zu einer Kostenreduktion für die Nutzer*innen führt. Die Technologie ver­mei­det auch einen auf­wän­di­gen Tausch von Batterien für eine Stromversorgung der Sensoren.

7. Die All-in-One Solarblume

Sonnenblumen und ihre Strategie zur opti­ma­len Umwandlung von Sonnenstrahlen in Energie, dien­ten als Inspiration, eine mecha­ni­sche Blume mit pho­to­vol­ta­ik­be­setz­ten Blättern zu entwickeln.

Die Smartflower™ vor der FH Kufstein, Quelle: SmartFlower Solar GmbH

Wie eine natür­li­che Blume ent­fal­tet sie sich am Morgen bei Sonnenaufgang und rich­tet ihre 18 m² große Solarfläche im 90° Winkel nach der Sonne aus. Zwei Achsen ermög­li­chen der Solarblume ihre Fächer dem täg­li­chen Verlauf der Sonne zu fol­gen und somit län­ger als fest instal­lier­te PV-Anlagen Strom zu pro­du­zie­ren. Laut Hersteller ist sie dadurch bis zu 40 Prozent effi­zi­en­ter als her­kömm­li­che PV-Anlagen. Außerdem rei­nigt sie sich bei jedem Öffnen und Schließen durch ange­brach­te Bürsten selbst und redu­ziert dadurch den Aufwand ihrer Instandhaltung. Bald wer­den auch Versionen mit inte­grier­tem Speicher und Lademöglichkeit für E‑Autos erhält­lich sein.

Die für ihren Betrieb benö­tig­te Energie wird von der Solarblume durch ihre, im Vergleich mit her­kömm­li­chen PV-Anlagen deut­lich höhe­re Leistung, mehr als kom­pen­siert. Jedoch birgt kom­ple­xe­re Technik immer auch mehr Risiken für Störungen. Außerdem benö­tigt die Solarblume eine unver­schat­te­te Freifläche von 25 m², und ist somit keine Lösung, um auch dicht besie­del­te Gebiete mit Solarstrom zu versorgen.

Dennoch sind ihre Ästhetik und Effizienz Argumente für die Solarblume. Sie ist schön anzu­se­hen und erregt mit ihrer Präsenz Aufmerksamkeit. So kön­nen Solarblumen-BesitzerInnen ein sicht­ba­res Statement für den Klimaschutz set­zen und begeis­tern gleich­zei­tig für die Nutzung von Photovoltaik.

8. Blockchain im Handel mit Solarstrom

Blockchain ist ein dezen­tra­les System, das Möglichkeiten eröff­net, zu rela­tiv gerin­gen Kosten Transaktionen fäl­schungs­si­cher zu veri­fi­zie­ren und finan­zi­ell abzu­wi­ckeln. Vereinfacht han­delt es sich um eine Datenbank mit einer belie­bi­gen Anzahl von Datensätzen (“blocks”), die mit­ein­an­der ver­schlüs­selt-ver­ket­tet (“chain”) sind. So lohnt es sich auch klei­ne Mengen zu han­deln, was für den sich im Laufe der Energiewende wei­ter dezen­tra­li­sie­ren­den Markt nötig ist.

Kritiker bemän­geln jedoch die gerin­ge Effizienz der lan­gen Datenketten, obgleich eine Energie-Blockchain pri­vat ist und somit nur eine gerin­ge Anzahl von Rechnern betei­ligt ist.

Des Weiteren ist die Versorgungssicherheit ein offe­nes Problem: Wenn eine Transaktion nicht sofort in einen Block auf­ge­nom­men und veri­fi­ziert wird, sind Versorgungsprobleme zu befürch­ten. Ebenso ist das Volumen der veri­fi­zier­ba­ren Transaktionen begrenzt: Würde man alle Zählpunkte mit der Blockchain ver­bin­den, wür­den so viele Transaktionen anfal­len, dass man die Vorteile der Blockchain in Bezug auf Schnelligkeit nicht aus­schöp­fen könnte.

