TEIL C

Entwicklung der photovoltaischen Nutzung 2011 (a)

Nach den ausführlichen Übersichten der letzten Jahre werde ich im Folgenden nur noch tatsächliche Innovationen im Sektor der Photovoltaik aufführen - aber nicht mehr jeden neuen Solarrucksack, jede Solartasche, Solarlampe, solare Bushaltestelle oder jedes Solar-Ladegerät, auch wenn ständig neue Versionen davon auf den Markt kommen.

Dafür sind in dieser Jahresübersicht auch die in den darauffolgenden Jahren erzielten Fortschritte in den Bereichen Recycling von PV-Modulen, Solar-Schirme, mobile und stationäre Umsetzungen sowie Solar-Bäume aufgeführt.

Ebenso werden hier Meldungen dokumentiert, die anderweitig mit der Nutzung und den Problemen der Photovoltaik zu tun haben.

Als Beispiel dafür bietet sich die Nachricht an, daß PV-Paneele inzwischen ein begehrtes Diebesgut darstellen. Demnach habe eine Diebesbande in Mecklenburg-Vorpommern zwei Jahre lang Solaranlagen geklaut und damit einen Gesamtschaden 850.000 € verursacht. Bei der die bisher größten Serie von Solar-Diebstählen in dem Bundesland hatten die sieben Täter 19 Mal zugeschlagen und insgesamt mehr als 1.000 Solarmodule gestohlen, zumeist von abgelegenen landwirtschaftlichen Anlagen. Die Ermittler fanden zudem heraus, daß die Männer die Module andernorts zur eigenen Stromproduktion wieder aufbauten.

Ich denke, daß solche Diebstähle auch überall sonst auf der Welt vorkommen, es oft aber nicht einmal in die Lokalnachrichten schaffen. In der deutschen Presse wird Mitte 2015 jedenfalls berichtet, daß sich Raubzüge auf Solaranlagen weiterhin häufen. Experten gehen davon aus, daß sich der Gesamtschaden im Zeitraum von 2011 - 2014 auf nahezu 15 Mio. € beläuft, während das Bundeskriminalamt (BKA) den Schaden sogar noch höher einschätzt.

Den Berichten zufolge werden die Diebstähle meist in der Nacht verübt. Neben dem Schutz der Dunkelheit ist dann auch die Gefahr, durch den fließenden Strom verletzt zu werden, gebannt. Das gestohlene Gut wird dann häufig ins Ausland transportiert und dort zum Weiterverkauf angeboten.

Die Module von bestehenden Anlagen abzumontieren, ist mühsam und zeitraubend, doch es geht auch anders: Im Juli 2023 werden von einem im Bau stehenden Solarfeld in Denklingen 800 Solarmodule mit einem Gesamtgewicht von etwa 23 Tonnen und einem Wert von ca. 100.000 € auf Fahrzeuge verladen und gestohlen. Und im September verschwinden in Landsberg am Lech knapp 600 Solarmodule mit einem Gesamtgewicht von rund 15 Tonnen und einem Wert von ca. 70.000 € von einer Solarfeld-Baustelle.

Und auch ein zweites Produkt zieht Diebe an: So werden im Juni 2024 beim Einbruch in einen Solarpark in der Ortschaft Pfeffertshofen in der Oberpfalz Wechselrichter im Wert von fast 100.000 € entwendet. Im Zuge der Berichterstattung ist zu erfahren, daß die Diebstähle von Solarmodulen auch in Bayern in den vergangenen zwei Jahren zugenommen haben. Im Jahr 2021 verzeichnete das Landeskriminalamt 44 solcher Straftaten, 2022 waren es bereits 79.

Eine der wenigen Meldungen aus dem Ausland, die es in die internationale Presse schaffen: In Spanien nimmt die Guardia Civil im Juni 2024 drei Personen fest, die verdächtigt werden, 186 Solarmodule aus einer Photovoltaikanlage in Aldeamayor de San Martín gestohlen und illegal verkauft zu haben.

In Bezug auf die Paneele gewinnt aber ein ganz anderes Thema zunehmend an Wichtigkeit: das Recycling nach dem Ende ihrer Lebenszeit. Wissenschaftliche und wirtschaftliche Studien darüber lassen sich mindestens bis ins Jahr 1992 zurückverfolgen.

Damals erschien der von P.D. Moskowitz und K. Zweibel am Brookhaven National Laboratory herausgegebene Werkstattbericht ,Recycling of Cadmium and Selenium from PV Modules and Manufacturing Wastes: A Workshop Report’. Die Autoren hatten schon zwei Jahre zuvor den Artikel ,Health, Safety, and Environmental Issues Relating to Cadmium Usage in PV Energy Systems’ veröffentlicht, gemeinsam mit Vasilis M. Fthenakis, von dem die Durchführbarkeitsstudie ,End-of-life management and recycling of PV modules’ stammt, die im Jahr 2000 erscheint.

Die Studie über das Recycling von Dünnschicht-Solarzellen und Produktionsabfällen, das sich auf die vorhandene Sammel-/Recyclinginfrastruktur sowie auf aktuelle und neue Recyclingtechnologien stützt, kommt zu dem Schluß, daß ein solches Recycling technologisch und wirtschaftlich machbar ist, allerdings nicht ohne sorgfältige Vorüberlegungen.

Das Recycling ist jedenfalls sehr sinnvoll, denn die durchschnittliche Zusammensetzung eines PV-Moduls besteht aus 78 % Glas, 10 % Aluminium, 7 % Kunststoff und 5 % Metallen und Halbleitern, wobei der am häufigsten verwendete Halbleiter das als ungefährlich eingestufte Silizium ist. Dabei gibt verschiedene Recyclingtechniken: die am weitesten verbreitete mechanische Zerkleinerung, die thermische Trennung und die chemische Auslaugung. Mit diesen Verfahren wird eine sehr hohe Recyclingquote von 95 - 99 % erreicht, wobei als Klebstoffe verwendete Polymere vom Recycling (bislang) ausgeschlossen sind.

Im Jahr 2001 veröffentlicht ein Wissenschaftler-Team der Tokyo University of Agriculture and Technology einen Bericht unter dem Titel ,Experimental study on PV module recycling with organic solvent method’, um nur ein weiteres Beispiel zu nennen. Sicherlich würde eine vertiefte Recherche noch diverse weitere Studien fördern. Parallel dazu ist die Aussage von Mitarbeitern der Recyclinghöfe zu zitieren, daß in den Glasmulden „ab ungefähr 2005 ab und zu auch vereinzelte, gebrochene Solarpanels lagen, denn die Menschen wußten nicht, wo man diese richtig entsorgen kann.“

Ein US-amerikanisches Unternehmen, das sich früh dem Recycling verschrieben hat, ist der Hersteller von CdTe-Dünnschichtmodulen First Solar.

Schon 2005 verpflichtet sich das Unternehmen zu einer erweiterten Herstellerverantwortung und das Recyclingprogramm wird bereits zu Beginn der Produktion eingeführt, um Produktionsabfälle, Garantierückläufer und ausgediente Module verantwortungsvoll zu recyceln.

Im Vorgriff auf die Zeitleiste: Dem Stand von 2018 zufolge sind die Recycling-Anlagen der First Solar an die Produktionsstätten in Ohio und Malaysia angeschlossen und werden derzeit in Vietnam gebaut. Außerdem gibt es eine eigenständige Recyclinganlage in Deutschland.

Die Gesamtkapazität der Anlagen reicht aus, um weltweit jährlich 2 Mio. PV-Paneele zu recyceln. Die Firma erwartet, im Jahr 2023 allein in den USA eine Recyclingkapazität von bis zu 500 MW zu erreichen.

Zurück zur Chronologie: Im Juli 2007 wird von Unternehmen der Photovoltaik-Industrie der europäischen Verband PV CYCLE gegründet, um ein freiwillige Rücknahme- und Recycling-Programm für Altmodule einzurichten.  Als gemeinnützige, mitgliederbasierte Organisation bietet PV CYCLE kollektive und maßgeschneiderte Dienstleistungen im Bereich der Abfallwirtschaft und der Einhaltung von Rechtsvorschriften für Unternehmen und Abfallbesitzer auf der ganzen Welt.

Als die chinesische JinkoSolar Holding Co. Ltd. im März 2011 dem Verband beitritt, schließt sie sich den internationalen Bemühungen von inzwischen mehr als 70 Unternehmen an, bis 2015 ein Netz von Sammelstellen für Solarmodule einzurichten. Zudem umfaßt die Angebotspalette von PV CYCLE derweil auch Produkte wie Wechselrichter, Batterien, Industrie- oder Produktionsabfälle.

Das Wesentliche ist selbstverständlich die Umsetzung - weshalb dieser Exkurs auch im Rahmen dieser Jahresübersicht beginnt: Im Januar 2011 gibt nämlich die spanische Electria, ein Unternehmen mit dem Schwerpunkten Nachhaltige Energieversorgung, den Plan bekannt, die erste Wiederverwertungsanlage für PV-Module errichten und betreiben zu wollen. Das Projekt soll in Cetina (Zaragoza) umgesetzt und neben der Electria von der Firma Poseidon Solar aus Indien betreut werden, welche bereits im Recycling von Siliziumzellen tätig ist.

