# taz.de -- Grüne Energie: Volle Solarkraft voraus | |
> Bei Photovoltaik denken wir an blauschimmernde Solarpanele auf Dächern, | |
> dabei geht auf dem Solarmarkt mehr. Vier revolutionäre Technologien. | |
Bild: Solarfolie: superdünn, ultraleicht und biegsam | |
In den 2000er Jahren war jedes vierte Solarmodul weltweit „made in | |
Germany“. Dann wurden unter Angela Merkel die Förderungen massiv gekürzt | |
und der deutsche Anteil fiel unter die Einprozentmarke. Jetzt gibt es | |
wieder Hoffnung, denn neue Technologien könnten den Solarmarkt | |
revolutionieren. | |
## Die Solarfolie | |
Die Zukunft wird in einem grauen Produktionsgebäude gemacht. In | |
Dresden-Mickten fertigt die Firma Heliatek organische Solarzellen. Es gibt | |
auf der Welt zu wenig Metalle wie Aluminium, um das solare Zeitalter | |
durchzusetzen, deshalb müssen andere Materialien her, die Sonnenenergie in | |
Strom umwandeln. „Wir nutzen spezielle Kohlenstoffverbindungen, die wir auf | |
Folien aufdampfen“, erklärt Stephan Kube, Marketingchef des Unternehmens. | |
„Organisch“ werden die Zellen genannt, weil sie auf Prinzipien der | |
organischen Chemie beruhen. Streng genommen produziert Heliatek auch gar | |
keine Solarzellen sondern Solarfolien: superdünn, biegsam und ultraleicht. | |
Für die Solarbranche sind diese neuen Eigenschaften nicht nur spektakulär, | |
sondern auch materialsparend: „Im Vergleich zu den herkömmlichen | |
Solarzellen sind die organischen tausendmal dünner“, sagt Birger Zimmermann | |
vom Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg. Die | |
klassischen blauen Zellen, aus denen die rund 2,7 Millionen | |
[1][Photovoltaikanlagen in Deutschland] bestehen, sind in der Regel aus | |
Silizium. Und sie kommen heute aus China, eine Abhängigkeit, die niemand | |
mehr so recht haben möchte. Die neuen Solarfolien kommen ohne Silizium, | |
Aluminium, Blei und andere Schwermetalle aus, Rohstoffe, die irgendwo auf | |
der Welt abgebaut werden müssen, oft unter fragwürdigen Bedingungen. „Die | |
Farbe variiert je nach den eingesetzten Kohlenstoffverbindungen“, sagt | |
Stephan Kube. Aktuell schimmern die Folien aus Dresden violett. | |
Zwölf Jahre lang hat das sächsische Unternehmen an der neuen Technologie | |
geforscht – jetzt steht eine Produktionsstrecke in dem Micktener Gebäude, | |
die zwei Millionen Quadratmeter im Jahr herstellen kann – eine Fläche, mit | |
der 280 Fußballfelder bedeckt werden könnten. „Noch aber geht es bei uns | |
nicht um Masse, sondern um die Produktoptimierung“, sagt Kube. Mit 60 bis | |
65 Watt pro Quadratmeter ist die Stromausbeute derzeit noch wesentlich | |
geringer als bei den Siliziumzellen, „das entspricht einem Wirkungsgrad von | |
um die neun Prozent“. Moderne Siliziumzellen bringen es derzeit noch auf | |
mehr als doppelt so viel. | |
Ein großer Vorteil der Folie: Während normale Solarmodule als feste | |
Glasplatten auf Häuser- und Firmendächern angebracht werden müssen, lässt | |
sich die Solarfolie einfach ankleben, auf ihrer Rückseite ist ein Klebstoff | |
angebracht. Das macht sie sehr vielseitig einsetzbar. [2][In Spanien] hat | |
Heliatek den Turm eines Windrades beklebt, in Frankreich das Leichtbaudach | |
einer Mittelschule, in Donauwörth die Fassade eines Getreidesilos, in | |
Berlin die Waben einer Traglufthalle. Das Standardformat der organischen | |
