TEIL C

Entwicklung der photovoltaischen Nutzung 2012 (a)

 

Neben der allgemeinen Übersicht wird in diesem Jahr das Thema Reiningung von Solaranlagen umfassend behandelt, das mit zunehmender Anlagengröße eine immer wichtigere Rolle spielt.

Im Januar 2012 stellen Forscher des Fraunhofer-Instituts für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM auf der Messe ISPO Munich einen Skihelm vor, auf dem ein dreidimensionales Solarmodul montiert ist, Der Entwurf faßt so ziemlich alle Vorzüge von flexiblen Solarzellen zusammen. Das PV-Paneel kann schlechtem Wetter, schweren Stürzen und rauher Behandlung standhalten, während es weiterhin Sonnenstrom produziert.

In Zusammenarbeit mit der TU Berlin und der Wearable-Computing-Firma TEXSYS hat das IZM damit den Grundstein für eine vollständige Deckung des Energiebedarfs in den Helm integrierter Kommunikationsmodule gelegt, so daß Stereo-Kopfhörer oder Headsets schon bald allein durch die Solarzellen auf der Oberfläche des Helms betrieben werden können. Das Anschließen mobiler Gerätes wie Smartphones oder MP3-Player ist dabei kabellos über Bluetooth möglich, und mit dem dazugehörigen Bluetooth-Handschuh hat der Anwender direkten Zugriff auf eingehende Anrufe.

Dem IZM zufolge lag die größte Herausforderung in der Anpassung des Solarmoduls an die gekrümmte Fläche des Skihelms. Mechanisch flexible, in Folienform erhältliche Solarmodule erwiesen sich für diesen Zweck als nicht geeignet, da sie nur in einer Richtung (zylindrisch) biegbar sind.

Aus diesem Grund wurde eine neue Aufbau- und Verkapselungstechnologie entwickelt, bei der sehr hochwertige Solarzellen aus einkristallinem Silizium in sehr kleine Einzelchips segmentiert und an eine dreidimensionale, gekrümmte Form angepaßt werden können. Darüber hinaus ist durch die redundante Auslegung der Solarzellen auch dann noch die einwandfreie Funktion gesichert, wenn eine einzelne Zelle ausfällt. Und wenn der Helm nicht genutzt wird, kann er als Solarladegerät für elektronische Kleingeräte eingesetzt werden.

Bisher gibt es nur einen Prototyp des Solarhelms. Durch Feldtests und ein Redesign soll er nun für die Marktreife weiterentwickelt werden, um Ende 2012 in Kleinserie von einem namhaften Helmhersteller erstmalig verkauft zu werden, für rund 300 €. Auch ein nachträgliches Aufrüsten von gängigen Helmen soll mit dem Solarmodul möglich sein, das mit einer Nennleistung von 2 W unter 100 € kosten soll. Es läßt sich aber nicht das Geringste darüber finden, daß es zu einer Umsetzung gekommen ist.

Andere Solarhelme erscheinen erst im Januar und Februar 2021 in den Blogs. Das eine ist das Konzept eines intelligenten, solarbetriebenen Fahrradhelms des deutschen Designunternehmens WertelOberfell mit Büros in Berlin und München, das sich mit Materialwissenschaftlern, Lieferanten, Herstellern und Endverbrauchern zusammengetan hat, um den ESUB Tracks zu entwickeln, gefördert durch Mittel der EU.

Der vorgeschlagene Fahrradhelm soll durch flachgedruckte organische Photovoltaik betrieben werden und vor allem der Sicherheit dienen. Hierzu ist er mit Näherungssensoren, einem gedruckten piezoelektrischen Mikrofon, das einfache Sprachbefehle für die Freisprecheinrichtung akzeptiert, Blinkleuchten und gedruckten piezoelektrischen Knochenleitungslautsprechern in den Riemen ausgestattet, die über Bluetooth Audio übertragen, ohne von der Umgebung abzulenken.

Um die ebenfalls gedruckten organischen Batterien aufzuladen, die in einer Einheit im unteren hinteren Teil des Helms untergebracht sind, bedecken die Designer die gesamte Oberfläche des Helms mit gedruckter organischer Photovoltaik. Was wohl auch erforderlich ist, denn den Plänen zufolge enthalten der hintere Teil des Helms Blinkleuchten sowie rechte und linke piezoelektrische haptische Aktoren, die vibrieren, um den Radfahrer zu warnen, wenn sich ein schnelles Fahrzeug nähert.

Gesteuert werden alle elektrischen Komponenten, von den Bluetooth-verbundenen Lautsprechern bis hin zum elektrischen Antrieb, der die Riemen für einen paßgenauen und bequemen Sitz befestigt, über ein Nano-Arduino-Board. Über einen Prototypen hinaus scheint auch dieses Projekt nicht weiterverfolgt worden zu sein.

Der zweite Fahrradhelm wird von dem schwedischen Helmhersteller POC angekündigt. Der Omne Eternal verfügt über ein eingebautes Rücklicht, Bewegungs- und Umgebungslichtsensoren, eine Batterie und eine Deckschicht aus der neu entwickelten Powerfoyle, einem dünnen, flexiblen Photovoltaikmaterial des schwedischen Technologieunternehmens Exeger.

Dabei handelt sich um eine Art von Farbstoffsolarzelle, die sehr effizient jede Art von Licht - ob im Innen- oder Außenbereich - in Strom umwandeln kann. Zu ihren aktiven Bestandteilen gehören eine obere Schicht aus Titandioxid-Nanopartikeln, die mit lichtabsorbierenden Farbstoffen beschichtet sind, und eine untere Schicht aus einem leitfähigen Material namens Electrofyl.

Wenn der Omne Eternal-Helm Licht ausgesetzt wird, lädt sein Powerfoyle die eingebaute Batterie auf, die ihrerseits das Rücklicht und die Sensoren mit Strom versorgt. Der Umgebungslichtsensor schaltet das Rücklicht automatisch ein, wenn es draußen dunkel wird, und schaltet es aus, wenn es hell ist. Der Bewegungssensor wiederum schaltet alles aus, wenn sich der Helm eine Weile lang nicht bewegt. Nimmt man ihn wieder in die Hand, wird er wieder aktiviert.

Als Teil von POCs Bemühungen, die Dinge einfach zu halten, gibt es weder einen Ein-/Ausschalter noch die Möglichkeit, den Akku des Helms manuell über ein Stromkabel aufzuladen, da die Lichteinwirkung allein ausreichen soll. Der Omne Eternal soll in Europa ab Juni und in Nordamerika ab Ende des Jahres im Handel erhältlich sein, zu einem Preis von etwa 250 €. Doch auch in diesem Fall läßt sich dies nicht bestätigen.

Bei den einzigen Helmen mit eingebauten Solarzellen, die zum gegenwärtigen Zeitpunkt käuflich zu erwerben sind, handelt es sich um Sicherheitshelme aus Fiberglas, bei denen ein kleines Solarpaneel einen bzw. sechs Kühlventilatoren betreibt.

