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

2022 war ein turbulentes Jahr für die erneuerbaren Energien. Bedingt durch den Ukraine-Krieg, problematische internationale Abhängigkeiten, drohende Versorgungsengpässe beim Gas sowie stark steigende Energiepreise verstärkte sich die Nachfrage nach den Erneuerbaren und insbesondere nach der Solarenergie in diesem Jahr extrem. Dass ein schneller und entschlossener Zubau von PV-Anlagen der Königsweg ist, um nicht nur die eingangs genannten Probleme zu entschärfen, sondern auch die Klimaziele zu erreichen und so einen Beitrag zur Verlangsamung des Klimawandels zu leisten, ist mittlerweile in fast allen Köpfen angekommen. Doch in der Praxis ist das oft gar nicht so einfach, denn die Branche hat mit Lieferengpässen bei Solarmodulen und anderen Komponenten sowie mit einem Mangel an qualifiziertem Personal, das den flächendeckenden PV-Ausbau stemmen kann, zu kämpfen. Abhilfe versprechen jedoch technologische Weiterentwicklungen sowie neue Anwendungsfälle, die auf mittlere und lange Sicht einen Anstieg der Produktion von Sonnenstrom ermöglichen. In diesem Beitrag betrachten wir einige dieser neuen 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 die Next2Sun AG, ein schon mehrfach erfolgreich über Econeers finanziertes Unternehmen. Bei seinem Anlagenkonzept arbeitet das innovative Unternehmen aus dem Saarland mit bifazialen – also zweiseitigen – Modulen, die senkrecht aufgeständert werden. Beide Seiten sind gleichermaßen effizient und haben neben den beiden Stromerzeugungs-Peaks im Tagesverlauf den zusätzlichen Vorteil, dass sie auch den Ertrag aus reflektierter Strahlung deutlich steigern – laut Schätzungen von Experten 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 lässt 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.

Schon sehr bald könnten auch deutlich mehr Hausdächer als bisher für die Sonnenstromproduktion zur Verfügung stehen. Bisher standen Bauherren, die Denkmalschutzauflagen berücksichtigen müssen oder komplexe Dachflächen mit Rundungen, Gauben & Co. ausstatten wollen, vor dem Problem, dass dies mit herkömmlichen PV-Anlagen nicht möglich war. Das ändert sich mit dem Produkt unseres Fundingunternehmens Autarq: dem ersten Solar-Dachziegel, bei dem ein herkömmlicher Tonziegel Träger des Solarmoduls ist. Dadurch sind Autarq Solardächer nicht nur auf den ersten Blick gar nicht als solche erkennbar – auch die Installation ist unkompliziert und kann von Dachdeckern ohne Spezialkenntnisse im PV-Anlagenbau durchgeführt werden. Angaben des Unternehmens zufolge ließen sich so in den nächsten Jahren 15 Mio. Dachflächen in Deutschland, die energetisch saniert werden müssen, für die Photovoltaik erschließen.

Jenseits von Freiflächen- und Dachanlagen: Neue PV-Anwendungsfälle

Doch nicht nur Dächer, Fassaden 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 2018 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 durch das österreichische Solarunternehmen Swimsol errichtet, das 2019 erfolgreich über Econeers finanziert wurde und schwerpunktmäßig auf den Malediven aktiv ist. 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 eine umweltfreundliche Alternative zum Dieselstrom.

Es bleibt also zu hoffen, dass technische Innovationen und kreative Anwendungsfälle in den nächsten Jahren dazu beitragen werden, den Anteil der Solarenergie und anderer regenerativer Energiequellen an unserer Stromerzeugung weiter deutlich zu erhöhen. Denn nur so ist es möglich, den Klimawandel zu verlangsamen und nicht nur unabhängiger von fossilen Energieträgern, sondern auch von problematischen internationalen Partnerschaften zu werden.