Quo vadis, Solarenergie? Diese Trends beflügeln die PV-Branche

2018 war ein Rekordjahr für die erneuerbaren Energien und allen voran für die Photovoltaik in Deutschland: Mit über 40 Prozent erzielten die regenerativen Energiequellen im vergangenen Jahr ihren bisher größten Anteil am deutschen Strom-Mix. Berechnungen des Fraunhofer-Instituts für solare Energiesysteme (ISE) zufolge produzierten Solar- und Windenergie, Wasserkraft und Biomasse knapp 219 Terawattstunden Elektrizität – gegenüber dem Jahr 2017 ein Anstieg um über 2 Prozent. Wachstumstreiber war insbesondere die Solarenergie, vor allem begünstigt durch den außergewöhnlich langen, heißen und trockenen Sommer. Im Juli etwa lieferten Solaranlagen bis zu 40 Prozent des deutschen Stroms, während vor allem Gas- und Steinkohlekraftwerke heruntergefahren werden mussten.

Doch der Erfolg der grünen Energie bietet leider noch keinen Anlass zu ungetrübter Freude: “Der Anteil der Erneuerbaren ist 2018 wieder gestiegen, aber es geht nicht schnell genug”, sagt Bruno Burger, Professor am Fraunhofer ISE. Dem Wissenschaftler zufolge werde Deutschland so seine Klimaziele für 2030 – u. a. einen Ökostrom-Anteil von 65 Prozent – verpassen. Um dies zu ändern, braucht es einerseits natürlich politische Weichenstellungen – etwa den kürzlich beschlossenen Kohleausstieg sowie höhere Zubauziele für die Erneuerbaren. Aber auch technologische Weiterentwicklungen sowie neue Anwendungsfälle ermöglichen auf mittlere und lange Sicht einen Anstieg der Stromproduktion aus erneuerbaren Energiequellen. In diesem Beitrag betrachten wir exemplarisch neue Trends in der Photovoltaik.

Dank technischer Innovation mehr Solarstrom ernten

Höherer Solar-Output lässt sich erzielen, indem vorhandene Sonnenstrahlung effizienter genutzt wird als bisher. “Warum sollen Solarmodule immer nach Süden ausgerichtet sein, wenn sie doch durch eine Ost-West-Ausrichtung zweimal am Tag Strom produzieren können – noch dazu zu Zeiten mit geringerem Solarstromangebot und damit höherer Nachfrage?”, fragte sich etwa das Startup Next2Sun. Für seine Pilotanlage im Saarland hat das Unternehmen bifaziale – also zweiseitige – Module senkrecht aufgeständert. Beide Seiten sind also gleichermaßen effizient und haben neben den beiden Stromerzeugungs-Peaks im Tagesverlauf den zusätzlichen Vorteil, dass sie auch den Ertrag aus reflektierter Strahlung deutlich steigern – Schätzungen von Experten zufolge sogar um 10 bis 15 Prozent gegenüber herkömmlichen monofazialen Modulen. Dieser Effekt lässt sich Forschern zufolge bei Anlagen im Hochgebirge, wo der Himmel häufiger klar ist und Schneeflächen die Sonnenstrahlen reflektieren, noch deutlich steigern.

Auch mit technisch weiterentwickelten Solarzellen lassen sich ein höherer Wirkungsgrad und damit mehr Effizienz in der Solarproduktion erreichen. Bei herkömmlichen Silizium-Solarzellen ist stoffbedingt ein maximaler Wirkungsgrad von nur 29 Prozent möglich; in der Realität liegt ihr Wirkungsgrad eher bei 25 Prozent oder noch darunter. Mit neuartigen Solarfolien konnten Forscher der TU Braunschweig hingegen bereits einen Wirkungsgrad von 45 Prozent erreichen. Der Trick: Die mit fluoreszierenden Farbstoffmolekülen gespickte Kunststofffolie fängt großflächig Licht ein und lenkt es auf kleine Hochleistungssolarzellen – so können Strahlungsverluste deutlich reduziert werden. Interessante Anwendungsfälle für die effiziente Folienbeschichtung sind etwa Hausfassaden, die so auch bei bewölktem Himmel oder im Schatten Strom erzeugen könnten, sowie selbstladende Autos.

Jenseits von Freiflächen- und Dachanlagen: Neue PV-Anwendungsfälle

Doch nicht nur Hausfassaden und Autos können zukünftig dazu genutzt werden, Solarstrom zu erzeugen – gut möglich ist es auch, dass sich Solarmodule immer häufiger unter unseren Füßen bzw. den Rädern unserer Fahrräder oder Autos befinden werden. Bereits Ende des letzten Jahres wurde Deutschlands erster Solar-Radweg eingeweiht. Mit dem erzeugten Solarstrom kann der Radweg beleuchtet und im Winter eisfrei gehalten werden, zudem werden weitere kommunale Liegenschaften mit Energie versorgt. Zwar handelt es sich bisher lediglich um ein 90 Meter langes und 200 Quadratmeter großes Modellprojekt – doch wenn es nach der Nationalen Klimaschutzinitiative geht, könnte es bald mehr solcher Radwege in Deutschland geben. Auch Solar-Straßenbelag wird in Frankreich und den USA bereits getestet – hier ist jedoch noch weitere Forschung und Optimierung notwendig, um die Leistung der Module angesichts von Verschattung sowie Schmutzanfälligkeit zu steigern.

Schatten und Schmutz sind Herausforderungen, mit denen Betreiber schwimmender Solaranlagen nicht zu kämpfen haben. Zahlreiche dieser innovativen Projekte werden gerade durch das österreichische Solarunternehmen Swimsol auf den Malediven errichtet. Das Inselparadies bringt es konstant das ganze Jahr über auf täglich sieben bis neun Sonnenstunden – ein Traum für jeden PV-Anlagenbetreiber. Doch bisher gab es ein Problem: Aufgrund der sehr eingeschränkten Platzverhältnisse sind auf den Malediven keine Freiflächen- und nur in begrenztem Maße Dachanlagen möglich. Viele Inseln erzeugen ihren Strom daher mit Dieselgeneratoren, der schmutzigsten und zugleich teuersten Art der Elektrizitätserzeugung. Ein typisches Inselhotelresort mit einem Strombedarf von 20 – 30 Megawattstunden pro Tag verbraucht so zwei bis drei Millionen Liter Diesel pro Jahr. Mit seinen schwimmenden Solarmodulen, die in der Nähe der Inseln verankert werden und auch hohem Wellengang und Stürmen standhalten, bietet Swimsol den Hotelinseln nun eine umweltfreundliche Alternative zum Dieselstrom.

Es bleibt also zu hoffen, dass technische Innovation und kreative Anwendungsfälle in den nächsten Jahren dazu beitragen werden, den Anteil der Solarenergie und anderer regenerativer Energiequellen an unserer Stromerzeugung deutlich zu erhöhen. Denn es gilt: “The sky is the limit” – passend zu den ehrgeizigen Plänen Chinas, eine Gigawatt-Solaranlage im Weltall zu errichten…