Zelle liegt bei zwei Metern Länge und 43 Zentimetern Breite und das | |
Ankleben sei so leicht, dass es jeder könne, behauptet Stephan Kube. | |
Am Anfang der Produktionsstrecke steht eine Lasermaschine, groß wie ein | |
Schiffscontainer, in die zwei Kilometer lange Kunststofffolien eingespannt | |
werden. „Wir lasern damit die Zellstruktur auf – drei Nanometer dünn“, | |
erklärt der Marketingchef. Danach geht die Folie in eine | |
Verdampfungsmaschine, die so groß wie ein Mehrfamilienhaus ist. Hier werden | |
drei verschiedene Absorberschichten aufgetragen, um unterschiedliche | |
Wellenlängen des Sonnenlichts in Strom umzuwandeln – das Herzstück der | |
Produktion. Der nächste Schritt ist die „Verkapselung“: Eine Maschine | |
verschließt die bedampften Zellen luftdicht, damit die Solarfolie Wind und | |
Regen trotzen kann. Heliatek strebt 20 Jahre Garantie an, so wie es auch | |
bei den Siliziumzellen üblich ist. Dann werden die verkapselten langen | |
Solarfolien auf zwei Meter zugeschnitten und der Rückseitenkleber und die | |
Anschlussdose angebracht. | |
Maschinen, mit denen sich solche hochspezialisierten Prozesse ausführen | |
lassen, gibt es nicht von der Stange zu kaufen. Jeder einzelne Abschnitt | |
sei speziell für die Dresdner Produktion entwickelt und gebaut worden, | |
erklärt Kube. An diesem Tag ist die Verdampfungsmaschine außer Betrieb, ein | |
Team von Wissenschaftlern und Konstrukteuren tüftelt daran, wie ein | |
spezielles Bauteil verbessert werden kann. „Der Fortschritt ist nicht | |
planbar, wir müssen vieles ausprobieren und oft auch wieder verwerfen“. | |
Aber er ist in vollem Gange, mittlerweile arbeiten 270 Leute bei Heliatek, | |
„und [3][wir suchen weiter Fachkräfte], die uns helfen“, so Kube. | |
Die neuen Solarzellen im Folienformat sind nicht nur sparsam, sie sind | |
auch extrem vielseitig in der Anwendung. Die Materialkonstruktion der neuen | |
Zellen ermöglicht es zum Beispiel, Bandbreiten des Lichts in Strom | |
umzuwandeln, die für das menschliche Auge unsichtbar sind. „Man kann so | |
Fensterscheiben zu Sonnenkraftwerken umfunktionieren“, sagt ISE-Forscher | |
Zimmermann, etwa in Gewächshäusern. | |
Offensichtlich versprechen sich die Geldgeber, darunter die Energiekonzerne | |
Eon und Enel, viel von der Dresdner Technologie. „Unser Vertrieb hat | |
jedenfalls ein Luxusproblem“, sagt Stephan Kube: „Wir produzieren noch | |
nicht so viel, wie nachgefragt wird.“ Heliatek sucht fortlaufend nach | |
weiteren Innovationen. Zwölf Wissenschaftler:innen beschäftigen sich | |
ausschließlich mit der Suche nach neuen Materialkombinationen, die | |
beispielsweise Strom effektiver umwandeln. „Solche Stoffe müssen dann aber | |
auch lange haltbar sein“, sagt Kube. Also suchen die Wissenschaftler nach | |
der Nadel im Heuhaufen. Aber wenn sie sie finden, ist die Nadel aus Gold. | |
Marktreife: Sehr hoch. Es gibt Konkurrenten in Frankreich und Dänemark. | |
Innovationsgrad: Sehr, sehr hoch. Es sind Tausende verschiedene Grundstoffe | |
denkbar. | |
Weltrettungsfaktor: Enorm. Ohne diese Zellen kann die solare Revolution | |
nicht gelingen, weil es zu wenig Aluminium und Blei für die herkömmlichen | |
Siliziumzellen gibt. | |
Umsetzungsproblem: Der Wirkungsgrad ist noch zu gering. | |