Der Preis dafür liegt zwischen 19 € für die einfachste Version und 88 € für das abgebildete höherwertige Produkt, das u.a. mit zwei Lithium-Akkus mit einer Kapazität von 12.000 mAh ausgestattet ist.

Ebenfalls im Januar wird eine kugelförmige, eigenständige Waschmaschine namens Swish vorgestellt, die von dem in Taipei lebenden Industriedesigner Iven Dieterle und schon aus dem Jahr 2008 stammt, und die die Vorteile von vertikalen und horizontalen Waschmaschinen kombiniert.

Das Wesentliche ist, daß die Motoren durch ein Photovoltaik-Paneel angetrieben werden, während das Wasser auf effiziente Weise durch Solarthermie-Kollektoren erwärmt wird. Wobei letztere auf den Design-Grafiken allerdings nicht erkennbar sind.

Das Motiv für die Waschmaschine ist dem Designer zufolge das Problem der Wegwerfwindeln. die für einkommensschwache Familien sehr teuer sind, für ihre Herstellung viel Energie und Ressourcen verbrauchen und schließlich auf Mülldeponien landen.

Die Lösung besteht aus der Verwendung von Stoffwindeln, und um diese zu waschen, soll es die Swish geben - die bislang allerdings nur ein interessantes Konzept geblieben ist.

Zu den Produkten, die im Februar 2012 in den Fachmedien erscheinen, gehört die Innovation School in a Box, eine einzigartige, solarbetriebene Lösung des irischen Institute of Art, Design & Technology (IADT) in Dún Laoghaire, die die Bildung in ländlichen Gemeinden in Afrika südlich der Sahara revolutionieren soll, wo bis zu 90 % der Bevölkerung keinen Strom haben.

Der Koffer enthält ein Solarpaneel und eine Batterie, mit denen ein iPad 2 aufgeladen werden kann, das mit einem lokal angepaßten Lehrplan vorgeladen ist. Die School in a Box enthält außerdem einen Projektor und Lautsprecher. Das Solarpaneel wiegt nur etwas mehr als 2 kg und läßt sich auf die Größe eines DIN-A4-Blattes zusammenfalten, während die verstärkte Box die Größe und das Aussehen eines durchschnittlichen Handgepäckkoffers hat.

Noch in diesem Monat werden zunächst fünfzehn Einheiten von der Cape Peninsula University of Technology (CPUT) in Kapstadt an drei ländliche Schulen in Südafrika verschickt. Eine Vereinbarung zwischen dem IADT und der CPUT sieht für jeden Standort zusätzliche Schulungs- und Entwicklungsmaßnahmen vor. Zudem hat das irische Unternehmen BPI Telecom eine weltweite Vertriebsvereinbarung für School in a Box abgeschlossen.

Im Jahr 2015 wird in Südafrika die gemeinnützige Organisation School in a Box gegründet, die auf ihrer Homepage inzwischen diverse Versionen des Koffers sowie verschiedene Peripheriegeräte anbietet, darunter auch komplette PV/Speicher-Systeme. 2020 wird das Projekt dann zu einem Programm, das von der christlichen Initiative ,Reaching a Generation’ weitergeführt wird.

Auch das erste wasserdichte, robuste, solarbetriebene Batteriegehäuse für das iPhone 4 und 4S wird erstmals im Februar präsentiert.

Das AQUA TEK S von Snow Lizard Products bietet nicht nur robusten Schutz durch sein dickes Gehäuse aus schmutzabweisendem Polykarbonat, sondern umfaßt auch ein Solarpaneel, einen eingebauten Akku und ist bis zu 6 m Tiefe wasserdicht. Auch die Bedienelemente des Telefons lassen sich unter Wasser betätigen. Die Firma plant, das Gehäuse in bis zu neun Farben anzubieten.

Das Unternehmen ist noch dabei, die beste Batterie zu finden, so daß die Kapazität des Geräts noch nicht endgültig feststeht, aber es wird in der Lage sein, sich über das Solarpaneel auf der Rückseite des Gehäuses aufzuladen. Das von oben zu öffnende Etui ist mit Gummigriffen versehen und macht das iPhone etwas voluminöser, bietet aber vollen Zugriff auf den Touchscreen, die Kamera und die Lautstärketasten des Telefons.

Bei einer bis März laufenden Crowdfunding-Kampagne auf kickstarter.com tragen 898 Unterstützer 164.603 $ bei, um das Projekt zu verwirklichen, was beträchtlich über dem eigentlichen Zielbetrag von 75.000 $ liegt. Die Geräte, die für 100 $ angeboten werden, scheinen bis Ende des Jahres ausgeliefert worden zu sein.

Bereits im Juni erscheint mit der Batteriehülle der Firma Monster Watts das nächste Solargehäuse für iPhones. In diesem Fall enthält das ziemlich dicke Zubehör einen 2.400 mAh Akku und ein Solarpaneel auf der Rückseite.

Laut der Firma ist das Solarpaneel hocheffizient und verfügt auch über eine LED-Statusanzeige, die anzeigt, wie viel Batteriesaft noch übrig ist. Das Gehäuse kann entweder mit Solarenergie oder mit einem normalen Handy-Ladegerät über den USB-Anschluß aufgeladen werden. Monster Watts verlangt 118 $ für das Hybrid Solar Battery Case. Leider ist später weder das Unternehmen noch das Produkt zu finden.

Ein weitere Handyhülle mit integrierten Solarzellen wird im Oktober 2013 von dem US-amerikanischen Solarhersteller Ascent Solar Technologies eingeführt.

Das Paneel ist in die Rückseite integriert und wiegt etwa 105 g, das Unternehmen gibt aber nicht an, wie lange es dauert, den Akku allein mit dem Paneel aufzuladen. Und natürlich kann das Telefon auch über einen USB-Anschluß aufgeladen werden.

Die Solar- und Akkuhülle EnerPlex Surfr aus der EnerPlex-Reihe der Firma, die übrigens auch Solar-Rucksäcke umfaßt, wurde speziell für das Galaxy S4 von Samsung entwickelt, von dem seit der Markteinführung 40 Millionen Exemplare verkauft wurden. Es soll die Akkulaufzeit des Telefons verdoppeln und es vor Stößen und Kratzern schützen. Der Firma zufolge wird die Handyhülle in den USA ab Mitte November zum Preis von 89,99 $ erhältlich sein.

Auf der CES 2015 im Januar 2015 wird auch eine Version für das iPhone 6 angekündigt, von dem bereits über 100 Millionen Stück in Gebrauch sind. Es ist die erste von Apple MFi (Made for iPhone) zertifizierte Handyhülle, die sowohl Batteriespeicher als auch Solarladefunktion in einem schlanken, dünnen und kompakten Design integriert. Das Surfr Battery and Solar Case bezeichnete Modell ist mit einer 2.700 mAh Li-Po-Batterie sowie einem ultradünnen PV-Paneel ausgestattet, wodurch es weniger als 15 mm dick ist.