Ein Beispiel der erfolg­rei­chen Anwendung von Blockchain ist das Schweizer Projekt Quartierstrom. In die­sem Testprojekt haben sich 37 Haushalte mit Photovoltaikanlagen zusam­men­ge­schlos­sen, um ihren selbst pro­du­zier­ten Solarstrom unter­ein­an­der zu han­deln, und so opti­mal zu nut­zen. Jeder Haushalt erhielt hier­für ein erwei­ter­tes Smart Meter, wel­ches Stromverbrauch und ‑pro­duk­ti­on misst und als Schnittstelle zur Blockchain agiert. Per App schlie­ßen die Nutzer Smart Contracts ab, in wel­chen sie den mini­ma­len Verkaufspreis ihres Solarstroms und den maxi­ma­len Einkaufspreis für Solarstrom des Nachbarns, selbst fest­le­gen kön­nen. Ultimativ konn­te durch Blockchain 27 Prozent mehr Solarstrom lokal genutzt wer­den. Der Stromverbrauch der Rechner für die Blockchain lag bei 4 Prozent des gesam­ten lokal gehan­del­ten Stroms. Ein Nachfolgeprojekt läuft bereits, ins­be­son­de­re um ein wett­be­werbs­fä­hi­ges Geschäftsmodell für loka­le Strommärkte zu entwickeln.

Blockchain hat das Potenzial, unser Energiesystem durch eine dezen­tra­le­re und klein­tei­li­ge­re Versorgung zu revo­lu­tio­nie­ren. Es blei­ben jedoch offe­ne Fragen, ins­be­son­de­re zur Skalierbarkeit von Pilotprojekten.

9. Höhere Wirkungsgrade durch Mehrfachsolarzellen

Bisher ist es üblich Solarmodule ein­zu­set­zen, die aus einer ein­zel­nen Schicht von Solarzellen bestehen. Ihr Wirkungsgrad ist jedoch phy­si­ka­lisch begrenzt. Durch die Nutzung meh­re­rer über­ein­an­der lie­gen­den Schichten kön­nen künf­tig höhe­re Wirkungsgrade erzielt wer­den. Denn in der Forschung sind Mehrfachsolarzellen schon seit län­ge­rer Zeit ein gro­ßes Thema. Die Mehrfachsolarzellen bestehen aus über­ein­an­der ange­ord­ne­ten Lagen von Solarzellen, bei zwei Lagen spricht man von Tandemsolarzellen.

Die obere Solarzelle absor­biert auf­tref­fen­des Licht mit einer kur­zen Wellenlänge und lässt Licht mit einer grö­ße­ren Wellenlänge durch. Auf der unte­ren Solarzelle wird dann das lang­wel­li­ge Licht absor­biert und in elek­tri­sche Energie umge­wan­delt. Verwendet man drei oder vier Schichten über­ein­an­der, sind Wirkungsgrade von weit über 30 Prozent mög­lich. Im Labor konn­ten ForscherInnen des Fraunhofer ISE für mono­li­thi­sche Mehrfachsolarzellen einen Wirkungsgrad von 34,1 Prozent erzie­len. ForscherInnen des US-Energieministeriums konn­ten mit einer sechs­fa­chen Solarzelle einen Wirkungsgrad von 39,2 Prozent errei­chen, unter kon­zen­trier­ter Bestrahlung sogar 47,1 Prozent.

Dreifachsolarzellen aus III-V-Halbleitern und Silicium haben das Potenzial,
die Photovoltaik auf ein neues Effizienzniveau zu heben. Foto: Fraunhofer ISE

Für einen groß­flä­chi­gen Einsatz die­ser Technologie auf Dachflächen sind die Kosten der­zeit noch zu hoch. Die ForscherInnen arbei­ten momen­tan an Prozessen für eine kos­ten­güns­ti­ge­re Herstellung. Denkbar ist aber auch eine Verwendung der effi­zi­en­ten Technologie in ande­ren Gebieten, wie z.B. für die Integration im Dach von Elektrofahrzeugen.

10. Moderne Kunst mit Solarmodulen

Solarenergie ist mehr als nur die ana­ly­ti­sche Betrachtung von tech­ni­schen Leistungsdaten. Schließlich sol­len die Module künf­tig über­all ver­baut wer­den und damit an allen Orten sicht­bar sein. Damit ent­ste­hen auch neue Wege zur Nutzung der Module, um z.B. die Akzeptanz zu steigern.

