Solarenergie in Zukunft – Diese Techniken erwarten uns

Solarenergie in Zukunft

Die Solarenergie wird in der Energiewende und in der Zukunft eine große Rolle spielen, denn: Sie ist kostenlos, überall verfügbar und bereits gut erforscht ist. Dementsprechend wird uns die Solartechnik auch in Zukunft voraussichtlich noch lange begleiten. Potenzial liegt derzeit vor allem noch in der Erschließung neuer Flächen für die Solarnutzung, wie zum Beispiel der Agrophotovoltaik oder Floating PV-Anlagen.

Mit der Energie, die die Sonne in einer Stunde abgibt, könnte der Energiebedarf für die gesamte Welt für ein Jahr gedeckt werden. Tatsächlich kommen aber nur rund 9 % des deutschen Stroms aus Solaranlagen. Die Kapazitäten für solare Energien sind derzeit einfach zu gering, um eine autarke Stromversorgung durch Solarenergie zu gewährleisten. Aber wie sieht das in Zukunft aus? Ist Solarstrom die Energie der Zukunft? Welche technischen Entwicklungen können wir noch erwarten?

Solarenergie in Deutschland

Solarenergie wird in Deutschland schon lange genutzt. Über 1,7 Millionen Solaranlagen produzieren in Deutschland Strom aus Solarenergie. Die meisten davon stehen auf privaten Dächern. 2022 konnten sie insgesamt 58 Terawattstunden Strom aus Solarenergie generieren. Zwischen 2012 und 2019 stieg die Nutzung des Solarstroms um fast zwei Drittel an. Trotzdem kommt bis jetzt nur ein kleiner Teil des Stroms aus solarer Energie. Insgesamt wurden 2020 in Deutschland 484 Terawattstunden Strom verbraucht.

Um diese Lücke zu verkleinern, regt der Staat mit zahlreichen Maßnahmen den Trend zur Solarenergie an. Mit dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG), das zuletzt 2023 erneuert wurde, soll ein jährlicher Zuwachs von Solarenergie von 22 Gigawatt erreicht werden. Ziel ist eine Solarleistung von 215 Gigawatt in Deutschland für das Jahr 2030. Um diese Ziele zu erreichen, wird Solarenergie besser gefördert, als jede andere Art der erneuerbaren Energien. Im Gegensatz zu Wind- und Wasserenergien ist bei Solarenergien vor allem die Privatperson gefragt. Denn Solaranlagen brauchen Platz und der ist auf den Dächern der Wohnhäuser reichlich und vor allem ungenutzt vorhanden. Die Anschaffung einer Solaranlage wird daher mit Zuschüssen und günstigen Darlehen gefördert. Wer seinen überschüssigen Solarstrom dem öffentlichen Netz zur Verfügung stellt, bekommt dafür außerdem eine Einspeisevergütung.

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Die Grenzen der Solartechnik

Die Weichen für die Energiewende in Deutschland hin zur Solarenergie sind also gestellt. Dennoch steht der autarken Versorgung durch Solarenergie noch einiges im Wege. Denn auch wenn pro Stunde ein Vielfaches der Energie auf die Erde trifft, die wir in Deutschland verbrauchen, kann diese Energie nicht vollständig nutzbar gemacht werden.

Das Sonnenlicht besteht aus vielen verschiedenen Spektren, also zum Beispiel dem UV-Licht oder dem sichtbaren Lichtspektrum. Solarmodule können derzeit aber nur Teile dieses Spektrums nutzen. Gängige Photovoltaikmodule haben einen Wirkungsgrad von etwa 20 %. Selbst neueste Techniken erreichen unter Laborbedingungen maximal 49 %. Damit bleibt also ein Großteil der kostenlosen Solarenergie ungenutzt. Trotzdem ist eine autarke solare Stromversorgung nicht unmöglich umzusetzen. Dafür müssen vor allem zwei Bedingungen erfüllt werden:

Die Technik

Seit Jahren wird geforscht, wie man Solarzellen noch effektiver machen kann. Auch der Produktionsaufwand soll sich verringern. So soll nicht nur eine bessere Nutzung der Solarenergie gewährleistet werden, sondern auch ein möglichst flächendeckender Zugang zu Solartechnik. Langfristig müssen Solarmodule nicht nur wirkungsvoll und erschwinglich sein, sondern dürfen auch in der Produktion nicht von begrenzten Ressourcen abhängig sein. Das ist zum Beispiel durch eine Produktion aus nachwachsenden Rohstoffen möglich oder ein gutes Recyclingsystem, in dem begrenzte Rohstoffe nicht unwiederbringlich verunreinigt werden.

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Die Einsatzgebiete

Die leistungsstärksten Module bringen wenig, wenn sie nicht verbaut werden. Daher ist auch die sinnvolle Nutzung der verfügbaren Flächen ein wichtiger Bestandteil auf dem Weg zur Energiewende. Zwar werden Solaranlagen meist auf Hausdächern verbaut, aber das ist nicht die einzige Option. Getestet werden zum Beispiel Straßenbeläge aus Solarzellen oder Solarautos. Die Möglichkeiten sind endlos und hier gilt: Je mehr Einsatzgebiete es gibt, desto mehr Fläche kann auch verbaut werden.