Dem Stand von 2024 zufolge wird eine GoEnerplex Handyhülle mit Solar-Paneel und 2.000 mAh Akku, die mit dem iPhone 5 kompatibel ist, für 19 € verkauft, während die o.g. Modelle für das iPhone 6 zu einem Preis von rund 80 € angeboten werden.

Ein interessantes Design aus San Francisco, dessen Crowdfunding-Kampagne auf indiegogo.com im Dezember 2014 ein Erfolg wird - der Zielbetrag wird durch die Einnahmen von 488 Unterstützern in Höhe von umgerechnet 75.386 € merklich überschritten - trägt den Namen JUSE und wird angepriesen als „das erste solarbetriebene Smartphone-Ladegerät, das auf Nanotechnologie basiert.“

Der mobile Energielieferant wird als Hülle verwendet, bietet Schutz und spendet darüber hinaus auch noch Strom. Integriert sind besonders leistungsfähige kristalline Silizium-Solarzellen mit 2 W und einer Effizienz von über 24 %, die wiederum eine 1.550 mAh Nano-Batterie aufladen.

Die ersten JUSE-Acryl-Ladehüllen für das iPhone 6, iPhone 6 Plus, iPhone 5s und Galaxy S5 sowie für das Galaxy Note 4 sollen ab März 2015 verfügbar sein. Tatsächlich werden die Bestellungen aber nicht versandt und es ist unklar, wie es mit dem Projekt weitergegangen ist.

In einem im Februar 2012 erscheinenden Artikel über umweltfreundliche Kleidung werden auch verschiedene energieerzeugende Kleidungsstücke gezeigt. Dazu gehören die Stücke von Elena Corchera, die als Teil einer Kollektion mit dem Titel ,We Will Become Silhouettes’ vorgestellt werden, und die aus modischer Kleidung besteht, die sich durch die Nutzung der Sonnenenergie auflädt.

Die Modedesignerin verwendet PV-Paneele in ihrer Textilkunst, zu der auch blumige Kragen und Sonnenschirme gehören, wobei die organischen Solarzellen direkt in den Stoff eingearbeitet sind, der sich im Laufe des Tages auflädt und sich abends, wenn man nach Hause kommt, in ein dekoratives Lichtspiel für die Wohnung verwandelt. Im Zuge der Recherche zeigte sich, daß die Kollektion bereits im September 2007 gezeigt wurde. Außerdem fanden sich dabei noch weitere Ansätze, die hier erwähnenswert sind.

Als ausgesprochen häßlich empfinde ich z.B. eine im August 2008 vorgestellte solarbetriebene Krawatte, die von Forschern der Iowa State University entwickelt wurde. Sie kann Gadgets aufladen und verfügt außerdem über eine Tasche, in der Handys u.ä. aufbewahrt werden können, während sie geladen werden.

Immerhin hatten die Erfinder den Anstand, ein passendes Muster zwischen die Paneele zu lasern, damit es nicht zu sehr wie ein Flickenteppich aussieht. Bei voller Sonne liefert die Krawatte 3,6 V, und damit genug, um den Akku eines Telefons aufzuladen.

Die innovative Kreation taucht danach zwar immer mal wieder in den Blogs auf, doch zu einer Umsetzung oder gar Vermarktung ist es bislang nicht gekommen.

Kommen wir zur Gegenwart, in der immer mehr Modedesigner ernst machen mit der Präsentation erneuerbarer Technologien und nachhaltiger Praktiken.

Besondere Wirkung erzielt im Oktober 2012 das Modehaus Chanel, das seine Ready To Wear Fashion Show für die Frühjahr/Sommer-Kollektion 2013 auf der Pariser Modewoche auf einen Laufsteg gibt, der aussieht, als sei er aus Solarzellen und 13 riesigen Windturbinen gefertigt.

Und auch die Kleidung selbst enthält Elemente aus dem Bereich der erneuerbaren Energien, z.B. eine Turbinengrafik auf einem Pullover oder ein Kleid, das den Eindruck macht, als sei es mit winzigen Solarzellen bestückt. In Wirklichkeit wurde dies mit schwarzen und blauen Pailletten jedoch nur nachgeahmt - denn ganz so fortschrittlich scheint Chanel dann doch nicht zu sein.

Da auch Schmuck zum Bereich der Mode zählt, soll ein im November 2014 in den Blogs gezeigter, besonders cleverer Versuch vorgestellt werden, der auf die Designstudentin Xuxu Amoozegar-Montero aus Neuseeland zurückgeht.

SOL ist eine Kollektion zeitgenössischen Schmucks, der nutzbare Energie sammelt und speichert, wenn er in der Sonne getragen wird. Die Kollektion ist von klassischen islamischen geometrischen Mustern und Kunstwerken inspiriert und hat einen ausgeprägten architektonischen Charakter. Die auf diesen Fotos gezeigten Halsketten sind aus 3D-gedrucktem Stahl und Kunststoff hergestellt.

Jedes Schmuckstück verfügt über einen speziellen Schlitz für das austauschbare Solarmodul, das in alle SOL-Schmuckstücke eingesteckt werden kann. Diese Solarzelleneinheit läßt sich auch leicht in eine externe elektronische Ladestation umwandeln, die über einen USB-Steckplatz verfügt und zum Aufladen von Handys, MP3-Playern und anderen Geräten verwendet werden kann. Trotz des intelligenten Ansatzes ist SOL bislang noch nicht auf dem Markt angekommen.

Im März 2015 stellt die Designerin Jennifer Matantu aus Paris einen SuperTrench genannten Mantel vor, der an einem sonnigen Tag zu tragen ist. Der schicke Entwurf ist teils Stoff, teils Solarpaneel, und soll natürlich seine Berufung darin finden, elektronische Kleingeräte aufzuladen.

Es sind leider keinerlei Details über diesen Mantel zu finden - und die veröffentlichten Fotos machen eher den Eindruck, als seien die Solarzellen nicht echt, sondern nur nachempfunden. Trotzdem handelt es sich um ein interessantes Kleidungsstück, das es verdient, in diese Übersicht mit aufgenommen zu werden.

Zeitgleich wird auf der diesjährigen South by South West (SXSW) Interactive in Austin, Texas, ein T-Shirt gezeigt, das tatsächlich in der Lage ist, mobile Geräte aufzuladen. Das Teil entstammt einer Zusammenarbeit der Modedesignerin Pauline van Dongen mit der holländischen Forschungsorganisation TNO sowie dem Holst Centre, einemn unabhängigen Forschungs- und Entwicklungszentrum in Eindhoven, das Technologien für drahtlose, autonome Sensortechnologien und flexible Elektronik entwickelt.

Das blaue, attraktive und alltagstaugliche Wearable Solar Shirt, Teil einer Wearable-Solar-Kollektion, ist mit 120 in den Stoff integrierten Dünnschicht-Solarzellen und flexibler Elektronik ausgestattet, die aus standardisierten Funktionsmodulen der dehnbaren Verbindungstechnologie des Holst Centre bestehen, die es ermöglicht, Elektronik in Textilien zu integrieren. Bei hellem Sonnenlicht erzeugt das Solar-Shirt etwa 1 W Strom, was ausreicht, um ein Standard-Smartphone aufzuladen.