Die Investition von 3 Mio. € in die Anlage mit der Bezeichnung PVR3 sei nur der erste Schritt, denn die Electria hat das Ziel, die Marktführerschaft bei der PV-Wiederverwertung zu erringen. Eine Umsetzung ließ sich aber nicht verifizieren.

Nachfolgend soll die Entwicklung der Folgejahre kurz skizziert werde, um das Thema an dieser Stelle abschließen zu können:

Ab 2015 gelten Solarmodule in Deutschland als Elektroschrott und müssen fachgerecht recycelt werden.

Im Juni 2016 erscheint der Report ,End-of-life management; solar photovoltaic panels’ der Internationalen Agentur für erneuerbare Energien (IRENA), in dem geschätzt wird, daß weltweit etwa 250.000 Tonnen Solarpaneel-Abfälle anfallen - und daß die wiederverwertbaren Materialien, die in ausgedienten Solarmodulen enthalten sind, bis 2050 einen Wert von mehr als 15 Mrd. $ darstellen könnten, was in etwa 78 Mio. Tonnen Rohstoffen entspricht. Mit großen jährlichen Abfallmengen wird aber schon Anfang der 2030er Jahre gerechnet.

Für Deutschland geht die IRENA davon aus, daß bis 2025 knapp 100.000 Tonnen Solarschrott anfallen werden, was rund fünf Millionen heutiger Standardmodule entspricht. Bis 2030 soll die Menge dann auf rund 400.000 Tonnen anwachsen.

In dem Bericht wird auch die Zusammensetzung der Solarmodule detailliert beschrieben. So enthalten Silizium-Module etwa 76 % Glas, 10 % Polymere (Verkapselung und Rückseitenfolie), 8 % Aluminium (hauptsächlich der Rahmen), 5 % Silizium, 1 % Kupfer und weniger als 0,1 % Silber, Zinn und Blei.

CIGS-Dünnschichtmodule bestehen hingegen zu 89 % aus Glas, zu 7 % aus Aluminium und zu 4 % aus Polymeren, während es nur geringe Anteile an Kupfer, Indium, Gallium und Selen gibt. CdTe-Dünnschichtmodule bestehen zu etwa 97 % aus Glas und zu 3 % aus Polymeren, wobei auch noch andere Metalle wie Nickel, Zink, Zinn und Cadmiumtellurid enthalten sind.

Um die Wertstoffe sauber zu trennen, bevor sie wiederverwertet werden, wird 2016 das EU-geförderte Projekt ELSi ins Leben gerufen, bei dem eine Forschungsgruppe um das Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart, den Entsorger Suez Deutschland GmbH und die Geltz Umwelt-Technologie GmbH einen Reaktor entwickelt, in welchem sich die Metalle und das Silizium sauber von den Kunststoffen lösen lassen.

Im September 2018 geht in Knittlingen in Baden-Württemberg eine weltweit einzigartige Pilotanlage in Betrieb. Sie ähnelt einem Backofen, in den die Module unter Sauerstoffabschluß und hohem Druck aufgeheizt werden, damit sich die Kunststoffe mittels Pyrolyse zu Gasen - Methan, Propan und Butan - auflösen. Übrig bleiben, neben Glas und Aluminium, das Silizium und die Metalle.

Ende 2019 soll dann mit dem Bau einer Großanlage begonnen werden, die zu Beginn 200.000 Module pro Jahr recyclen soll und später auch erweitert werden kann. Bislang läßt sich aber nichts über eine Umsetzung dieses Plans finden.

Bereits im Juli 2018 eröffnen die französische Firma Veolia, der Verband PV CYCLE und die französische Gewerkschaft für erneuerbare Energien (Syndicat des Énergies Renouvelables, SER) in Rousset im Departement Bouches-du-Rhône „die erste Anlage in Frankreich und Europa“ für das Recycling von Photovoltaikmodulen aus kristallinem Silizium.

Die Anlage soll noch in diesem Jahr 1.800 Tonnen Material verarbeiten - eine Menge, die dann schrittweise auf 4.000 Tonnen ansteigen soll. Ausreichend wäre das aber trotzdem nicht, denn bereits 2016 sind in Frankreich 53.000 Tonnen Altpaneele angefallen, und 2017 waren es schon 84.000 Tonnen.

Mit dem in Rousset angewandten mechanischen Verfahren lassen sich 95 % des Gewichts der Paneele zurückgewinnen, wobei die Materialien anschließend an verschiedene Industriezweige weitergeleitet werden: Das Glas, das zu 2/3 in Form sauberer Scherben zurückgewonnen wird, geht an die Glasindustrie; der Rahmen an eine Aluminiumraffinerie; der Kunststoff als recycelter Brennstoff an Zementwerke; und das Silizium an die Edelmetallindustrie. Die Kabel und Stecker werden zerkleinert und in Form von Kupferschrot verkauft. Mit Stand von 2019 gibt es in Europa lediglich diese eine Anlage, die explizit PV-Module behandelt.

Vom Februar 2021 bis zum Januar 2025 läuft das EU-Verbundprojekt ReProSolar, bei dem unter der Leitung von Veolia neun Unternehmen ein hocheffizientes Verfahren für das Recycling von Photovoltaikaltmodulen entwickeln. Der angestrebte Prozeß basiert auf einer neuen Delaminierungstechnologie, die in der Lage ist, die Solarzellen effizient von der Glasplatte zu trennen. Ziel ist, erstmals alle Bestandteile der PV-Module vollständig zurückzugewinnen und der verarbeitenden Industrie u.a. reines Silizium, Silber und Glas zur Verfügung zu stellen. Die EU fördert das Projekt mit insgesamt 4,8 Mio. €.

Bis Jahresende 2021 wird die Realisierbarkeit im industriellen Maßstab bei den Betrieben der Partner Flaxres GmbH in Dresden und Rosi Solar in Grenoble getestet - und bis 2023 sollen in einer Demonstrationsanlage jährlich 5.000 Tonnen stillgelegte PV-Module verarbeitet werden.

Im März 2021 bringt das Bundeskabinett eine neue Verordnung für den Umgang mit elektronischen Altgeräten auf den Weg, die auch Vorgaben für die Behandlung ausgedienter Photovoltaikanlagen umfaßt. Um das Recycling zu verbessern, enthält der Entwurf, der auf der Anpassung des ElektroG2 im Dezember 2020 basiert, klarere Vorschriften für Entsorgungsunternehmen, welche schadstoffhaltigen Bauteile zu welchem Zeitpunkt des Behandlungsprozesses zu entfernen sind.

Gemäß Paragraph 10 des Entwurfs sind siliziumbasierte und nicht-siliziumbasierte PV-Module getrennt voneinander zu behandeln, wobei Tandem- oder Mehrfach-Solarzellen zu letzteren gezählt werden. Für beide Gruppen werden Schadstoffgehalte für Blei, Selen und Cadmium bestimmt, die nicht überschritten werden dürfen. Bei niedrigen Anteilen dieser Elemente können beide Modularten gemeinsam behandelt werden. Aluminium und Cadmium-Tellurid sind jedoch zu trennen und dann einzeln dem Recycling zuzuführen.

Um die verschiedenen bereits bestehenden und mehr oder weniger effizienten Verfahren und Konzepte zum Recycling von PV-Modulen korrekt zu beurteilen, fehlt es bislang jedoch an Standardisierung und Normung der Recyclingprozesse. Unter Federführung der Fraunhofer-Einrichtung für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie IWKS soll daher im Rahmen des Projekts ,Standardisierung und Normung von Recyclingprozessen für Siliziumsolarmodule – ReSi-Norm’ ein ganzheitlicher Ansatz gefunden werden, der alle Faktoren zur Normung entlang des gesamten Wertstoffkreislaufs abdeckt.

Das Projekt wird gemeinsam mit den drei Verbundpartnern VDE Renewables GmbH, DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik in DIN und VDE sowie der Firma Hensel Recycling GmbH realisiert und soll neue Standards für das Recycling von PV-Modulen setzen und durch die Erarbeitung von Normungsvorschlägen die Abläufe auf nationaler und europäischer Ebene unterstützen.

Im Februar 2022 berichten die Fachblogs, daß Forscher des Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP und des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE gemeinsam mit dem größten deutschen Recyclingunternehmen für PV-Module, der Reiling GmbH & Co. KG, ein Verfahren entwickelt haben, mit dem das Silizium aus Solarzellen zurückgewonnen werden kann. Möglich ist damit das Recycling sämtlicher kristalliner Silizium-PV-Module, unabhängig von Hersteller und Herkunft. Die Entwicklung wird durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klima (BMWK) gefördert.