## | |
## Die Wärmelieferantin | |
Das Spannende an unserem Modul ist die Rückseite“, sagt Barbara Schilling, | |
die bei der Firma Consolar im Marketing arbeitet. Tatsächlich sieht die | |
Solarzelle auf der Vorderseite aus wie eine ganz normale Solarzelle. „Auf | |
der Rückseite aber erkennt man die gerippte Struktur eines Wärmetauschers: | |
Wir produzieren Strom und Wärme gleichzeitig.“ | |
Wobei die Wärmeerzeugung im Vordergrund der neuen Technologie steht: „Es | |
geht nicht darum, viel Sonnenstrom ins Netz einzuspeisen, sondern darum, | |
eine Wärmepumpe zu versorgen“, so Schilling – und das mit dem | |
emissionsfreien Strom des Moduls. „Dadurch können wir mehr als die | |
dreifache Energie vom Dach ernten, als wenn dort ‚normale‘ Solarzellen | |
installiert worden wären.“ | |
Die Idee ist naheliegend: Werden Solarzellen zu heiß, sinkt ihr | |
Wirkungsgrad und damit der Ertrag. Kühlt man sie aber, wird der Ertrag | |
gesteigert. Also musste eine Verwendung für jene Energie gefunden werden, | |
die beim Kühlen anfällt – ideal für eine Wärmepumpe. Und ein solarer | |
[4][Technologiesprung]: Normalerweise brauchen Wärmepumpen Erdsonden oder | |
Ventilatoren, die laut sind und die Umgebungsluft aufsaugen. Werden diese | |
über das Stromnetz versorgt, laufen sie aktuell mit 50 Prozent fossilem | |
Strom. Die solare Wärmepumpe dagegen läuft völlig emissionsfrei. | |
Consolar meldete das Patent für das Kombi-Modul, das Sonnenstrom und | |
Sonnenwärme gleichzeitig produziert, im Jahr 2017 an. 2018 startete die | |
Produktion. Nach eigenen Angaben hat die Firma mit Sitz in Frankfurt am | |
Main seitdem 20.000 Module in ganz Europa verkauft. | |
„Durch die Kühlung erreichen unsere Zellen einen sechs bis zehn Prozent | |
höheren Stromertrag“, sagt Barbara Schilling. Das ist viel, wenn man | |
bedenkt, dass moderne Silizium-Solarzellen ohnehin nur bis zu 25 Prozent | |
des Sonnenlichts in Strom umwandeln können. „Und dann nutzen wir ja auch | |
noch jenen Teil der Sonnenenergie, die als Wärmestrahlung auf die Erde | |
fällt“, freut sich Marketing-Frau Schilling: Das sei „das richtige Modul | |
zur richtigen Zeit“! Schließlich führt der [5][Wärmepumpenboom] nur dann zu | |
mehr Klimaschutz, wenn der Strom aus erneuerbaren Quellen stammt. | |
Marktreife: Sehr hoch. | |
Innovationsgrad: Mittel. Die Idee dieser Technologie lag nahe. | |
Weltrettungsfaktor: Hoch. Im Heizungssektor sind klimafreundliche | |
Innovationen bislang Mangelware. | |
Umsetzungsproblem: Das System ist noch vergleichsweise teuer. | |
## | |
## Die Ackerbeschatterin | |
Landwirte sind selten Leugner des menschgemachten Klimawandels, sie spüren | |
auf dem Feld, wie sich die [6][Anbaubedingungen verändert] haben. Im März | |
2022 gab es zum Beispiel einen neuen Sonnenscheinrekord: Die Sonne schien | |
länger als sonst in einem durchschnittlichen Juli – und das, obwohl die | |
Tage im März kürzer sind als im Sommer. Mehr Sonnenschein bedeutet mehr | |
Verdunstung bei [7][weniger Regen]. Auch den Weinbauern bereitet das | |
Probleme. Weil die Sonne länger und intensiver scheint, bekommen in | |
Deutschland bereits jetzt viele Trauben regelrechten Sonnenbrand. | |
Helfen könnten den Bauern Solarzellen. Die Anlagen sind auf Ständern drei | |
Meter über dem Boden montiert und bieten so Schatten und Schutz vor Hagel | |
oder Starkregen, und genügend Platz, um mit dem Traktor darunter zu | |