Das Shirt verfügt außerdem über einen unsichtbar in der Vordertasche untergebrachten Akku, so daß, wenn alle Geräte aufgeladen sind, die Energie gespeichert und erst später verwendet werden kann. Besonders bemerkenswert ist, daß das T-Shirt trotzdem in einer normalen Waschmaschine gereinigt werden kann und keinem speziellen Reinigungsverfahren unterzogen werden muß.

Die äußerst aktive Designerin hat auch noch andere Solar-Kleidungsstücke entwickelt, die auf ihrer Homepage ausführlich dargestellt werden. Dazu gehören das Wearable Solar Dress und der Wearable Solar Coat aus dem Jahr 2013, die ästhetisch aber noch unbefriedigend sind; ein Solar Parka von 2015, der ein wasserdichtes, dünnes und flexibles Solarpaneel integriert, das in eine der Vordertaschen des Mantels eingeknöpft wird; sowie der geschmackvolle Solar Windbreaker aus dem Jahr 2016, der mit drei PV-Streifen in Bauchhöhe aufwartet.

Darüber hinaus entwickelt van Dongen 2020 einen gewebten Solarstoff namens Zonnestof, und 2022 den keramischen Solaruntersetzer ZONderzetter, den man in Workshop-Reihen selber basteln kann, sowie ein innovatives Solartextil mit dem Arbeitstitel SUNTEX, bei dem organische Dünnschicht-Photovoltaik-Paneele (OPV) in ein Textil eingewebt werden.

Im Januar 2016 starten die beiden Entwickler Fatima Rocha Arguelles und Carlos Cortes Manica aus Houston in Texas eine Crowdfunding-Kampagne auf indiegogo.com, um eine selbstwärmende Winterjacke auf den Markt zu bringen, deren Isolierungseffekt durch eine smarte Technologie ergänzt wird, die die Energie der Sonne speichert und diese in Wärme umwandelt, die dann nach innen abgegeben wird. Leider werden keine weiteren Details darüber bekanntgegeben, um was für eine konkrete Technologie es sich dabei handelt.

Mit dieser soll jedenfalls die Temperatur innerhalb der Jacke in zwei Minuten um bis zu 10°C gesteigert werden können. Die Technologie sorgt auch dafür, daß die Wärmeproduktion eingestellt wird, sobald der Körper eine angenehme Temperatur erreicht hat.

Insgesamt sollen drei Versionen der leichten, wasserfesten und atmungsaktiven Jacke auf den Markt kommen, jeweils als Herren- und Damenversion: Die ,Street’ Jacke für Außentemperaturen von bis zu 10°C, das Modell ,Explorer’ für leichte Minusgrade, und die Version ,Extreme’ speziell für den Wintersport.

Bis März kann die erst 2015 gegründete ThermalTech von 351 Unterstützern 73.548 $ einwerben, fast das Dreifache des Zielbetrags von 25.000 $. Der Versand der zu einem Preis von 139 $ erhältlichen Jacken erfolgt dann im September. Später wird der Preis allerdings 280 - 400 $ betragen. Der Name der Firma wird übrigens auch von anderen Unternehmen genutzt - die hier behandelte ThermalTech scheint es inzwischen aber nicht mehr zu geben, auf FB wurde der letzte Eintrag im Januar 2018 gemacht.

Über eine weitere Form solarbetriebenen Kleidung wird im November 2016 berichtet. In diesem Fall geht es um die Entwicklung von Prof. Jayan Thomas, einem Nanotechnologie-Wissenschaftler an der University of Central Florida (UCF), der sich dazu von dem Film Zurück in die Zukunft II hat inspirieren lassen. Die im Netz einsehbare Studie trägt den Titel ,Wearable energy-smart ribbons for synchronous energy harvest and storage’.

Thomas hatte im Vorjahr den R&D 100 Award für die Entwicklung eines Kabels erhalten, das nicht nur Energie wie ein normales Kabel übertragen, sondern auch wie eine Batterie speichern kann. Außerdem arbeitet er an halbtransparenten Solarzellen.

Die neue Entwicklung, die auf diesen Forschungen aufbaut, besteht aus solarbetriebenen Fäden, die in der Lage sind, Energie aus der Sonne zu gewinnen und zu speichern. Sie haben die Form von Kupferbändern, die dünn, flexibel und leicht sind. Diese Bänder haben auf der einen Seite eine Perowskit-Solarzelle und auf der anderen Seite energiespeichernde Superkondensator-Schichten. Das Kupferband fungiert als gemeinsame Elektrode für den direkten Ladungstransfer.

Die Bänder können in Textilien eingewebt werden, was Jacken und andere Kleidungsstücke zu tragbaren, solarbetriebenen Batterien machen würde. Zur Demonstration besorgen sich Thomas und sein Team einen kleinen Tischwebstuhl und weben die Bänder zu dem abgebildeten Quadrat aus Garn. Mehr passiert dann aber nicht, von einer praktischen Anwendung ist jedenfalls nichts zu finden.

Die Idee selbst wird allerdings weiterverfolgt. Im Oktober 2020 meldet z.B. ein interdisziplinäres Forscherteam der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) um Luciano F. Boesel, daß ihm gelungen sei, ein Material herzustellen, das wie ein leuchtendes Solarpaneel funktioniert und gleichzeitig auf Textilien aufgebracht werden kann. Mittels des Polymers können Jacken, T-Shirts u.a. bald als Solarmodule bzw. als mobile Energielieferanten fungieren.

Materialien, die in der Lage sind, indirektes oder Umgebungslicht für die Energiegewinnung zu nutzen, werden schon heute eingesetzt. Die lumineszierenden Solarkonzentratoren (Luminescent Solar Concentrators, LSC) enthalten spezielle Leuchtstoffe, die indirekte Lichtstrahlen einfangen und zur eigentlichen Solarzelle weiterleiten. Sie sind bisher jedoch nur als steife Bauteile erhältlich und für den Einsatz in Textilien ungeeignet, da sie weder flexibel noch durchlässig für Luft und Wasserdampf sind.

Den Forschern gelingt es nun, verschiedene dieser Leuchtstoffe in ein Polymer einzubringen, das genau diese Flexibilität und Luftdurchlässigkeit mitbringt. Grundlage dafür sind amphiphilische Polymer-Konetzwerke (Amphiphilic Polymer Co-Networks, APCN), ein bekanntes Polymer, das auf dem Markt bereits in Form von Silikon-Hydrogel-Kontaktlinsen erhältlich ist. In dieses werden zwei nicht-mischbare Leuchtstoffe im Nanometermaßstab eingebaut, die interagieren können.

Das Resultat ist ein einem flexibler Solarkollektor, der auf Textilfasern aufgebracht werden kann, ohne daß das Textil brüchig und anfällig für Risse wird. Der entsprechende Bericht, der im Netz einsehbar ist, trägt den Titel ,Nano-domains assisted energy transfer in amphiphilic polymer conetworks for wearable luminescent solar concentrators’.