Solartechniken der Zukunft

Seit der Erfindung der Solartechnik arbeitet die Forschung an verbesserten Produktionsabläufen und effektiveren Techniken. Und auch im Bereich der Anwendungsmöglichkeiten gibt es zahlreiche Ideen, wie man Solartechnik in Zukunft einsetzen kann:

Solarfolie

Ebenfalls sehr flexibel im Einsatz ist Solarfolie. Sie ist schon länger für flexible Solarmodule im Einsatz. Besonders ist nun aber die Entwicklung von transparenter Solarfolie. Sie kann zum Beispiel große Fensterfassaden an Bürogebäuden in nutzbare Fläche umwandeln.

Solarzellen aus Biomüll

Revolutionär in allen Bereichen ist die Erfindung eines Studenten aus den Philippinen: Er entwarf eine Solarzelle aus Bioabfällen. Wegen heftiger Stürme und Naturkatastrophen werden auf den Philippinen regelmäßig Ernten unbrauchbar. Um diese nicht wegwerfen zu müssen, experimentierte der Student mit den Abfällen. Er extrahierte die fluoreszierenden Stoffe aus den Abfällen und nutzte sie, um damit Solarzellen herzustellen. Das Besondere an den Solarzellen: Sie nutzen nicht das direkte Sonnenlicht, sondern die UV-Strahlung. Sie kann auch durch Wolkenschichten scheinen und liefert somit auch an bewölkten Tagen Solarstrom. Die Solarzellen sind außerdem transparent und biegsam. Damit sind sie sehr flexibel im Einsatz und gleichzeitig auch sehr effektiv. Die Erfindung steckt noch in den Kinderschuhen, birgt aber ein hohes Potential. Damit werden Solarzellen nicht nur effektiver, sondern auch nachhaltiger und reduzieren auch den Bioabfall.

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Bifaziale Solarmodule

Bisher sind Photovoltaikmodule so aufgebaut, dass sie von einer Seite bestrahlt werden müssen, um Strom zu erzeugen. Das ändert sich mit der Technik von bifazialen Solarmodulen: Sie sind auf beiden Seiten mit Solarzellen ausgestattet, sodass auch das eintreffende Sonnenlicht von beiden Seiten genutzt werden kann. Die optimale Ausrichtung der Solarzelle verliert damit an Relevanz. Die bifazialen Solarmodule werden senkrecht in Ost-West-Ausrichtung aufgestellt, sodass sie morgens und abends von der Sonne bestrahlt werden und Strom produzieren können.

Agrophotovoltaik

Agrophotovoltaik bringt die Photovoltaik in die Landwirtschaft. Der Gedanke dahinter ist die sinnvolle Nutzung der großen landwirtschaftlichen Flächen eben nicht nur zu landwirtschaftlichen Zwecken, sondern auch zur solaren Stromerzeugung. Dabei werden die Solarmodule meist erhöht auf den Weiden und Äckern installiert, mit genügend Abstand, sodass die Fläche auch maschinell noch problemlos bearbeitet werden kann. Auch dieses Konzept steht noch am Anfang seiner Entwicklung. Derzeit wird erprobt, wie sich die Verschattung durch die Solarmodule auf die Nutzpflanzen auswirkt. Bisher wurden sowohl höhere Erträge, als auch niedrigere gemessen. Zu prüfen ist daher noch, inwiefern die Schwankungen auf die Verschattungen zurückzuführen sind und welche anderen Faktoren noch eine Rolle spielen.

Solarzäune

Ebenfalls in der Landwirtschaft nützlich können Solarzäune sein. Die Solarmodule werden hier senkrecht als Zaunersatz genutzt. So können zum Beispiel Weideflächen oder auch Grundstücke eingezäunt werden. Die Verschattung durch die Module kann den Weidetieren außerdem kühlen Schatten spenden.

Perowskit-Solarzellen

Perowskit-Solarzellen nutzen sogenannte ferroelektrische Materialien. Solche Stoffe besitzen positive und negative Ladungen, die zu einer asymmetrischen Struktur führen. Diese Struktur ermöglicht es dem Material unter Lichteinfluss Strom zu erzeugen. Die Kombination solcher Perowskit-Schichten mit verschiedenen anderen Schichtarten hat vor kurzem einen Wirkungsgrad von über 29% erbracht. Das Ergebnis wird als Durchbruch gesehen und zeigt, dass in der Photovoltaik noch großes Potential liegt und der Wirkungsgrad noch gesteigert werden kann.

Floating PV

Neue Flächen werden auch mit dem „Floating PV“ Konzept erschlossen. Hier schwimmen die Solarmodule auf dem Wasser. Damit können zum Beispiel Wasserflächen wie Tagebauseen, die eigentlich ungenutzt wären, für die Solarstromproduktion genutzt werden. Es ergibt sich außerdem eine Symbiose, ähnlich wie bei den Hybridmodulen. Denn durch das umliegende Wasser, werden die Module ständig gekühlt und können dadurch effizienter arbeiten. Gleichzeitig verringern sie die Oberfläche des Gewässers, über die Wasser verdunsten könnte und senken dadurch das Risiko, dass das Gewässer „umkippt“. 

Klar ist: In Zukunft wird immer mehr Fläche mit Solaranlagen belegt werden. Damit kannst Du auch heute schon anfangen, zum Beispiel mit einem eigenen Balkonkraftwerk. Das sorgt dafür, dass Du auch in der Stadt Deinen eigenen Solarstrom nutzen kannst.

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