29.04.21 Innovationen: Die Zukunft der Energiewende wird sonnig Autor*in: Hans-Joachim Ziegler • Lesedauer: 3 min.

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Zusammenfassung

Ist Deutschland eher ein windzerzaustes denn sonnendurchtränktes Land? Noch liefern Windräder doppelt so viel Energie fürs Stromnetz wie die Solarenergie. Um diesen Anteil zu erhöhen, sind innovative Ideen gefragt. Fünf davon stellen wir vor.

1. Solarzellen werden organisch

Organische Solarzellen haben das Potenzial, die Branche zu revolutionieren. Die Module bestehen aus hauchdünnen und entsprechend leichten Schichten, die biegsam sind und in verschiedenen Farben gestaltet werden. Das eröffnet komplett neue Einsatzmöglichkeiten.
So könnten transparente Solarzellen für Fenster entwickelt werden, die ausschließlich infrarotes Licht absorbieren und in Strom verwandeln. Was vor allem für sie spricht: Sie sind leicht, kostengünstig und ressourcen-schonend herzustellen. Tatsächlich gibt es nur einen Grund, warum die Solarzellen aus Kohlenstoffverbindungen nicht schon längst die Silizium-Module abgelöst haben: ihr bescheidener Wirkungsgrad. Polykristalline Module kommen auf 15 bis 20 Prozent, monokristalline Module sogar auf 20 bis 22 Prozent, während der Wirkungsgrad der „Organic Photovoltaics“ (OPV) lange kaum über 10 Prozent lag. Das ändert sich gerade. Zumindest unter Laborbedingungen erreichen klug kombinierte Kohlenstoffverbindungen bereits Wirkungsgrade jenseits der 20 Prozent. Und das ist keineswegs das Ende der Fahnenstange: Schon werden Wirkungsgrade jenseits der 30 Prozent angepeilt. Sobald das klappt, wird aus dem Potenzial zur Revolution der Branche: die Revolution der Branche.


2. Solarmodule erobern Fassaden

Solarenergie lässt sich nicht auf Dächern, Feldern und Stauseen gewinnen. Fast ebenso gut eignen sich Fassaden von Gebäuden. Einzige Voraussetzung: Sie müssen viel Sonnenlicht abbekommen. Das Potenzial jedenfalls ist riesig: Das Leibniz-Institut IÖR und das Fraunhofer-Institut ISE haben überschlagen, dass es deutschlandweit an Gebäudefassaden doppelt so viel geeignete Flächen – 12.000 Quadratkilometer! – gibt wie auf Dächern. Die Quote dürfte in anderen Ländern ähnlich aussehen. An der praktischen Umsetzung muss es schon lange nicht mehr scheitern: Mittlerweile gibt es bedruckte und semitransparente Module in allen erdenklichen Farben, die je nach Wunsch drei- oder rechteckig sind. Auch gekrümmte Flächen sind möglich, so dass die Freiheit beim Gestalten kaum begrenzt ist. Jetzt geht es um den nächsten Schritt: Wie können Solarmodule helfen, Gebäude zu heizen oder zu kühlen? Ein an der ETH Zürich entwickeltes System benutzt bewegliche Panels, die genau so viel Sonne durchlassen oder Schatten spenden, wie es gerade gefragt ist. Eine interessante Erkenntnis der Zürcher Forscher: An klaren Sommertagen produzieren die beweglichen Solarmodule 50 Prozent mehr Strom als statische Panels.