Im Dezember 2023 erscheinen zwei Studien der Shanghai Jiao Tong University mit den Titeln ,Solar-powered clothes, for the heat and cold’ und ,Self-sustaining personal all-day thermoregulatory clothing using only sunlight’, in denen die chinesischen Wissenschaftler über eine ganztägige und energieautarke thermoregulierende Kleidung berichten, die die organische Photovoltaik mit bidirektionalen elektrokalorischen Bauteilen kombiniert, die heizen oder kühlen können.

Wie umfangreich dieses Anwendungssegment inzwischen geworden ist, belegt eine dort im Januar 2024 erscheinende Veröffentlichung namens ,Wearable Solar Cells: Mechanisms, Materials, and Devices’ von Prof. Hao Sun, die als gebundene Ausgabe mit 256 Seiten zu einem Preis von 113,15 € verkauft wird.

Als ausgesprochen passenden Abschluß an dieser Stelle empfinde ich die Meldung vom August, in welcher der neue Power Hat von Ecoflow vorgestellt wird, dessen Krempe aus acht Segmenten besteht, auf denen jeweils vier kleine Solarmodule aufgebracht sind. Zum Einsatz kommen PERC-Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von 23 - 24 % und einer maximalen Ausgangsleistung von 5 V/2,4 A. Damit schirmt der Hut den Kopf ab und hält ihn kühl, während er gleichzeitig saubere Energie zum Aufladen eines Telefons oder anderer Geräte erzeugt.

Der robuste Hut, der sich zur Aufbewahrung zusammenfalten läßt, wiegt 370 g und liefert eine Leistung von bis zu 12 W. Dabei können gleichzeitig zwei Geräte über USB-C und USB-A mit Strom versorgt werden. Eine kleine Box auf der Rückseite enthält die Elektronik und die USB-Buchsen. Ein Smartphone zu laden, dauert drei bis vier Stunden. Ein Vorteil des Huts ist, daß man ihn nicht nach dem Sonnenstand ausrichten muß, solange man ihn trägt.

Der Sonnenhut ist gegen Feuchtigkeit und Staub geschützt und kann auch bei leichtem Regen verwendet werden. Und natürlich muß er nicht getragen werden, um ihn zum Aufladen zu verwenden, da er reicht, ihn einfach aufgeklappt in die Sonne zu legen. Normalerweise soll der ist in zwei Größen erhältliche EcoFlow Power Hat 129 $ kosten, bis Ende August gibt es ihn zu einem Einführungspreis von 79 $. Auf der deutschsprachigen Webseite von Ecoflow ist der Hut bislang nicht zu finden. Ob und wann er auf den hiesigen Markt kommt, ist unklar.

Der japanische Uhrenhersteller Seiko Holding Corp. stellt im März 2012 die „erste solarbetriebene Uhr der Welt“ vor, die unter dem Namen Seiko Astron Ende September weltweit auf den Markt kommen soll. Wer die bisherigen Jahresübersichten gelesen hat weiß, daß diese Behauptung nicht stimmt - aber zu Werbezwecken immer wieder gern aufgetaut wird. Nichts desto trotz vergleicht die Firma die Einführung der neuen Uhr mit dem Jahr 1969, als Seiko die erste Quarzuhr der Welt vorgestellt hat.

Die neue Astron ist jedenfalls vollständig solarbetrieben und muß nie extern aufgeladen werden. Sie benötigt aber mindestens vier GPS-Satelliten, um den aktuellen Standort ihres Benutzers zu ermitteln. Anhand des Standorts werden auch die genaue Uhrzeit und die Zeitzone erkannt, woraufhin sich die Zeiger durch einen Knopfdruck automatisch darauf einstellen. Die Uhr verfügt außerdem über einen ewigen Kalender, und auch das Datum ist immer genau.

Dem Stand von 2024 zufolge werden inzwischen diverse Modelle wie auch limitierte Ausgaben der Uhr angeboten, zu Preisen zwischen 1.800 € und 4.000 €. Das abgebildete Modell SSJO13 mit gut sichtbarer Solarzelle wird für 2.100 € verkauft.

Um bei den Solar-Uhren zu bleiben, die in den Folgejahren bekannt werden: Im Mai 2013 erscheint in den Blogs eine Steampunk-inspirierte Taschenuhr, die mit einem außergewöhnlichen Design und vielen Details auftrumpft. Es war bislang nicht herauszufinden, auf welchen Hersteller sie zurückgeht. Die Uhr wird durch Sonnenenergie betrieben, aber mitnichten durch eine profane Solarzelle.

Stattdessen befindet sich im Deckel der Uhr eine Art Turbinenrad. Läßt man die Taschenuhr im Sonnenlicht liegen, beginnen die Turbinenblätter sich zu drehen, wodurch die Uhr angetrieben wird. Nähere Details über die Funktionsweise gibt es leider nicht. Es wird nur gesagt, daß man aber auch selbst Hand angelegen kann, wenn das Wetter trüb ist. Die aus Hartzinn und Messing ausgearbeitete Taschenuhr hat ein 35 mm Quarz-Uhrwerk und kostet 149 $ - ist später aber nicht mehr erhältlich. Auch über eine Neuauflage ist nichts bekannt.

Spätere Modelle sind dann wieder konventionell, wie die im August 2019 präsentierte Smartwatch-Serie Fenix 6 der Firma Garmin, die mit Solartechnik die Laufzeiten verlängern will. Spitzenreiter ist die Fenix 6X Pro Solar, die mit einer transparenten Linse ausgestattet ist, die gleichzeitig als Solarzelle dient. Über den Solar Input-Bildschirm läßt sich direkt am Handgelenk auch ablesen, wie viel Solarenergie aufgenommen wurde.

Das kleine Solarpaneel soll beim Tragen so viel Energie sammeln können, daß das herkömmliche Laden per Kabel nicht mehr so oft stattfinden muß oder unter günstigen Bedingungen sogar ganz unterbleiben kann. Die Firma weist aber darauf hin, daß die Laufzeitverlängerung geringer ausfällt, wenn die Smartwatches energieintensive Funktionen wie GPS-Tracking oder Benachrichtigungsfunktionen nutzen. Die Preise beginnen bei 600 $ für die Standardmodelle, die nicht über eine Solarladefunktion verfügen, und reichen bis 1.000 $ für die Pro Solar.

Die Solarladefunktion wird dann auch bei den im Juli 2020 erstmals vorgestellten Uhren der Serien Instinct und Tactics integriert, was mit einer semitransparenten Zelle realisiert wird, die zwischen dem Deckglas und dem Display liegt. Die Ladeleistung und der Ladezustand lassen sich auf der Uhr selbst abrufen, außerdem detaillierter in der App Garmin Connect. Die neuen Modelle sind teurer als ihre Vorgänger, und liegen auf dem europäischen Markt zwischen 400 € für das Basismodell Instinct und ab 1.100 € für die Tactics-Delta Modelle.