Bei dem Verfahren werden aus Nebenprodukten des mechanischen Aufbereitungsprozesses die Solarzellenbruchstücke abgetrennt und gesammelt. Die Zellbruchstücke im Größenbereich von 0,1 bis 1 mm werden im ersten Schritt durch verschiedene Sortierverfahren von Glas und Kunststoff befreit. Danach erfolgt durch naßchemisches Ätzen die schrittweise Entfernung des Rückseitenkontaktes, der Silberkontakte, der Antireflexschicht und letztendlich des Emitters.

Das derart gereinigte Silizium wird dann in Standardprozessen zu monokristallinen oder quasi-monokristallinen Ingots und anschließend zu Wafern weiterverarbeitet. Die daraus hergestellten PERC-Solarzellen zeigen bereits im ersten Versuch einen Zellwirkungsgrad von 19,7 %. Nun muß sich das neue Verfahren in der Praxis der Recyclingindustrie bewähren.

Die seit 1957 auf Glas spezialisierte Firma Reiling recycelt eigenen Angaben zufolge seit Mitte der 1990er Jahre auch PV-Module, vor allem Produktionsabfälle aus der PV-Industrie - bis diese aus Deutschland abwandert. Gegenwärtig hat das Unternehmen vier Erstbehandlungsanlagen für Solarmodule, die jedoch nicht mehr ausreichen, da inzwischen pro Monat bis zu 500 Tonnen Module angeliefert werden - so viel, wie früher während eines ganzen Jahres.

Mitte 2023 wird deshalb in Münster das Kompetenzzentrum Photovoltaik-Recycling errichtet, wo jährlich mehr als 10.000 Tonnen PV-Module einer Prüfung zur Wiederverwendung unterzogen bzw. dem Recycling zugeführt werden sollen. Das Recyclen eines Moduls kostet bei Reiling 2 - 3 €, und die Endprodukte sind Glas (Feinkorn), Silizium, Glas (Grobkorn), Busbars (verzinntes Kupfer) und Aluminium.

Im Mai 2024 vermeldet die Firma zwei technologische Durchbrüche: Zum einen wird die Glasqualität des zurückgewonnen PV-Glases deutlich gesteigert, und zum anderen wird die Siliziumrückgewinnung nun im industriellen Maßstab umgesetzt.

Im August 2022 folgen Berichte über ein kürzlich abgeschlossenes Forschungsprojekt des Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP, das unter dem Namen E2 - E-Quadrat. Erneuerbare Energien aus Erneuerbaren Rohstoffen lief und vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) gefördert wurde.

Dabei haben die Wissenschaftler des CSP zusammen mit weiteren Projektpartnern wie der Novo-Tech GmbH ein Solarmodul entwickelt, bei dem die Komponenten, die nicht direkt zur Licht-Strom-Umwandlung benötigt werden, aus biologisch abbaubaren Materialien, recyclebaren Materialien oder nachwachsenden Rohstoffen bestehen. Das 380 W Solarmodul, das als ,Bio-Modul-Prototyp’ innerhalb des Projekts entstand, zeichnet sich durch vier Besonderheiten aus.

Der Rahmen des Moduls besitzt einen hohen Holzanteil; die Zellverbindungen des Moduls sind nicht mit bleihaltigen Loten verbunden, sondern mit einem elektrisch leitenden Klebstoff; die Rückseitenabdeckung des Moduls besteht aus einer Folie, die zu 30 % aus recyceltem Polyethylenterephthalat (PET) besteht; und die Ethylenvinylacetat-Folie (EVA-Folie), die als transparente Kunststoffschicht bei der Produktion als Verkapselungsmaterial der Zellen dient, besteht zu 60 % aus biobasiertem ,Zuckerrohr-Ethylen’.

Die einzelnen Komponenten des Moduls werden intensiven Tests unterzogen, darunter beschleunigte Alterungs-, Wärme-, Feuchtigkeits- und Temperaturwechseltests. Diese bestätigen, daß alle verwendeten Materialien den aktuellen Modulstandards entsprechen.

Bereits im Oktober 2022 berichten die Blogs, daß das Europäische Photovoltaik-Recyclingzentrum (Centro Europeo de Reciclaje Fotovoltaico, CERFO) im spanischen Teruel, das sich bislang mit Methoden zur Bewertung von Paneelbestandteilen befaßt, nun „Europas erste Photovoltaik-Recyclinganlage“ plant. Die Forschungsarbeiten dazu finden in Zusammenarbeit mit dem Technologiezentrum CIRCE im Rahmen des Projekts Si-Recycle statt. Ein Zuschuß kommt vom Ministerium für Wirtschaft, Planung und Beschäftigung der Regierung von Aragonien. Bislang läßt sich eine Umsetzung aber noch nicht bestätigen.

Im Juli 2023 berichten aus Australien Ingenieure der University of New South Wales (UNSW) unter der Leitung von Prof. Yansong Shen, daß sie eine neue effektive Methode für das Recycling von Solarzellen entwickelt haben, mit der sich 99 % der Zellenbestandteile, einschließlich des Silbers, schnell und effizient trennen lassen.

Das bereits patentierte Verfahren umfaßt die Verwendung von Edelstahlkugeln als hochabrasives Siebhilfsmittel, und der Zerkleinerungs- und Siebprozess, der in einem Rüttelbehälter stattfindet, dauert etwa 5 - 15 Minuten. Anschließend wird eine herkömmliche chemische Auslaugung sowie eine Ausfällung eingesetzt, um die spezifischen Elemente wie reines Siliziumdioxid und Silber zu extrahieren, die etwa 0,05 % des Gesamtgewichts eines Paneels, aber rund 14 % des Materialwerts ausmachen.

Im November 2023 startet das dreijährige Forschungsprojekt RENEW, dessen Ziel es ist, gebrauchte Solarmodule effektiver und mit hohem Durchsatz zu prüfen sowie neue Reparaturmöglichkeiten zu entwickeln, um die Entsorgungsmenge zu reduzieren. Unter Koordination des Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) sind die Unternehmen 2nd Life Solar GmbH & Co. KG, ELMED Dr. Ing. Mense GmbH und HaWe Engineering GmbH beteiligt. Nach Erfahrungen der 2nd Life Solar sind momentan noch rund 70 % der aussortierten Module direkt betriebsfähig.

Wie im Dezember 2023 gemeldet wird, hat das Start-Up EtaVolt in Singapur eine automatisierte Recyclinganlage für Solarmodule namens Eta-Pod entwickelt, die den kostspieligen Transport der Module obsolet macht, da die patentierte mobile Recycling-Werkzeuglinie in Containergröße zur jeweiligen PV-Anlage gebracht wird und dort ihre Arbeit aufnimmt.

Die bislang nur vorbestellbare Recyclingmaschine soll mit ihrem automatisierten Prozeß eine Materialrückgewinnungsrate von > 90 % bei einer Reinheit von ebenfalls > 90 % erreichen. Eine Bestätigung dafür gibt es bislang nicht.

Forscher der Wuhan University und der Northeastern University in China berichten wiederum im Juni 2024, daß sie eine leicht skalierbare Methode entwickelt haben, um eine große Anzahl von Solarmodulen energieeffizient und umweltfreundlich zu recyceln.

Statt wie bisher Salpetersäure und andere Chemikalien einzusetzen, um das Silizium von den silbernen Drähten der Solarzelle zu trennen, ersetzt das chinesische Forschungsteam diese Säuren durch ein geschmolzenes Gemisch aus Natrium- und Kaliumhydroxid (NaOH/KOH). Ein anschließendes Filtrationsverfahren konzentriert 99 % des Silbers, so daß die Silbernitridschicht vollständig zurückgewonnen werden kann.

Im August folgt ein Bericht von Wissenschaftlern der australischen James Cook University, die ein Verfahren zur Synthese von ,grünem’ Graphen aus Mandarinenschalenöl entwickelt haben, das sie anschließend zur Rückgewinnung von Silber aus PV-Abfallmaterial verwenden. Um die Qualität des synthetisierten Graphens und des zurückgewonnenen Silbers zu demonstrieren, stellen sie einen silberverstärkten SPE-Dopaminsensor her, dessen Leistung die von Referenzgeräten übertrifft.

Die nächsten Schritte für das Team sind die Optimierung des grünen Syntheseprozesses, um seine Skalierbarkeit und Wirtschaftlichkeit zu verbessern und ihn letztlich in die bestehende PV-Recycling- und E-Schrott-Infrastruktur zu integrieren.

Außerdem melden Forscher der italienischen Universität Camerino - ebenfalls im August - eine neue Methode zur Rückgewinnung von Silber aus ausgedienten Solarzellen durch eine Kombination von hydrometallurgischen und elektrochemischen Verfahren. Bei hydrometallurgischen Verfahren oder Auslaugung werden Metalle mit Hilfe wäßriger Lösungen extrahiert, während bei elektrochemischen Verfahren elektrische Ströme eingesetzt werden, um Reaktionen in Metallen auszulösen.

Mit dem Verfahren läßt sich reines Silber mit einer Effizienz von 98 % zurückgewinnen. Die Studie wurde in Zusammenarbeit mit ORIM durchgeführt, einem italienischen Unternehmen, das auf die Rückgewinnung von Metallen aus festen Abfällen spezialisiert ist. Der vollständig einsehbare Bericht trägt den Titel ,Silver recovery from silicon solar cells waste by hydrometallurgical and electrochemical technique’.