Eine Möglichkeit hat das Schweizer Forschungsinstitut CSEM ent­wi­ckelt. Sie bedru­cken Solarmodule mit hoch­auf­lö­sen­den Fotos und kön­nen damit strom­erzeu­gen­de Kunstwerke her­stel­len. Diese haben sie erst­mals für eine Ausstellung der Banque Cantonale Neuchâteloise pro­du­ziert. Mit der Technologie ent­ste­hen neue Möglichkeiten zur Integration von Solarmodulen in die Architektur, bei denen die Gestaltung im Vordergrund steht.

Druck eines Fotos auf einer dün­nen Folie zur Integration in das Solarmodul, Quelle: CSEM

Einen ande­ren Weg Solarmodule und moder­ne Kunst zu ver­bin­den geht die “Solar Panel Art Series”. Seit 2016 gestal­ten KünstlerInnen aus­ge­dien­te Solarmodule für Ausstellungen welt­weit. Die ein­zel­nen Werke wer­den in Auktionen ver­stei­gert und der erziel­te Erlös kommt der Little Sun Foundation zugu­te. Diese küm­mert sich um Bildungsprojekte im glo­ba­len Süden und in Krisenregionen, indem sie mit Solarenergie erzeug­tes Licht zu den Menschen bringt, die es am meis­ten brau­chen. Damit schafft es die “Solar Panel Art Series” eine Brücke zu bauen zwi­schen Technologie, Kunst und sozia­lem Bewusstsein.

11. Organische Photovoltaikzellen auf flexiblen Folien

Eine völ­lig ande­re Technik als die klas­si­schen Solarzellen, die auf Silizium basie­ren, sind die orga­ni­sche Photovoltaikzellen. Das Funktionsprinzip die­ser Technologie ist ähn­lich wie bei kris­tal­li­nen Zellen, das Material und die Herstellung sind jedoch völ­lig unter­schied­lich. Bei der orga­ni­schen Photovoltaik kom­men orga­ni­sche Moleküle, also Kohlenwasserstoff-Verbindungen zum Einsatz. Diese sind so dünn, dass sie auf fle­xi­ble Folien auf­ge­druckt wer­den kön­nen, wodurch nur noch ein sehr gerin­ger Materialeinsatz not­wen­dig ist. In Verbindung mit ein­fa­che­ren Produktionsprozessen ist eine Herstellung mit gerin­ge­ren Kosten mög­lich. Allerdings ist der Wirkungsgrad in der orga­ni­schen Photovoltaik mit ca. 10 Prozent noch deut­lich gerin­ger als bei klas­si­schen Solarmodulen, die einen Wirkungsgrad von rund 20 Prozent haben. Auch die Lebensdauer von orga­ni­schen Solarmodule ist gerin­ger als von kris­tal­li­nen Modulen.

Für die fle­xi­blen orga­ni­schen Solarzellen erschlie­ßen sich aller­dings völ­lig neue Anwendungsmöglichkeiten, wie der Einsatz an Fassaden, Bauteilen oder in Textilien. Die Folien kön­nen auf ver­schie­de­ne Materialien geklebt wer­den, wie auf ein Autodach oder eine Jacke, um z.B. unter­wegs Strom gewin­nen zu können.

Eine wei­te­re Anwendung der orga­ni­schen Photovoltaik ist die Stromversorgung für Sensoren im Internet der Dinge (IoT). Die Sensoren benö­ti­gen nur wenig Strom, der sich auch in Innenräumen mit Solarzellen der orga­ni­schen Photovoltaik erzeu­gen lässt. Für die Solarzellen reicht bereits eine gerin­ge Beleuchtungsstärke aus. Damit arbei­ten diese Sensoren aut­ark und benö­ti­gen keine Batterien mit umwelt­schäd­li­chen Materialien, die regel­mä­ßig gewech­selt wer­den müssen.

12. StudentInnen-Wettbewerb Solar Decathlon für solares Bauen

Bereits seit 2002 gibt es den Wettbewerb Solar Decathlon, bei dem inter­dis­zi­pli­nä­re stu­den­ti­sche Teams ener­gie­aut­ar­ke Gebäude ent­wer­fen und bauen. Ihre Ideen kon­kur­rie­ren in zehn Disziplinen in einem sola­ren Zehnkampf (Decathlon) mit­ein­an­der. Die Idee des Wettbewerbs hat ihren Ursprung in den USA, mit einer Auslobung durch das US-Energieministerium und fin­det seit 2005 alle zwei Jahre statt. Es geht darum die Verantwortung für Energieeffizienz, die Schonung der natür­li­chen Ressourcen und die Verbreitung von Wissen und Kompetenz im Bereich nach­hal­ti­ger Architektur zu fördern.