Ebenfalls im Jahr  2019 kommt die PowerWatch 2 von Matrix auf den Markt, die auch eine Solarzelle hat - darüber hinaus aber über ein thermoelektrisches Element durch die Körperwärme ihres Trägers mit Strom versorgt wird. Mehr über solche Technologie findet sich unter Wärme im Kapitel Micro Energy Harvesting.

Äußerst klassisch wirkt hingegen die Solios, die im Dezember 2021 vorgestellt wird. Die gleichnamige Firma Solios wurde von den Studienfreunden Samuel Leroux und Alexandre Desabrais mit dem Ziel gegründet, einen positiven Einfluß auf die Welt auszuüben. Anstatt also eine Uhr zu entwickeln, die auf eine Batterie angewiesen ist, verbinden sie elegantes Design und Nachhaltigkeit in Form einer Reihe minimalistischer Uhren, die mit Solarenergie betrieben werden.

Mit Hilfe eines Solarpaneels, das unter dem Zifferblatt der Uhr angebracht ist, müssen die Solios-Uhren lediglich etwas Sonnenlicht aufnehmen, um zu funktionieren. Dabei soll die Solarzelle bei nur zwei Stunden Lichteinfall genug Energie in den Akku laden, um die Uhr sechs Monate lang betreiben zu können.

Darüber hinaus verwendet Solios nachhaltige Materialien wie zertifizierten recycelten Edelstahl und umweltfreundliches veganes Leder. Da ist es schon fast verwunderlich, daß die Uhren zu Preisen unter 300 € angeboten werden.

Fast als Gegenentwurf zu bezeichnen ist die retro-futuristische Neprosolar Watch, die im Mai 2024 in den Blogs erscheint.

In den 1970er Jahren war die Uhrenfirma Nepro für mehrere Innovationen bekannt, darunter den damals kleinsten Wecker der Welt sowie eine Uhr mit Solarzellenantrieb, die 1975 oder 1975 unter dem Namen Neprosolar auf den Markt kam. In der offiziellen Werbekampagne hieß es: „Eine Revolution in der Energieversorgung von Armbanduhren: Nepro präsentiert die elektronische Quarzuhr, die von Solarzellen angetrieben wird, die Licht in Energie für das Modul umwandeln. Anzeige von Stunde, Minute und Sekunde durch Flüssigkristalle (LCD) oder Leuchtdioden (LED). Datum und Monatskalender.“

Nun wird die längst vergessene Marke zurückgebracht, im damaligen Stil, aber unterstützt durch modernste elektronische Technologie. Die neue Digitaluhr verfügt über ein solarbetriebenes Quarzwerk mit einem blauen OLED-Display, das Uhrzeit, Datum oder Gangreserve anzeigt, und ist in ein markantes, eckiges 36,2-mm-Gehäuse aus schwarzem PVD-Stahl eingebettet. Ein ebenfalls schwarzes Edelstahlarmband mit mehreren Gliedern vervollständigt den Retro-Look.

Die Beleuchtung des blauen Displays wird mit einer einzigen Berührung aktiviert und zeigt Stunde und Minute an, die auf 12- oder 24-Stunden-Modus eingestellt werden können. Eine zweite Berührung zeigt den Tag und den Monat an, die dritte den Ladezustand. Dabei verspricht die Batterie eine solare Aufladezeit von Null bis zur vollen Leistung von etwa 20 Stunden.

Die für 699 £ angebotene Uhr ist innerhalb nur einer Woche ausverkauft, und die Auslieferung soll im Oktober 2024 erfolgen - in einem Edelstahlzylinder, der sich von oben öffnen läßt wie eine geheime Vintage-Filmrequisite.

Zu den weiteren solarbetriebenen Objekten, die schon in der vergangenen Jahren in mehreren Varianten als Designs oder sogar Umsetzungen erschienen sind, gehören auch Tastaturen - die auf dem Markt aber noch immer keine große Verbreitung gefunden haben, obwohl die Cherry GmbH bereits 2004 die CyMotion Master Solar-Tastatur entwickelt und hergestellt hat, während die Firma Genius im Jahr 2007 die SlimStar 820 Solargizer-Tastatur ins Angebot aufgenommen hat. Beide Modelle sind aber nicht mehr verfügbar.

Im November 2010 hatte dann die Schweizer Firma Logitech das Wireless Solar Keyboard K750 vorgestellt, das mit Licht in Innenräumen betrieben wird, aber auch bis zu drei Monate lang in völliger Dunkelheit arbeiten kann. Eine mitgelieferte Solarstrom-App verfügt über ein Luxmeter, das hilft, das nötige Licht zu bekommen, Auskunft über den Batteriestand gibt und sogar warnt, wenn mehr Strom benötigt wird. Ich werde weiter unten noch einmal darauf zurückkommen.

Im März 2012 versucht sich auch Speedlink - eine Firma der Zeitfracht Unternehmensgruppe - an dieser Idee und bietet die Speedlink Celes Solar-Tastatur an (SL-6439-BK; Wireless Solar Keyboard), deren Solarzellen ebenfalls direkt in der Tastatur integriert sind. Dabei ist diese nicht auf direkte Sonneneinstrahlung angewiesen, schon indirektes Tageslicht oder künstliche Beleuchtung reichen aus, um das Gerät dauerhaft mit Energie zu versorgen.

Der geräteinterne 120 mAh Lithium-Ionen-Akku reicht für bis zu 40 Stunden Betriebszeit ohne Lichteinfall. Die Tastatur soll im August in den Handel kommen, die unverbindliche Preisempfehlung liegt bei 49,99 €. Später ist aber auch diese Tastatur nicht mehr lieferbar.

Nach dieses diversen Ansätzen verkündet die G24 Innovations Ltd. (G24i) als Hersteller von farbstoffsensibilisierten Solarzellen (DSSC) im Mai 2012, daß man in Zusammenarbeit mit Logitech innerhalb von zwei Jahre nun „die weltweit erste mit Licht betriebene Tablet-Tastatur entwickelt“ habe, die als Logitech Solar Keyboard Folio für Tablets der dritten Generation gedacht ist, wie Apples iPad 2/3/4.

Das ultraschlanke Folio schützt und hält das Tablet und verfügt über eine eingebaute Bluetooth-Tastatur, die mit jedem Licht betrieben werden kann, sogar mit Lampenlicht. Der Wirkungsgrad der DSSC-Technologie wird inzwischen mit über 26 % angegeben. Die neue Tastatur ist an sofort in den USA und Europa zu einem empfohlenen Verkaufspreis von 129,99 $ erhältlich (2024: nur noch 14,90 €).

Auf der Konferenz Energy Harvesting and Storage Europe in diesem Monat in Berlin wird die Tablet-Tastatur als beste technische Entwicklung eines Energiegewinnungsgeräts ausgezeichnet.