3. Solardächer werden grün

Asphalt, Beton und Pflastersteine dominieren, Grünflächen verschwinden: Die Stadt wird zunehmend versiegelt. Um einen Ausgleich zu schaffen, setzen viele Städte und Kommunen verstärkt auf begrünte Dachflächen – und schreiben das sogar in ihren Bebauungsplänen fest. Doch wo es grün sprießt und rankt, ist kein Platz mehr für Solarmodule. Oder doch? Der Bundesverband GebäudeGrün (BuGG) ist überzeugt, dass sich beides ideal verbinden lässt. Die Logik: Die Leistung von Solarmodulen nimmt bei steigender Temperatur ab, da der elektrische Widerstand steigt. Pflanzen sorgen für eine kühlere Umgebung und damit für eine höhere Effizienz der Solarmodule. Der Unterschied, den die Pflanzen ausmachen, ist gewaltig: Liegen die Temperaturen an warmen Sommertagen auf nackten Flachdächern durch die Abstrahlung zwischen 60 und 80° Celsius, entwickeln sich auf begrünten Flachdächern eher Temperaturen um die 35 Grad. Als Faustformel gilt: Jenseits von 25 Grad verlieren Solarmodule 0,5 Prozent an Leistung – pro Grad. Und das muss ja nicht sein.


4. Schwimmende Solarparks

Warum sollen Solarpanele nur auf Dächern prangen oder auf Feldern in Reih in Glied stehen? Auf einem 18 Hektar großen Baggersee unweit der niederländischen Stadt Zwolle verteilen sich 73.000 Solarmodule. Der größte schwimmende Solarpark Europas produziert mit einer Leistung von 27,4 Megawatt genügend Strom für 7200 Haushalte. Erste schwimmende Solarkraftwerke gibt es auch in Deutschland, doch da geht noch viel mehr, wie das Fraunhofer-Institut ISE ausgerechnet hat. Allein auf den Tagebauseen, die weder für Freizeitaktivitäten genutzt werden noch unter Landschafts- oder Naturschutz stehen, ließen sich mit schwimmenden Solarparks bundesweit 2,74 Gigawatt erzeugen. Das reicht aus, um weit mehr als zwei Millionen Haushalte mit Strom zu versorgen. Eine Nummer größer denkt ein Forscherteam des National Renewable Energie Laboratory (NREL) aus Denver, Colorado. Würde man weltweit künstliche Stauseen mit Photovoltaik-Anlagen (Floating PV) zu bestücken, könnten diese Module fast die Hälfte der weltweit benötigten Elektrizität erzeugen. Auf eine Leistung von jährlich mehr als 10.000 Terawattstunden kommen die US-Forscher in ihrem Szenario. Zum Vergleich: 2018 lag der weltweit Stromverbrauch bei 22.300 Terawattstunden. Worauf die NREL-Forscher fairerweise hinweisen: Fragen der Umsetzbarkeit und Wirtschaftlichkeit haben sie in ihrem Szenario ausgeklammert.


5. PPA statt EEG

Wie sorgen wir dafür, dass Solarenergie zu marktfähigen Preisen erzeugt werden kann? Die deutsche Antwort darauf ist das Erneuerbare-Energien-Gesetz, kurz EEG. Es garantiert den Betreibern von Windkraft- und Solaranlagen einen festen Einspeisepreis ins Stromnetz. Die Zeit für diese Subvention läuft ab, darin sind sich die Parteien im Bundestag einig: sie wollen das EEG abschaffen. Damit wird der Betrieb von Solarparks keineswegs unrentabel, und dafür sorgen Power Purchase Agreements (PPA). Das sind Verträge, bei denen sich der Abnehmer verpflichtet, eine gewisse Strommenge zu einem bestimmten Preis abzunehmen. Die Idee dahinter: Der Abnehmer zahlt einen Preis, der über dem Marktniveau liegen kann, um damit weiterhin erneuerbare Energie ins Stromnetz zu speisen. Der Vorteil für die Abnehmer des „grünen“ Stroms: Sie positionieren sich als nachhaltig und verantwortungsbewusst. PPAs lassen sich für bestehende Anlagen abschließen – und für neue. Seit 2019 steigt die Zahl von Projekten, die von vornherein auf PPA-Basis geplant werden – so etwa der größte Solarpark Deutschlands im brandenburgischen Weesow-Willmersdorf mit einer Leistung von bis zu 187 Megawatt, der im November 2020 den Betrieb aufnahm. Power Purchase Agreements sind übrigens kein deutsches Phänomen: In Spanien und Frankreich werden deutlich mehr Solarprojekte mit PPAs realisiert.

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