Wie sehr das Thema Recycling von Solarmodulen an Wichtigkeit gewinnt, läßt sich anhand der Meldungen alleine nur im September 2024 - zum Zeitpunkt des aktuellen Updates - ermessen:

Das in Venedig ansässige Unternehmen 9-tech hat die Pilotanlage eines thermomechanischen Verfahrens zum Recycling ausgedienter PV-Paneele mit einer Rückgewinnungsquote von 87 % entwickelt; das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung (ZSW) arbeitet gemeinsam mit den Unternehmen Solaveni und Solar Materials im Forschungsprojekt PeroCycle an einem industriellen Verfahren zum Recycling von Perowskit-Solarmodulen; ein Forschungsteam aus Wissenschaftlern der australischen University of New South Wales (UNSW) und der Kunming University of Science and Technology in China verwendet zum ersten Mal tief eutektische Lösungsmittel (Deep Eutectic Solvents, DESs) zur Abtrennung von EVA-Folien ausgediente PV-Paneele, was zu einer 100 %-igen Abtrennungsrate bei einer Aluminiumentfernungseffizienz von 98,4 % führt; und die chinesische Firma Trina Solar behauptet, das „weltweit erste vollständig recycelbare“ 645 W PV-Modul entwickelt zu haben, das mit Reagenzien zur Trennung der Zwischenschichten, chemischer Ätztechnik und naßchemischer Silberextraktionstechnik hergestellt wurde.

Darüber hinaus startet die Technische Universität Ilmenau zusammen mit dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE im Oktober ein großangelegtes Forschungsprojekt namens SustEnMat (Sustainable Energy Materials) zur Nachhaltigkeit hocheffizienter Energiematerialien. Mit diesen kann zum Beispiel der Wirkungsgrad von Solarzellen im Vergleich zu herkömmlichen Siliziumsolarzellen erheblich gesteigert werden. Das Ziel ist letztlich eine möglichst ökologisch verträgliche Kreislaufwirtschaft, weshalb u.a. die bislang genutzten kritischen, weil seltenen oder giftigen Materialien durch den verstärkten Einsatz von Aluminium und Phosphor reduziert oder gar ersetzt werden sollen.

Wer sich tiefer mit dem aktuellen Stand der Technik beim Recyceln von PV-Paneelen befassen möchte, sollte sich die im Januar 2023 begonnene ausgezeichnete Artikelserie von Petra Franke auf energiezukunft.eu ansehen, die die unterschiedlichsten Facetten rund um das Recycling von Photovoltaikkomponenten beleuchtet.

Die Webseite enfsolar.com listet im Jahr 2024 weltweit 60 Unternehmen auf, die Recycling-Service für Solar-PV-Hersteller anbieten, allerdings ohne Details darüber, welchen technologischen Stand diese haben bzw. welche Quantitäten die bearbeiten.

Der jüngste Bericht des IEA Photovoltaic Power Systems Programme (IEA-PVPS) der Internationalen Energieagentur über das Recycling von Solarmodulen, der im Juli 2024 erscheint, bietet einen umfassenden Überblick über alle bestehenden Technologien in diesem Marktsegment, vom rein mechanischen Recycling bis hin zu innovativen Techniken wie Lichtimpuls-Behandlung, Wasserstrahlreinigung, Pyrolyse und chemischen Behandlungen (,Advances in Module Recycling – Literature Review and Update to Empirical LCI Data and Patent Review’).

Der Bericht zeigt einen Meilenstein in der weltweiten Photovoltaik-Kapazität auf, die 2022 einen Wert von 1 TW überstieg, und unterstreicht die dringende Notwendigkeit, die wachsende Zahl defekter und ausgedienter PV-Module zu bewältigen. Er enthält daher Details zu 177 kommerziellen PV-Recyclern und Ausrüstungsanbietern, gegenüber nur 25 Unternehmen in einer Studie aus dem Jahr 2017.

Mehrere Recycler haben für den Bericht Lebenszyklusinventardaten (LCI) über Recyclingprozesse, Energieverbrauch und Materialrückgewinnung vorgelegt. Drei von ihnen sind aus Deutschland: Reiling Glas Recycling, LuxChemtech und Flaxres; zwei aus Frankreich: ROSI und Envie 2E Aquitaine; sowie Tialpi aus Italien; NPC aus Japan; und First Solar aus den USA.

Eine weltweite Patentrecherche ergibt derzeit 456 Patente, wobei 80 % davon auf Recyclingverfahren für Module auf Siliziumbasis, Zellmetalle, Polymere, Glas oder Geräte abzielen, während eine ebenfalls weltweite Literaturrecherche auf 569 relevante Arbeiten und Veröffentlichungen verweist.

 

Nach diesem Exkurs, der bis zum Datum des jüngsten Updates Mitte 2024 reicht, soll es nun mit der allgemeinen Übersicht Entwicklung der photovoltaischen Nutzung im Jahr 2011 weitergehen. Zuerst ein paar Designs und Umsetzungen aus dem Consumer-Bereich.

Im Januar wird der Entwurf einer Solaruhr des Designers Olivier Demangel gezeigt, die eine sehr ansprechende Ästhetik besitzt - vielleicht, weil es aussieht wie ein Gerät, mit dem ein Science-Fiction-Held durch die Zeit springen würde.

Die für das Tokyoflash Japan Product Design Studio entworfene Solaris V1 verfügt über eine Solarzelle als - wortwörtlich - zentralen Bestandteil des Designs. Die Zeit wird durch verschiedenfarbige LEDs an dem umlaufenden Kreis und den vier verbindenden Querbalken angezeigt. Verwirklicht wurde die Uhr bislang aber nicht.

Eine interessante Umsetzung bildet die solarbetriebene tragbare Boom-Box von Eton, die erstmals auf der Consumer Electronics Show (CES) im Januar 2011 in Las Vegas vorgestellt wird. Die überarbeitete und größer gestaltete Version des Soulra NSP400B Soundsystem für iPod und iPhone geht als Soulra XL im Mai in den Vertrieb. Die innovativen acht Lautsprecher mit einer Gesamtleistung von 22 W erzeugen einen Sound, der stark genug ist, um in kürzester Zeit eine Party im Freien zu starten.

Der kabellose mobile Lautsprecher wiegt nur etwa 3,5 kg, und die extragroße (XL) Größe ist vor allem dem verstärkten monokristallinen Solarpaneel zu verdanken, das eine kürzere Ladezeit ermöglicht und auch eine längere Lebensdauer verspricht. Eine volle Ladung des eingebauten 2.000 mAh Lithium-Ionen-Akkus reicht für fünf Stunden Musik, der Preis beträgt 300 $.

Schon Anfang 2012 folgt mit dem Modell Rukus (o. Rukus Solar) eine weitere solarbetriebene Boombox von Eton, die sich mittels ,One-Touch-Pairing' mit jedem beliebigen Bluetooth-fähigen Musikplayer verbinden läßt. Das kabelloses Soundsystem mit Breitbandlautsprechern besitzt einen Lithium-Ionen-Akku im Inneren und ein 250 cm² großes monokristallines Solarpaneel auf der Oberseite.

Die Rukus Solar Boombox ist mit einem Griff ausgestattet, um sie draußen zu tragen. Das E-Ink-Display ist auch bei direkter Sonneneinstrahlung gut ablesbar. Nach sechs Stunden Ladezeit lassen sich über acht Stunden Musik abspielen. Außerdem kann über einen USB-Ausgang das eigene Smartphone aufgeladen werden. Das Gerät Solar kostet 150 $ und ist in den Farben Schwarz, Grün und Weiß erhältlich. Eine nicht-solare Version ist für 100 $ erhältlich.

Im Februar 2011 folgt unter dem Namen Starrynight das Design einer Kombination aus Licht und Nachtlicht, die den nächtlichen Sternenhimmel nachbildet und gleichzeitig energieeffizient ist.

Der Entwurf der Designer Lin Hui-Hsiung, Huang Shao-Wei, Yang Wen-Hsun und Chiang Chung-Kai verfügt über ein transparentes, lichtsammelndes Modul, das von den Mechanical and Systems Research Laboratories (MSL) und dem Industrial Technology Research Institute (ITRI) entwickelt und bereitgestellt wurde und als Lampenschirm fungiert.

Die innenliegende Photovoltaikschicht lädt eine Batterie auf, um die Nachtlichtfunktion zu betreiben, welche die ,Sterne' aufleuchten läßt.

Vom Gesamtkonzept her ähnlich ist der Entwurf mit dem Namen Fully Precious Beans, der im Januar 2012 in den Blogs gezeigt wird und die sowohl im Zimmer als auch außerhalb des Hauses praktisch zu nutzen ist.

Die von Yang Wonmo entworfene tragbare kleine Solarlampe wird in einem Set aus drei Kugeln geliefert, um nicht nur im Haus, sondern auch an anderen Orten einsetzbar zu sein, z.B. im Außenbereich oder auf einen Campingplatz. In ihrer halbkugelförmigen Schale sehen diese Kugeln wie astrologische Kristallkugeln aus. Abdunkeln lassen sie sich, indem eine Art Haube darüber gestülpt wird.