Im November 2014 stellt die Firma GCell auf der Energy Harvesting & Storage USA in Santa Clara eine solarbetriebene, kabellose Erweiterungstastatur für den iPad Air vor. Die portable schlanke Tastatur wiegt nur 235 g, ist weniger als 6 mm dick, hat eine aufwendige Silikonlackierung und ist mit iOS- und Android-Betriebssystemen kompatibel.

Und wie ihre Vorgänger lädt sich die Tastatur selbst auf, indem ihre dünne, aber robuste und bruchsichere organische PV-Zelle effizient jede Lichtquelle in der Umgebung nutzt, egal ob drinnen oder draußen. Die Tastatur wird zusammen mit einem schwarzen Folio geliefert, die das das Tablet schützt und gleichzeitig seine Portabilität bewahrt. Tastatur und Folio sind magnetisch miteinander verbunden.

Das GCell Solar Powered Keyboard Folio wird der Firma zufolge ab Dezember im Handel in den USA und Europa erhältlich sein. Doch auch dieses Modell ist inzwischen nicht mehr lieferbar.

Die einzige Solar-Tastatur, die man gemäß dem Stand von 2024 überhaupt erwerben kann, ist das ober erwähnte Wireless Solar Keyboard K750 der Firma Logitech, das zu Preisen von ca. 50 € bis über 100 € gehandelt wird. Die aktuellen Spezifikationen der Standardversion lauten: Kabellose Solar Tastatur für Windows, 2,4 GHz kabellos mit USB-Unifying-Empfänger, Ultradünn, Kompatibel mit PC, Laptop, Deutsches QWERTZ-Layout, Schwarz.

Zur thematischen Abrundung: Bereits im August 2007 war in Holland die erste Computer-Funkmaus mit Solarzellen namens Sole Mio vorgestellt worden - als erste der Welt -, ohne jedoch den Weg auf den Markt zu finden. Ein Grund dafür könnte so etwas wie die ,Reichweitenangst’ sein, die bei Elektroautos postuliert wird. Im vorliegenden Fall also die Angst, nicht mehr klicken und scrollen zu können, wenn nicht genügend Licht vorhanden ist, um das Peripheriegerät mit Strom zu versorgen.

Nun, im Juni 2012, präsentiert die Firma Bondidea die kabellose optische Maus N91, die entweder mit einer Batterie oder dem an der Oberseite eingebauten PV-Paneel betrieben wird. Die Maus verfügt über eine eingebaute wiederaufladbare Batterie für den Strom vom Paneel, doch darunter befindet sich auch noch ein Batteriefach für eine Alkalibatterie der Größe AAA - zur Sicherheit -, in welchem auch der USB-Nano-Empfänger untergebracht werden kann.

Und auch wenn die Hand bei der Benutzung wahrscheinlich das gesamte Licht ausblendet, wartet eine Maus oft genug neben der Tastatur oder dem Laptop, um genügend Licht für ihren Betrieb aufzunehmen. Die N91 wird in den Online-Katalog von Brando aufgenommen, zu einem Preis von 36 $.

Dem aktuellen Stand im Jahr 2024 zufolge gab es zwischenzeitlich Solar-Funkmäuse von nicht näher genannten Herstellern, die u.a. von generalkeys.de und pearl.de verkauft werden, von denen inzwischen aber keine mehr lieferbar sind.

Im IT-Kontext wäre noch der robuste, wasserdichte und solarbetriebener Laptop SOL zu nennen, der für den Einsatz in afrikanischen Schulen gedacht ist, die keinen Zugang zu einem elektrischen Netz haben. Er erscheint im August 2013 in den Blogs.

Der von dem in Ontario ansässigen kanadischen Unternehmen WeWi Telecommunications Inc. und David Snir entwickelte Solar-Laptop verfügt hinter dem Display über vier abnehmbare monokristalline PV-Paneele mit einem Wirkungsgrad von etwa 21 %, die in das Gerät eingeklappt werden können. Bemerkenswert ist die beworbene Ausdauer: Laut Wewi reichen zwei Stunden Sonneneinstrahlung für bis zu zehn Stunden Akkulaufzeit. Welche technischen Spezifikationen dahinter stecken und was für ein Akku verwendet wird, verrät der Hersteller noch nicht.

Der SOL, auf dem das Open-Source-Betriebssystem Ubuntu läuft, besitzt ein verstärktes Gehäuse auf Polymerbasis und ist in zwei Ausführungen erhältlich, einer Standardausführung für 350 $ und einer Marine-Ausführung für 400 $, bei der eine hydrophobe Beschichtung verwendet wird, um den Laptop wasserabweisend zu machen, anstatt wasserdicht. Der Laptop hat ein integriertes Mikrofon und zwei Lautsprecher für Video-Konferenzen und kann über WLAN mit dem Internet oder via Bluetooth mit anderen Geräten verbunden werden.

Das Gerät soll als erstes in Ghana auf den Markt kommen und danach für den weltweiten Versand erhältlich sein. Doch wie schon so oft, ist auch diesmal nichts darüber zu finden, daß es zu einem tatsächlichen Einsatz gekommen ist, auch wenn im April 2014 noch Produktfotos eines leuchtend gelben Kunststoffgehäuses und ein kurzer Betatest-Erfahrungsbericht erscheinen.

Auch zwei Sonnenenergie-Nutzungen als Kunst-Elemente werden in diesem Jahr bekannt. Im April 2012 ist dies eine riesige kinetische Blumenskulptur namens Organograph, die der Gewinner der internationalen Climate Clock competition von San José ist und auf einem Fußgängerplatz in der Innenstadt vor der Diridon Station entstehen soll, einem wichtigen Verkehrsknotenpunkt.

Die von Bill Washabaugh, Chico MacMurtie und Geo Homsy entwickelte, von der Sonne angetriebene Klima-Uhr umfaßt neben der Uhr selbst ein Observatorium, die Simulation des Kohlenstoffkreislaufs, eine sogenannte Inkubatorkuppel, einen Zeitpfad-Garten und eine externe Bildungskomponente namens Seed to Plant-Programm.

Die geplante Installation ist eine 23 m hohe kinetische Skulptur, die von drei großen Solarblättern angetrieben wird, die sich morgens entfalten, den ganzen Tag über Energie sammeln und sich nachts wieder schließen. Eine Reihe von Zahnrädern steuert den gesamten Mechanismus des Bauwerks: die tägliche Drehung, das Öffnen und Schließen, die normale Zeitmessung, die simulierte Zeitmessung und die kontinuierliche langsame Bewegung entlang des Gartenwegs.

Die Besucher sind eingeladen, die offene Skulptur zu betreten und die Mechanismen der Zeitmessung in Aktion zu beobachten. Hierzu führen eine spiralförmige Rampe und eine Treppe auf vier Ebenen hinauf und geben dem Betrachter einen Einblick in den Kohlenstoffkreislauf, den Zeitpfad-Garten und die Mechanismen zur Aufzucht von Pflanzen. Wenn es installiert ist, wird das Kunstwerk die Schwankungen der Treibhausgaswerte berechnen und für immer Daten darüber liefern.