In 2007 und 2009 gewann jeweils ein Team der TU Darmstadt den Wettbewerb. Die Jury war 2007 ins­be­son­de­re begeis­tert von der Integration der Photovoltaik-Anlage und der Energiebilanz des Gebäudes. 2009 konn­ten sie mit einem Plusenergie-Haus mit Solarmodulen auf allen Oberflächen der Fassade überzeugen.

Teilnehmer und Häuser des Solar Decathlon Europe 2014, Foto: Solar Decathlon Europe

Seit 2010 gibt es auch einen Solar Decathlon Wettbewerb in Europa, der in euro­päi­schen Orten aus­ge­tra­gen wird. Wie in den USA pla­nen die Studierenden die Gebäude und bauen sie am Wettbewerbsort voll­stän­dig auf. Eine inter­na­tio­nal besetz­te Jury bewer­tet die Gebäude und über­prüft durch Messungen ihre Leistungsfähigkeit. Bei der drit­ten Austragung 2014 in Paris erreich­te ein Team der TU Berlin mit ihrem Projekt “Rooftop” den vier­ten Platz. Dieser Entwurf einer Aufdachwohnung lässt sich auf Dachflächen bestehen­der Gebäude rea­li­sie­ren, ver­sorgt sich selbst mit Energie und erzeugt so viel Strom, dass ein Teil des Energiebedarfs der dar­un­ter lie­gen­den Wohnungen gedeckt wer­den kann.

2021 fin­det die fünf­te Ausgabe des Solar Decathlon Europa in Wuppertal mit 18 Teams aus elf Ländern statt. Die beson­de­re Herausforderung wird für die Teams sein, Lösungen für Energiewende und Klimaschutz in städ­ti­schen Quartieren zu finden.

13. Schwimmende Photovoltaik-Kraftwerke

Nachdem zu Beginn des Jahres 2019 die ers­ten schwim­men­den Photovoltaik-Anlagen aus China zu sehen waren, wur­den anschlie­ßend die ers­ten Anlagen in Deutschland gebaut. Ihr gro­ßer Vorteil ist die gerin­ge Verschattung und die gleich­zei­ti­ge Kühlung durch das Wasser. Durch die schwim­men­de Unterkonstruktion ste­hen den höhe­ren Erträgen aller­dings auch höhe­re Kosten gegen­über. Mögliche Standorte für die Floating-PV sind ins­be­son­de­re still­ge­leg­te Baggerseen und Tagebauflächen. Damit erhal­ten diese Flächen eine neue sinn­vol­le Nutzung für die kli­ma­freund­li­che Energieerzeugung.

Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE schätzt das wirt­schaft­lich nutz­ba­re Potenzial für PV-Anlagen auf Braunkohle-Tagebauseen in Deutschland auf 2,74 GWp — das tech­ni­sche Potential wird auf 56 GWp geschätzt. Ein wei­te­rer Vorteil die­ser Anlagen liegt darin, dass die not­wen­di­ge Infrastruktur, wie Stromleitungen, Zähler und Verteiler, bereits vor­han­den ist. Hinzu kommt, dass diese Flächen nicht ander­wei­tig genutzt wer­den kön­nen, wie bei Baggerseen.

14. PPA statt Förderung für große Photovoltaik-Kraftwerke

Für PV-Aufdachanlagen spielt die Förderung nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz noch eine bedeu­ten­de Rolle. Bei gro­ßen Freiflächenanlagen sind die Preise jedoch mitt­ler­wei­le so weit gesun­ken, dass es in Deutschland bereits erste Solarkraftwerke ohne Förderung gibt. Bei die­sen Kraftwerken schlie­ßen Projektentwicklung bzw. InvestorInnen mit gro­ßen Stromabnehmern Lieferverträge über einen lan­gen Zeitraum ab; soge­nann­te Power-Purchase-Agreements (PPA).

Für die ProjektentwicklerInnen sind diese Stromlieferverträge ein neuer Weg der Stromvermarktung außer­halb des gesetz­li­chen Förderrahmens. Auf der ande­ren Seite haben die AbnehmerInnen des Stroms einen siche­ren Strompreis für einen lan­gen Zeitraum und schüt­zen sich damit vor einem Anstieg der Strompreise. Zudem haben sie einen siche­ren Herkunftsnachweis für den Strom, im Gegensatz zum EEG geför­der­ten Strom, der über die Strombörse ver­kauft wird.