arbeiten. Eine Reihe Module, eine Reihe frei – die Pflanzen darunter | |
erhalten zwar bis zu 30 Prozent weniger Licht, Kartoffeln, Weizen und | |
Gemüse reicht das aber für ihr Wachstum. Denn die Photosynthese ist ab | |
einer bestimmten Lichteinstrahlung gesättigt, ihre Leistung nimmt dann | |
nicht weiter zu. | |
Nahezu logisch ist der Einsatz solcher Systeme im [8][Obstanbau]. Früchte | |
wie Kirschen, Wein, aber auch Äpfel werden heute häufig durch Folien und | |
andere Schutzverbauungen vor [9][Starkregen], zu starker Sonne oder Hagel | |
geschützt. Agri-Photovoltaik-Anlagen, wie die Solarpanele über den Feldern | |
genannt werden, können das viel wirtschaftlicher, denn sie produzieren | |
obendrein Strom. Auch als Solarzaun lässt sich die Photovoltaik | |
mittlerweile nutzen. Übrigens auch für Eigenheimbewohner. | |
Marktreife: Ausgereift. | |
Innovationsgrad: Mittel. Vorhandene Technologie wurde zur neuen Nutzung | |
adaptiert. | |
Weltrettungsfaktor: Sehr hoch. Um 100 Prozent erneuerbare Energie zu | |
gewinnen, ist deshalb viel Fläche notwendig. | |
Umsetzungsproblem: Immer noch aufwendige und komplizierte | |
Genehmigungsverfahren. | |
## | |
## Die Solargardine | |
Hitze ist eines der Hauptprobleme, die der Klimawandel nach Mitteleuropa | |
bringen wird. [10][Spitzentemperaturen von 42 Grad] und mehr werden bereits | |
Mitte des Jahrhunderts keine Seltenheit mehr sein. Städte heizen sich viel | |
stärker auf als das Umland, in Köln wird ein Klima herrschen, wie heute in | |
San Marino, Berlin wird klimatische Zustände wie heute im südfranzösischen | |
Toulouse bekommen, Hamburg wie im spanischen Pamplona. Die Städte in | |
Südeuropa sind mit Hitzeerfahrung gebaut: kleine Fenster, enge Gassen, | |
viel Verschattung. | |
Solche Erfahrungen fehlen deutschen Architekten. Sie bauen noch immer mit | |
riesigen Glasfassaden. Die werden dafür sorgen, dass sich die Räume | |
dahinter unerträglich aufheizen werden – zumindest, wenn nicht eine | |
Erfindung des Schweizer Arno Schlüter zum Einsatz kommt: Der Professor für | |
Architektur und Gebäudesysteme an der ETH Zürich hat mit seinem Team ein | |
solares System entwickelt, das einer Gardine gleicht. | |
Dafür montierten die ETH-Forschenden ein Geflecht aus quadratischen | |
Solarpanelen vor einem Bürofenster. Jedes dieser Panele kann einzeln | |
angesteuert und durch ein ausgeklügeltes Druckluftsystem bewegt werden. | |
Etwa nach dem Stand der Sonne, wodurch der Sonnenstromertrag verglichen mit | |
herkömmlichen statischen Solarfassaden höher ist. Gleichzeitig bleibt die | |
Sonnenenergie, die das Büro aufheizen würde, draußen. Sollte es einmal zu | |
kühl werden, lässt sich die Solargardine so aufdrehen, dass viel | |
Sonnenenergie ins Innere dringt. Passenderweise heißt das System „Solskin“, | |
Solarhaut, in diesem Jahr soll es auf den Markt kommen. | |
Marktreife: Gering. Es gibt nur einige Prototypen. | |
Innovationsgrad: Hoch. Der neue Regelungsmotor ist patentiert. | |
Weltrettungsfaktor: Mittel. Immerhin der Büroflächenrettungsfaktor in | |
Mitteleuropa ist hoch. | |
Umsetzungsproblem: Träge Bauherren, die den Klimawandel in ihre Planung | |
nicht einbeziehen. | |
16 Apr 2023 | |
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Nick Reimer | |
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