Die umweltfreundliche Solarleuchte wird vollständig von der Sonne betrieben und ist daher kabellos. Die Solarzellen befinden sich in dem ovalen tragenden Tablett. Umgesetzt wurde das Konzept noch nicht.

Im März stellt Samsung auf der Elektronikmesse CeBIT 2011 in Hannover einen neuen solarbetriebenen LCD-Fernseher vor, der völlig unabhängig vom Stromnetz arbeiten kann. Der 46-Zoll-Prototyp, der sehr wenig Energie verbraucht, verfügt über Solarpaneele, die diese Energie von den Lichtquellen in der Umgebung aufnehmen. Er hat eine Auflösung von 1920 x 1080 Pixeln und besitzt eine Zehn-Finger-Touchscreen-Funktion. Die Spezifikationen in Bezug auf Helligkeit, Bildwiederholrate oder Farbwiedergabe sind noch nicht verfügbar.

Ein weiterer Durchbruch besteht darin, daß der dünne Bildschirm Bilder und Informationen anzeigen kann und gleichzeitig Objekte hinter ihm sichtbar sind - was bedeutet, daß die Anwendungsmöglichkeiten von Autoscheiben-HUDs bis hin zu Schaufensteranzeigen und digitalen Jalousien reichen.

In den Kommentaren wird betont, daß der Entwurf noch besser wäre, wenn die Solartechnologie direkt in das transparente Displaymaterial integriert wäre - woran z.B. Forscher an den Brookhaven und Los Alamos National Laboratories des Energieministeriums beschäftigt sind. Später erweist sich, daß die Aussagen von Samsung mißverstanden wurden, denn tatsächlich sind keine Solar-Paneele beteiligt, um den LCD-Bildschirm mit Strom zu versorgen, sondern das Umgebungslicht wird nur genutzt, um die übliche Hintergrundbeleuchtung zu ersetzen.

Eine tatsächliche Anwendung der Technologie, technische Objekte mit Solarzellen im Display zu laden, begegnet uns dafür bei dem solarbetriebenen Handy des französischen Start-up Wysips (What You See is Photovoltaic Surface) aus Lambesc, das hierfür eine transparente, 0,1 mm dünne Photovoltaik-Folie entwickelt hat. Diese kann auf das Display eines jeden Handys oder Smartphones aufgebracht werden und wandelt das Licht der Sonne oder einer Lampe in Strom um.

Die Beschichtung enthält Streifen von transparenten photovoltaischen Zellen - und über den Zellen befindet sich eine Schicht zylindrischer, linsenförmiger Linsen, die es dem Benutzer ermöglichen, das Licht auf dem Bildschirm unverzerrt zu sehen. Nach Angaben von Wysips sind sechs Stunden Sonnenlicht nötig, um den Akku vollständig aufzuladen. Für ein Gespräch von 30 Minuten reiche bereits eine Stunde aus, während die Ladezeit in geschlossenen Räumen ungefähr einen Tag beträgt.

Die Firma hofft, daß die Technologie auch in Tablets und E-Readern eingesetzt werden kann, und arbeitet bereits an einem Modell der nächsten Generation, das mit einer Stunde Ladezeit 30 - 60 Minuten Gesprächszeit ermöglichen soll. Ein Prototyp wird erstmals 2013 auf der Mobilfunkmesse CTIA Wireless vorgestellt.

Im März 2014 stellt TAG Heuer ein Luxus-Handy vor, das sich übers Display auflädt. Das Modell TAG Heuer Meridiist Infinite, das vom französischen Hersteller Atelier Haute Communication exklusiv für die Schweizer Uhrenmarke gefertigt wird, nutzt hierfür die Wysips Crystal Technology,  die in den Saphirglas-Bildschirm integriert ist.

Das Telefon - eine Hommage an den ersten Armaturenbrett-Chronometer, den TAG Heuer 1911 patentiert hat - besteht aus Titan, Karbon und Gummi und soll lediglich in einer limitierten Edition von 1.911 Stück gebaut werden. Es ist geplant, daß es im Juli auf den Markt kommt, zu einem bislang nicht genannten Preis. Das erste (konventionelle) Mobiltelefon, das Tag Heuer im Jahr 2008 vorgestellt hatte, hieß ebenfalls Meridiist und kostete damals 6.200 $.

Von dem neuen Meridiist Infinite existiert zwar eine beeindruckende 3D-Animation, doch läßt sich nicht das geringste darüber finden, daß es jemals in Produktion ging. Auch auf der Firmenhomepage ist nichts mehr veröffentlicht. Über die Wysips Crystal Technology berichte ich ausführlicher im Kapitelteil der verschiedenen Solarzellentypen.

Als nächster Schritt wird im März 2015 auf dem Mobile World Congress in Barcelona ein Handy gezeigt, das auf dem Torque von Kyocera basiert und zusammen mit der 2008 gegründeten Firma Sunpartner Technologies entwickelt wurde, die mit ihrer Wysips Crystal-Technologie punkten will - denn dem aktuellen Informationsstand zufolge ist die Technologie tatsächlich von Sunpartner entwickelt worden, während das o.g. Start-up Wysips augenscheinlich nur eine 2010 gegründete und bald darauf wieder geschlossene Tochtergesellschaft darstellt.

Ein Wysips-Layer kann unter idealen Bedingungen derzeit 5 mW/cm² liefern, was zumindest ausreichen soll, um ein Smartphone soweit mit zusätzlicher Energie zu versorgen, daß der Akku keine Energie verliert, wenn sich das Mobiltelefon im Standby befindet. Kyocera will die Technologie in seinen Outdoor-Handys einsetzen. Innerhalb eines Jahres soll die Technologie in Endkundenprodukten verbaut werden.

Erfolg ist dem Ansatz aber nicht beschieden, und das französische Photovoltaik-Glastechnologieunternehmen Sunpartner Technologies - eigentlich ein Vorreiter bei der Entwicklung und Integration von Solarglas für die Sektoren Bau, Verbraucherelektronik und Verkehr - meldet Anfang 2019 Insolvenz an, nachdem es erst zwei Jahre zuvor in Rousset, in der Nähe von Aix-en-Provence, ein neues Werk eröffnet und dafür von der Europäischen Investitionsbank ein Darlehen über 15 Mio. € erhalten hatte, mit dem das Unternehmen auch seine Forschungs- und Entwicklungsprogramme stärken wollte.

Außerdem hatte man im Januar 2017 eine Lizenzvereinbarung mit dem PVcomB - Kompetenzzentrum Photovoltaik Berlin des Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) unterzeichnet, um dessen Expertise für die Massenproduktion von speziellen Wysips-Beschichtungen zu nutzen. Was daraus geworden ist, ließ sich bislang nicht herausfinden.

Im April 2011 wird ein besonders vielseitiges und tragbares Solarladegerät gezeigt, das von von den MIT-Absolventen Jordan Jerome McRae und Shawn Michael Frayne entwickelt wurde. Letzterer ist uns schon mehrfach begegnet, nicht zuletzt als Erfinder des Windbelt, der den luftelastischen Effekt nutzt, um aus Wind Strom zu erzeugen (s.d.).

Die nun vorgestellten solarbetriebenen B-Squares bilden eine Kollektion von modularen 3D-Energiespeichern, die in verschiedenen Konfigurationen angeordnet werden können, je nachdem, welche Art von Gerät mit Strom versorgt werden soll. Die B-Squares verfügen hierzu über eine ,klebrige' Mikrosaugfläche sowie magnetische und elektrische Kontakte an jeder Ecke, um elektrische Signale aneinander zu übertragen, so daß sie sich leicht miteinander verbinden lassen.

Wird ein einzelnes Quadrat gedreht, ändert sich sein Stromkreis, je nachdem, wie es angeschlossen ist. Zurzeit gibt es sechs verschiedene Arten von Quadraten. Dazu gehört das Solar-Quadrat, das ein 0,25 W Solarzelle enthält, die an Fensterscheiben geklebt werden kann; ein Batterie-Quadrat mit drei wiederaufladbaren AAA-NiMH-Batterien; ein mehrfarbiges LED-Quadrat mit drei Lichtern; ein iPhone-Quadrat mit einer iPhone/iPod-Dockingstation, einem USB-Anschluß und Stereoausgängen; ein Arduino-Quadrat, das einen Mikrocomputer enthält; und ein Proto-Quadrat, das aus einer Lochrasterfläche besteht, auf der elektronisch begabte Benutzer ihre eigene Art von Quadrat erstellen können.

Die Quadrate können Seite an Seite, von oben nach unten oder gestapelt verbunden werden. Auch können mehrere Solar-Squares parallel geschaltet werden, um den Gesamtstrom zu erhöhen, oder in Reihe, um die Spannung zu erhöhen. Um den Gesamtstromkreis einer B-Squares-Anordnung zu verändern, kann ein Quadrat einfach gedreht werden - das LED-Quadrat zum Beispiel zeigt je nach Drehung unterschiedliche Farben an. McRae und Frayne haben ein komplettes ,Rezeptbuch’ mit verschiedenen Konfigurationen zusammengestellt.