15. Photovoltaik und landwirtschaftliche Nutzung auf gleicher Fläche möglich

Photovoltaik-Freiflächenanlagen wird häu­fig vor­ge­wor­fen in Konkurrenz zur land­wirt­schaft­li­chen Nutzung zu ste­hen. Seit eini­ger Zeit las­sen sich Landwirtschaft und Stromerzeugung auf der­sel­ben Fläche aber auch kom­bi­nie­ren. In einem Forschungsprojekt des Fraunhofer-Institutes für Solare Energiesysteme zur Agrophotovoltaik wur­den z.B. die PV-Module so ange­bracht, dass die Fläche dar­un­ter wei­ter nutz­bar und von land­wirt­schaft­li­chen Maschinen befahr­bar ist.

Grafik: Landnutzungseffizienz der Agrophotovoltaik, Quelle: Fraunhofer ISE

Die Landnutzung konn­te um ganze 60 Prozent gestei­gert wer­den, wobei der land­wirt­schaft­li­che Ertrag mar­gi­nal gerin­ger aus­ge­fal­len ist. Der Abstand der Modulreihen war grö­ßer als üblich damit die Nutzpflanzen genü­gend Sonnenstrahlen erhal­ten. Durch die Nutzung von soge­nann­ten bifa­zia­len Solarmodulen konn­te der sola­re Ertrag im Vergleich zu ande­ren Modultypen erhöht wer­den. Bei die­sen Modulen sind die Solarzellen auf der Vorder- und Rückseite ange­bracht, so kön­nen sie zusätz­lich die reflek­tier­te Strahlung nutzen.

Ein ande­res Konzept der Agrophotovoltaik arbei­tet eben­falls mit bifa­zia­len Solarmodulen. Diese wer­den jedoch senk­recht in Ost-West-Richtung ange­ord­net. Durch die senk­rech­te Montage erzeu­gen diese Module über­wie­gend am Morgen und Abend Strom, im Gegensatz zur Süd-Ausrichtung mit einer Mittagsspitze. Zwischen den Modulreihen ist für unter­schied­li­che Arten der land­wirt­schaft­li­chen Nutzung aus­rei­chend Platz vorhanden.

16. Solarmodule für den Balkon

Viele Menschen wol­len ihren Strom selbst mit Solarenergie erzeu­gen und unab­hän­gi­ger von Energieversorgern wer­den. Für MieterInnen in Wohngebäuden ohne Mieterstrom-Angebot gibt es bei­spiels­wei­se die Möglichkeit ein­zel­ne Solarmodule am Balkongeländer anzubringen.

Für die­sen Zweck sind spe­zi­el­le Solarmodule mit inte­grier­tem Wechselrichter und Stecker erhält­lich. Dieser Stecker wird in die Steckdose gesetzt, wie bei ande­ren elek­tri­schen Geräten. Der erzeug­te Strom darf nur für den Eigenbedarf genutzt wer­den, nicht aber für die Einspeisung ins Stromnetz. Konkret heißt das: der Strom fließt vom Solarmodul über den Wechselrichter in die Steckdose am Balkon und von dort zu den Verbrauchsgeräten im Haus, wie Kühlschrank und Waschmaschine.

Hilfreiche Informationen gibt es bei der Verbraucherzentrale NRW und beim DGS-Portal für steck­ba­re Solartechnik.

17. Entwicklung geht weiter und solarer Mieterstrom bleibt im Trend

Diese Beispiele zei­gen, dass die Entwicklung der Photovoltaik wei­ter geht. Fortschritte in Technologie und Wirtschaftlichkeit ermög­li­chen zahl­rei­che neue Einsatzgebiete für die sola­re Stromerzeugung. So lässt sich die Liste der Trend-Themen in der Photovoltaik mit wei­te­ren Beispielen lange fort­set­zen. Dabei bleibt solarer Mieterstrom wei­ter­hin im Trend, als sinn­vol­le Möglichkeit die Energiewende in Städte und Kommunen zu brin­gen, sowie um MieterInnen von hohen Stromkosten zu entlasten.