Die im Februar 2012 zum Patent angemeldeten B-Squares (US-Nr. 20120218211) sollen im Mai die Prototypenphase verlassen und anschließend zu einem noch nicht genannten Preis in den Verkauf gehen. Eine Crowdfunding-Kampagne auf Kickstarter, die im Mai startet, bringt innerhalb von fünf Wochen von 1.110 Unterstützern 145.034 $ ein, was beträchtlich über den ursprünglichen Zielbetrag von 25.000 $ liegt. Im Oktober wird die Verschiffung der Bestellungen gemeldet - doch die Reaktionen sind sehr gemischt, weshalb das Projekt wohl nicht weitergeführt wird.

Statt dessen wendet sich Frayne dem nächsten Projekt namens Solar Pocket Factory zu, diesmal gemeinsam mit Alex Hornstein. Die beiden Erfinder arbeiten daran, die Welt der kleinen Solarzellen zu revolutionieren, wozu im August 2012 ebenfalls eine Crowdfunding-Kampagne gestartet wird. Diesmal sind es 1.174 Unterstützer, die 77.504 $ beitragen, um dieses Projekt zu verwirklichen, dessen Zielbetrag bei 50.000 $ lag.

Die Solar Pocket Factory ist eine kleine, automatisierte Fabrik zur kostengünstigen Herstellung von Solarmodulen an jedem beliebigen Ort der Welt. Um das Projekt zu unterstützen, gibt es für 35 $ ein Solar Pocket Kit, einen kleinen Bausatz, der alles enthält, was man braucht, um eigene Solarzellen herzustellen. Und für 60 $ gibt es das Experimenter’s Kit, das eine Reihe von Dingen enthält, die sich mit den selbstgebauten Solarzellen betreiben lassen: LEDs, ein Transistorradio, einige Ladegeräte für Mobiltelefone, ein Gleichstrommotor und ein Nickel-Metallhydrid-Akkupack.

Um auch das Smartphone mit Strom zu versorgen, kann man 100 $ für das Solar Phone Charge Kit investieren, das mit einem USB-Anschluß geliefert wird, um eine Lithium-Batterie aufzuladen. Diesmal gehen die 1.230 bestellten Kits im April 2013 in den Versand.

Das ultimative Ziel von Frayne und Hornstein ist jedoch die Herstellung von Produktionsmodellen der Solarpaneel-Maschine - angetrieben durch Solarenergie. Damit sollen die Arbeitskosten für die Herstellung kleiner Paneele (Solettes) gesenkt werden, die ihrer Meinung nach zwei- bis dreimal teurer pro Watt sind als große Paneele. Im September 2012 wird ein YouTube-Video veröffentlicht, in dem die ,Fabrik' für Mikro-Solarpaneele zu sehen ist, die klein genug ist, um auf einen normalen Tisch zu passen (Printing Solar Panels in the Backyard).

Die Erfinder hoffen, die Solar Pocket Factory, deren Preis derzeit auf etwa 50.000 $ geschätzt wird, irgendwann an lokale Hersteller in der Dritten Welt verkaufen zu können. Bislang sind aber noch keine weiteren Schritte gemeldet worden.

In Bezug auf Ladegeräte sind 2011 nur zwei erwähnenswert, die beide im Juni vorgestellt werden. Dies ist einmal das Konzept einer tragbaren autonomen Solareinheit für Camper, die die 2008 gegründete Schweizer Firma iLand Green Technologies SA aus Neuchâtel entwickelt hat. Das Unternehmen stellt bereits mobile Solarladegeräte (FLY) her und entwickelt integrierte Lösungen im Bereich der autonomen Solaranlagen (z.B. Markisen).

Das iLand (o. iLand TREK Portable Solar Charger) getaufte tragbare Solar-Power-Pack wiegt weniger als 10 kg und besteht aus zwei Teilen, einem Generator und einer mit Solarzellen bestückte Matte nebst Halterung, die einfach zusammengeschraubt werden kann.

Die Matte wird vor Ort ausgerollt und mit der Halterung in der Sonne aufgestellt. Dann werden die Solarzellen an den Generator angeschlossen, in dem sich eine 200 Wh Batterie befindet. Die vom System erzeugte Energie wird gespeichert und kann z.B. zum Betrieb von LED-Lampen verwendet werden. Das Basisset wird mit vier LED-Lampen, zwei USB-Anschlüssen, einer Universal-Zigarettenanzünderbuchse und acht LED-Lampenanschlüssen geliefert.

Im Januar 2014 gewinnt der tragbare iLand TREK den Preis der ISPO München in der Kategorie Outdoor/Energieversorgung - und die Firma beteiligt sich, wie schon im Vorjahr, am Marathon Des Sables (MDS) in Marokko, wobei diesmal Innovationen wie ein voll ausgestatteter solarer 6x6-Wüsten-LKW, aufblasbare Solarsysteme sowie der Prototyp eines Solar-Luftschiffs mit dabei sind, das verschiedene Geräte wie Kameras und die Funkübertragung mit Strom versorgt.

Nach den entsprechenden FB-Einträgen im Mai gibt es allerdings keine weiteren Neuigkeiten - und die Firma iLand Green Technologies SA geht im Mai 2016 in Liquidation und wird nach Abschluß des Konkursverfahrens im Oktober gelöscht.

Das zweite Solarladegerät stammt von dem Industriedesigner Wei-Chih Hsu aus Taipei, Taiwan. Bei dem treffend als Solar Stand bezeichneten Gerät handelt es sich im Grunde um einen stilvollen, tragbaren Ständer für Smartphones oder Tablets, in den zwei Solarpaneele und ein Lithium-Ionen-Akkupack integriert sind.

Der Designer hat sich damit ein einfaches und benutzerfreundliches System ausgedacht, bei dem Geräte wie Mobiltelefone, Smartphones und Tablets entlang der Stützen der beiden faltbaren Solarpaneele aufgestellt werden können, die in verschiedenen Winkeln eingestellt werden können. Sobald sie in ihrer Position fixiert sind, kann sie der Solarständer mit Solarstrom versorgen. Die erzeugte Energie  wird in der Li-Io-Batterie gespeichert, und das Endgerät kann über ein Micro-USB-Kabel direkt von dort aufgeladen werden.

Die Oberflächen, die Kanten der Solarpaneele und sogar der untere Teil des Ladegeräts sind mit robusten Gummiplatten mit höherer Reibungsqualität versehen, damit die Geräte leichter gehalten werden, ohne daß die Gefahr besteht, daß sie von den Oberflächen abrutschen. Zusammengeklappt  fungiert das Konzept als voll funktionsfähiges, solarbetriebenes Ladegerät für eine Vielzahl elektronischer Kleingeräte. Realisiert wurde der Solar Stand bislang aber nicht.

Neben den diversen Solartaschen, die in den vergangenen Jahresübersichten aufgeführt sind, ist im Jahr 2011 eigentlich nur ein einziges Modell ästhetisch so befriedigend, daß er hier erwähnt werden soll. Dabei handelt es sich um eine im Mai präsentierte Damenhandtasche Solar Handbag des dänischen Designstudios DIFFUS.

Anstatt ein einzelnes flexibles Dünnschicht-Solarmodul auf der Seite der Tasche zu plazieren, haben die Designer 100 kleinere monokristalline Silizium-Solarzellen über die Oberfläche der Tasche verteilt, die an überdimensionale Pailletten erinnern. Die Oberfläche der Tasche ist außerdem mit einer Kombination aus normaler Stickerei und leitfähiger Stickerei bestickt, die die von den ,Solarpailletten’ gewonnene Energie an eine in einem kleinen Fach versteckte Lithium-Ionen-Batterie weiterleitet.

Mit einem Wirkungsgrad von 9 % und einer Gesamtleistung von 2 W sind die Solarelemente in der Lage, ein mobiles Gerät sowie die Batterie der Tasche aufzuladen, selbst bei geringer täglicher Sonneneinstrahlung. Eine weitere Besonderheit ist, daß die Batterie auch optische Fasern im Inneren der Tasche versorgt, die aufleuchten, wenn die Tasche geöffnet wird, um das Auffinden von Gegenständen zu erleichtern. Preise oder Details zur Verfügbarkeit hat DIFFUS noch nicht bekanntgegeben.

Das Prinzip der kleinen Solarkacheln findet auch anderswo Anwendung. So konstruiert der in Brooklyn ansässige Performer, Autor und interaktive Elektronikkünstler Andrew Schneider einen Solar Bikini, der aus 40 kleinen, zusammengenähten flexiblen PV-Streifen und leitfähigem Garn besteht. Diese Zellen sind so gestaltet, daß sie genügend Strom erzeugen, um über den USB-Anschluß am Bikini Mobiltelefone, iPods und ähnliche Gerät zu versorgen.

Obwohl der im Juni 2011 erstmals vorgestellte und iKini getaufte Zweiteiler einen 5 V Ausgang hat, wird nichts von dieser Energie im Anzug gespeichert, so daß es vollkommen sicher ist, damit ins Wasser zu gehen. Es ist nur wichtig, daß der Bikini vollständig trocken ist, bevor man wieder ein Gerät an ihn anschließt.

Schneider verbringt 80 Stunden damit, jedes Stück von Hand anzufertigen, wobei die verschiedenen Teile auf Bestellung gefertigt werden, zu einem Preis von rund 120 £ (andere Quellen: unter 200 $; ab 500 $). Schneider entwickelt auch die iDrink - Boardshorts für Männer, die ein Bier oder Softdrinks mit Hilfe eines USB-Anschlusses kühlen können -, die diesen Sommer auf den Markt kommen soll. Leider ist davon später nichts mehr zu hören.

Ebenfalls im Juni wird das Konzept eines multifunktionalen, modularen Lebensmittelsystems namens Totem (o. Electrolux Totem) vorgestellt, das die perfekte Lösung für alle wäre, die in einer kleinen Wohnung oder auf Reisen leben, denn aufgrund seines einfachen Designs kann dieses Gerät in jeder Situation eingesetzt werden.

Der Entwurf des britischen Designers Nick Morris ermöglicht durch einfaches Stapeln und Umdrehen der Einheiten zu kochen oder verschiedene andere Aufgaben in der Küche wahrzunehmen. Jedes Gerät hat die gleichen Fähigkeiten zum Kochen, Reinigen, Kühlen und Einfrieren. Die Betriebsart wird durch die Ausrichtung bestimmt. Will man einen Kuchen backen, werden mehrere Geräte zu einem Sechseck zusammengestellt - und wenn man etwas braten will, dreht man sie einfach um.

Das Wesentliche ist, daß Totem externe keine Stromquelle benötigt, da die Außenseiten mit der aufgesprühten Dünnschicht-Technologie des norwegischen Unternehmens EnSol beschichtet ist, die ausführlich im Kapitelteil Solarzellen-Spray beschrieben wird. Es ist allerdings fraglich, ob damit die fürs Kochen erforderliche Leistung tatsächlich erreicht wird - aber als Idee ist das Konzept erwähnenswert.

Im Juni 2011 berichten die Blogs über eine Aktion des finnischen Telekommunikationskonzern Nokia Corp., bei der vier Handys vom Typ Nokia C1-02 mit einem auf der Rückseite angebrachten Solarpaneel in verschiedenen Teilen der Welt unter unterschiedlichen Lebensbedingungen und Umgebungen verteilt werden, um die Machbarkeit eines solarbetriebenen Mobiltelefons zu testen. Zur Erinnerung: Nokia war bereits 1997 der erste Handyhersteller, der ein Solarpaneel auf ein Handy montierte.

Die Lokki genannten Telefone werden in Kenia, Utsjoki, Schweden und auf einem Boot eingesetzt, das um die Ostsee segelt, wobei eine Blackbox im Inneren des Telefons die Menge an Sonnenenergie aufzeichnet, die während der Testphasen bei der realen Nutzung des Telefons zur Verfügung steht.

Die Nutzer kommen aus den unterschiedlichsten Bereichen - in Kenia ist der Tester ein Wachmann in Nairobi, während es oberhalb des Polarkreises in Utsjoki ein Forschungstechniker an einer örtlichen Universität ist. In Schweden testet eine 16-jährige Pfadfinderin das Gerät und seine Solarladefunktionen während eines Pfadfinderlagers.

Als die Ende des Jahres die Ergebnisse des Testlaufs vorliegen, zeigt sich, daß der Nutzen von Solarpaneleen nicht nur vom Lebensstil des Handybesitzers, sondern auch sehr stark vom Wohnort abhängt. Am deutlichsten profitierte Amos in Kenia vom Testgerät - allerdings nicht nur wegen des kenianischen Klimas, sondern hauptsächlich weil er wegen seines Berufs immer an der selben Stelle bleiben konnte und sein Handy nebenbei in die Sonne legte.

Sobald eine Testperson aber viel unterwegs ist und infolgedessen ihr Handy einsteckt, kann die Technik ihren Nutzen nicht entfalten. Abgesehen vom geringen Nutzen, der nun aufgezeigt wurde, seien auch nur sehr wenige Kunden bereit, mehr für ein Solarpaneel am Telefon zu bezahlen. Die Technik könnte allerdings in Ländern, in denen der Zugang zu Strom schwierig ist, von Vorteil sein.

In den USA kommt im Juli 2011 der erste sonnenbetriebene Laptop zu einem Verkaufspreis von 399 $ auf den Markt. Der leichtgewichtige NC215S von Samsung verfügt über einen Intel Dual-Core Prozessor, 1 GB RAM und ein mattes 10,1 Zoll Display, das Blendeffekte reduziert. Das LED-hintergrundbeleuchtete Display mit Antireflexionsbeschichtung ist laut Samsung zudem 50 % heller ist als ein durchschnittlicher Computer, was für die Arbeit in der hellen Außenumgebung sehr wichtig ist.

Das Besondere an diesem Netbook, das zuerst in Afrika unter großem Beifall veröffentlicht worden war, ist jedoch sein Deckel, der mit Solarzellen bedeckt ist und einen Sechs-Zellen-Akku auflädt. Jeweils zwei Stunden Sonnenlicht verlängern die Akkulaufzeit um eine Stunde. Unter idealen Bedingungen soll das Netbook eine Akkulaufzeit von über 14 Stunden haben. Der USB-Anschluß verfügt über eine Sleep-and-Charge-Funktion, die das Aufladen externer Geräte ermöglicht, wenn der Computer ausgeschaltet. Im August soll der NC215S dann auch in Russland verfügbar sein, dort dann allerdings für 500 $.

Passend an dieser Stelle: Im September wird auf der Entwicklerkonferenz Intel Developer Forum (IDF) in San Francisco erstmals die neue Haswell-CPU von Intel vorgestellt, ein Chipsatz, der seinen Betriebsstrom ausschließlich aus einer briefmarkengroßen Solarzellen bezieht und 20 Mal weniger Energie verbraucht als andere gleichstarke Chipsätze. Tatsächlich verbraucht der Prozessor so wenig Energie, daß er mit dem Licht einer normalen Glühbirne betrieben werden kann. Er soll zukünftig in Intels Ultrabooks zum Einsatz kommen.

Der solarbetriebene Chipsatz umfaßt natürlich nicht die übrige Hardware des Computers - Tastatur, Bildschirm, Hauptplatine, Festplatten usw. -, aber der Prozessor ist ein enormer Stromfresser, und es wird erwartet, daß die Verbesserung der Energieeffizienz die Gesamtenergieerhaltung der Computerbatterien erheblich verbessern wird. Die neue 22-Nanometer-3D-Transistor-Architektur verspricht, die Akkulaufzeit des Computers auf 24 volle Stunden und zehn Tage im Connected-Standby-Modus zu erhöhen. Laut Intel wird der Chip 2013 verfügbar sein.

Ein überaus verblüffendes Konzept, bei dem die Sonnenstrahlung in zweierlei Form genutzt wird, erscheint im September in den Blogs.

Der Tanning Printer der Designer Hosung Jung, Junsang Kim, Seungin Lee und Yonggu Do aus Südkorea ist ein solarbetriebener Drucker, der keine Tintenpatronen verwendet. Stattdessen nutzt er eine als Druckerkopf hin und her gleitende Linse an der Oberseite des Geräts, die das direkte Licht einfängt. Diese Energie wird dann umgewandelt und einer Thermospule zugeführt, die den Text auf das Papier ,brennt’.

Im Gegensatz zur heutigen Technologie des Thermodrucks, die wärmeempfindliches Spezialpapier erfordert, kann der Tanning Printer normales Papier zum ,Bedrucken’ verwenden, die Texte oder Grafiken allerdings nur in schwarz-weiße ausgeben. Die Oberfläche des schlanken und eleganten Design besteht zudem aus versteckten Solarzellen, und es gibt eine eingebaute Batterie, um einen Teil der Tageslichtstrahlen zu speichern.

Das Designteam soll den kabellosen Drucker seitdem weiterentwickelt haben, um die Effizienz zu verbessern, es läßt sich aber nichts darüber finden.

Im Oktober 2011 ist auf der British Invention Show ein Solar-Pflanzentopf zu sehen, der auf der Suche nach Sonnenlicht selbständig auf der Terrasse oder durch den Garten herumfahren kann.

Der Plant’o’matic von Luc Desanne ist der Prototyp einer Pflanze der Zukunft und besitzt kleine Solarpaneele sowie einen dreirädrigen Bewegungsapparat, der allerdings sehr gebastelt aussieht. Weitere Details werden nicht genannt - so daß es sich auch um einen Scherz handeln kann. Bei der Recherche stellt sich jedenfalls heraus, daß es den mobilen Blumentopf schon seit dem Jahr 2006 gibt.

Etwas ernster scheint mir der Ansatz von Xiaolong Mu zu sein, der im Januar 2015 in den Blogs veröffentlicht wird. - zumindest in Anbetracht der umfangreichen Elektronik, die in dem Topf integriert ist. Das Projekt wird auf der ITP Winter Show in New York vorgestellt und verspricht, Zimmerpflanzen in handlungsfähige Lebewesen zu verwandeln. Allerdings gibt es keine Angaben zu der Schnittstelle zwischen Elektronik und Pflanze.

Der Chasing Sunlight genannte Prototyp hat Lichtsensoren und motorisierte Räder, die es den Pflanzen ermöglichen, sich selbst zu bewegen, um die optimale Beleuchtung zu finden. Tagsüber lenken vier Lichtsensoren den Topf zur hellsten Lichtquelle. Mu hofft, daß sich sein Projekt zu einem Design entwickelt, das auf einem einfachen Arduino-Bausatz basiert und den Menschen die Möglichkeit gibt, ihre eigenen, leicht zu montierenden mobilen Pflanzgefäße zu bauen.

Zu den weiteren interessanten Umsetzungen gehört das von 100 Dünnschicht-Solarpaneelen angetriebene Carousolar (o. GE SXSW Merry-Go-Round), das auf der South by Southwest Conference im März von General Electric präsentiert wird. Grundlage ist ein Kinderkarussell aus dem Jahr 1926, das renoviert und mit einem Elektromotor sowie GE Tetra Contour LED-Leuchten bestückt wurde.

GE nutzt das Fahrgeschäft, um seine innovative Solartechnologie zu präsentieren. Die Paneele, mit denen das Karussell betrieben wird, befinden sich in der angrenzenden Lounge, wo der Solarstrom auch genutzt werden kann, um die Handys der Besucher aufzuladen. Im August kann man das Carousolar einen Monat lang im South Street Seaport in Manhattan kostenlos ausprobieren.

Im April erscheint ein moderner Hightech-Schaukelstuhl, der durch Prof. Sheila Kennedy und ihr Team von Kennedy & Violich Architecture Ltd. sowie Architekturstudenten des MIT konstruiert wurde. Die tropfenförmigen SOFT Rocker für den Außenbereich werden anläßlich des Festival of Art+Science+Technology (FAST) im Rahmen der Feierlichkeiten zum 150-jährigen Bestehen des MIT im Killian Court des Instituts aufgestellt.

Der etwas verspielte tropfenförmige Liegestuhl mit eingebauter Beleuchtung ist zudem eine solarbetriebene Ladestation, die als öffentliches Möbelstück getarnt ist und bis zu drei USB-Geräte mit Strom versorgen kann. Hierzu sind auf dem gebogenen Dach flexible Solarmodule mit einer Leistung von 35 W installiert, die tagsüber eine 12 Ah Batterie speisen.

Das Sonnennachführungssystem ist vollständig von Menschenhand oder -fuß betrieben, denn die Wippen sind auf ihren Sockeln frei drehbar und werden mit dem Griff an der Vorderseite in die Horizontale gebracht. Die Nutzer können den Bewegungen der Sonne über den Tag hinweg folgen, und wenn der Winkel richtig eingestellt ist, spenden die Wippen vollen Schatten für die Person, die darin sitzt.

Die Positionierung des Körpers in eine höhere oder niedrigere Sitzposition bewirkt wiederum, daß das Solarpaneel in eine höhere oder niedrigere Position in den Himmel zeigt, was als ,zweite Achse’ des Solar-Trackers fungiert. Zur Unterstützung zeigt ein LCD-Display im Inneren an, wie gut man die Energieproduktion aus der verfügbaren Sonneneinstrahlung optimiert hat.

Das in Brooklyn ansässige Unternehmen Sustainably Minded Interactive Technology LLC (SMIT), das uns bereits 2008 mit seinen modularen windbetriebenen Solarpaneelen begegnet ist, bringt im Mai 2011 ein neues Produkt auf den Markt. Unter dem Namen Tensile Solar werden wetterfeste und strukturell verstärkte Photovoltaikmodule angeboten, die wie ein Stoff wirken, der nicht nur schützt und eine Teilbeschattung bietet, sondern auch Energie liefert.

Das atmungsaktive tragende Gewebe verwendet Streifen der amorphen CIGS-Dünnschicht-Zellen, die unter vielen verschiedenen Lichtverhältnissen Strom erzeugen können. Zudem können die Solarschirme und -dächer für eine Vielzahl von Anwendungen maßgeschneidert werden. Bislang hat SMIT vier Designs entwickelt - den Sattel, die Masthalterung, das Zelt und größere architektonische Entwürfe. Wann die Überdachungen erhältlich sind, ist noch nicht bekannt. Dem aktuellen Stand der Recherche zufolge scheint es die SMIT überhaupt nicht mehr zu geben.

Ein ähnliches Produkt wird im November 2014 gezeigt, als die zwei Jahre zuvor gegründete The Solar Cloth Company Ltd. (TSCC), ein britisches Start-Up mit Sitz in Cambridge, mit der Erprobung eines Solartuchs beginnt, das aus leichtem CIGS-Photovoltaikgewebe besteht und über Parkplätze oder auf Gebäuden aufgespannt werden kann. Das Modul M170 beispielsweise wiegt 500 gr/m² und leistet 170 W/m².

Nach eigenen Angaben arbeitet die Firma, die bei den Solar U.K. Industry Awards 2014 die Auszeichnung ,Building-Integrated Photovoltaic Solar Innovation of the Year’ erhielt, intensiv daran, Verträge über die Installation von Solartuch auf 27.000 Parkplätzen abzuschließen. Erfolg scheint man damit allerdings nicht zu haben, trotz mehrerer erfolgreicher Crowdfunding-Runden - und 2017 berichtet die Presse, daß die TSCC potentielle Investoren mit verschiedenen Behauptungen in die Irre geführt habe, die sich inzwischen als unwahr herausgestellt hätten. Letztlich wird das Unternehmen etwa 2022 endgültig geschlossen.

Im November 2017 wird in den Blogs ein weiteres Produkt gezeigt, als dieses den ersten Platz beim Wettbewerb MTI Technology Award gewinnt. Diesmal handelt es sich um Photovoltaik-Planen des im Vorjahr neu gegründeten norwegischen Unternehmens Tarpon Solar, die mit biegsamen CIGS-Solarzellen des schwedischen Unternehmens Midsummer bestückt sind und 120 W/m² erzeugen.

Die Solarzellen sind auf ein flexibles Segeltuch laminiert, was zahlreiche potentielle Anwendungsmöglichkeiten schafft, wie z.B. Zelte, Sonnenschirme, Vordächer, Schattenspender für Restaurantterrassen, Schwimmbadabdeckungen oder Überdachungen in Flüchtlingslagern. Doch auch in diesem Fall bisher nichts von kommerziellen Erfolgen zu hören.

Zu erwähnen ist, daß Solarplanen und -zelte auf dem militärischen Sektor bereits schon länger erhältlich sind - z.B. seitens der Firma Tactical Solar Tents, die zudem Solarstromdächer anbietet, die in heißen Klimazonen auch zur Beschattung von Unterständen und Containerbüros dienen, was zur Verringerung der Kühllast beiträgt.

Die Solar Power Shelter bieten bis zu 1.440 W Solarenergie für jeden der 3 x 6 m großen Abschnitte, wobei die Solarabdeckung auch zur weiteren Isolierung der Überdachung dient, wodurch der Strombedarf für Heizung/Kühlung reduziert wird.

Als nicht nur ,äußerlicher Gegenentwurf’ könnte das von den Designern Shim Jieun, Won Boram, Oh Seobin, Kook Soo Jeong und Seok Jiyoung gestaltete und mit dem Red Dot Award 2015 ausgezeichnete futuristische Outdoor-Zelt gelten, das im September 2016 in den Blogs vorgestellt wird.

Hauptbestandteil des energieunabhängigen Zelts ist ein Solar-Air-Tube genanntes System, das aus Sonnenlicht Elektrizität erzeugt und für einen Luftstrom im Zelt sorgt. Dieses hat eine zweischichtige Struktur, die es ihm ermöglicht, in einer Schicht Solarstrom zu erzeugen und in der anderen gleichzeitig Luft zuzuführen, indem sich an jedem Ende der Röhre ein Ventilator befindet.  Im Winter hält das Belüftungssystem das Zeltinnere warm - und im Sommer bläst der obere Ventilator die heiße Luft aus dem Zelt, um es kühl zu halten.

Was für Camper vielleicht interessant ist, von Flüchtlingen - wie auf der Fotomontage - aber kaum benötigt wird, ist das zweite Hauptbestandteil des Schalenzeltes: Eine sogenannte Sound Drum, die aus zwei symmetrischen, miteinander verbundenen Trichtern besteht. Der äußere Trichter wird außerhalb des Zelts angebracht, um die Geräusche der Natur wie Regentropfen, Wind, Vögel und mehr einzufangen, während der innere Trichter die Geräusche in das Zelt leitet. Die Komponenten der Sound Drum werden mit Strom betrieben, der von den organischen Solarzellen auf dem äußeren Trichter erzeugt wird.

 

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