Die Detailbeschreibung betont, das das aus miteinander verbundenen Ausstellungsobjekten, Flüssigkeitsströmen und mechanischen Bewegungen bestehende System das dynamische Gleichgewicht von Energie- und Massenfluß in der Biosphäre veranschaulicht. Gleichzeitig bewegt sich die gesamte Skulptur 2 m pro Jahr entlang eines spiralförmigen Grabens und hinterläßt dabei einen lebendigen Garten und einen Weg, der mit archivierten ,Kulturziegeln’ aus glasiertem Müll gepflastert ist.

Der Bau der Mega-Installation könnte bis zu 20 Mio. $ kosten, und die Stadt hofft, daß private Spender dafür aufkommen werden. Bis dahin ist im Rathaus von San José von Juni bis Dezember eine 3 m hohe Nachbildung des Organographen zu sehen. Bislang scheint es aber dabei geblieben zu sein, und der letzte FB-Eintrag stammt vom Juli 2019.

Die zweite Installation, über die im Juli 2012 berichtet wird, stammt von dem italienischen Video-Künstler Fabrizio Plessi, der in die Ruinen der Tempelstadt von Agrigento auf Sizilien neun künstliche Turmbauten aus Tuffstein errichtet, die äußerlich wie Monolithen wirken und deren Innenräume einem Altar ähneln.

Hier sind seine Videoinstallationen zu sehen, die die Vier-Elemente-Lehre des antiken Philosophen Empedocles aufgreifen und mit ihrer Darstellungsweise einen Ausgleich zwischen Mensch und Natur anstreben. Es sind zwölf prototypische virtuelle Projektionen von Elementen wie Wasser, Regen, Feuer, Lava, Wind und Blitz. Seit Ende der 1960er Jahre hatte sich Plessi vor allem mit dem Element Wasser beschäftigt.

Das neue Projekt MONUMENTA wendet sich der Sonne zu und verbindet die Inhalte antiker Philosophie mit den Errungenschaften moderner Technik, indem die Videoinstallationen dank Photovoltaik vollkommen emissionsfrei laufen. Hierfür wird das mit Projekt durch die SiG Solar Italy Unternehmensgruppe mit einer PV-Anlage unterstützt, deren Module von unten unsichtbar auf den Turmdächern montiert sind.

Auch schon fast eine Art Kunstwerk sind die neuartigen Solarpaneele des m Vorjahr gegründeten Start-Ups V3Solar (früher: Solarphasec) aus Los Angeles, die im Mai 2012 bekannt werden. Mit den Paneelen, die in Zusammenarbeit mit dem Industriedesign-Team der Nectar Inc. aus dem kalifornischen Long Beach entwickelt wurden, will das Unternehmen eine Revolution in der Solarenergie verursachen.

Bei der Spin Cell (o. V3 Spin Cell) genannten Technologie sind herkömmliche Solarzellen auf einem Kegel befestigt. Dieser hat einen Durchmesser von 1 m und besteht aus einer Schicht von Hunderten dreieckiger Solarzellen, die in einem Winkel von 56° angeordnet sind. Zudem wird der Kegel von einem statischen, hermetisch abgedichteten Linsenkonzentrator umschlossen, mit dem eine 20-fache (andere Quellen: 30-fache) Solarkonzentration erreicht wird.

In Innern der transparenten Konzentratorpyramide rotieren die Zellen mit Hilfe eines Maglev-Systems, das von einem Teil der erzeugten Energie angetrieben wird. Dies bringt die Luft in Bewegung und kühlt die Solarzellen.

Da diese außerdem ständig in das Sonnenlicht hinein und wieder hinaus rotiert werden, besteht keine Gefahr einer Überhitzung und werden der Firma zufolge niemals wärmer als 35°C. In einem starren, flachen Design hingegen würden die Zellen bei der Verwendung gleicher Konzentratorlinsen Temperaturen von bis zu 125°C erreichen, was ihre Effektivität stark verringert - oder sie sogar durchbrennen läßt.

V3Solar hat zudem Array-Kozepte entwickelt, die im Vergleich zu konventionellen flachen Paneelen einen sehr kleinen Raum einnehmen, sowie einen sogenannten Power Pole, bei dem zehn Spin Cells, ohne sich zu beschatten, an einem Mast auf einer Fläche von knapp 1 m² konzentriert sind und 10 kW (andere Quellen: 17 kW) Leistung bringen sollen. Damit würden sie mehr als 20-mal mehr Strom als ein statisches Flachkollektor-Paneel erzeugen, was in den Kommentaren stark angezweifelt wird.

Bereits im Februar hatte die o.e. Solarspheric eine Finanzierungsrunde mit dem Ziel eröffnet, 3,5 Mio. $ zu beschaffen, um die Anlaufkosten im Zusammenhang mit der kommerziellen Produktion der ,Sentinel Spin Cell’-Reihe zu finanzieren. Was daraus geworden ist, läßt sich aber nicht mehr herausfinden.

Im Oktober wird dann ein YouTube-Clip veröffentlicht, auf dem ein rotierender Prototyp des V3Solar-Kegels zu sehen ist. Das Patent für die Dynamic Spin genannte Schlüsseltechnologie sei bereits angemeldet - was sich allerdings nicht verifizieren ließ -, und das Unternehmen plant, sein Lizenzprogramm im letzten Quartal 2014 zu starten.

Im Januar 2013 folgt die Meldung, daß die V3Solar bereits über 4 GW an Aufträgen habe, und im Juni 2014 werden Fotos von einem Prüfstand-Prototyp namens The Tank veröffentlicht. Der Firma zufolge sind bislang etwa zehn Prüfstandsysteme in verschiedenen Formen und Größen gebaut worden, um solide Grundlagen für die Produktentwicklung zu bekommen.

Danach wird es schnell wieder ruhig um das Ganze, der letzte FB-Eintrag stammt vom September 2014 und auch auf der Firmenhomepage ist kein Wort mehr über die Spin Cells zu finden. Im Folgejahr gibt es zwar noch einiges an Presse, doch dann verschwindet die so hochgepriesene Technologie wieder in der Versenkung.

Nachtrag: Im März 2018 wird einem Christoph Karl La Due aus Talent, Oregon, das Patent für ein Kollektorsystem erteilt, daß einen ähnliche Kegelform besitzt (US-Nr. 9.923.108, angemeldet 2011). Es ist aber nicht eindeutig klar, ob dieses Patent die Grundlage des Spin Cell-Systems darstellt.

Die Idee der rotierenden Solarzellen-Paneele taucht ein weiteres Mal im Juni 2020 auf, als der russisch-israelische Elektromechaniker Alexei Gennady Grigoriev eine mechanische Lösung zur Optimierung des Wirkungsgrads von Solarkraftwerken vorstellt.

Ausgehend davon, daß zweiseitige Solarmodule besser sind als einseitige, wenn es darum geht, den Wirkungsgrad der Sonnenenergie zu optimieren, läßt er handelsübliche Solarmodule so rotieren, daß sie möglichst wenig Hitze und Staub ausgesetzt sind und gleichzeitig „mehr Sonnenwinkel einfangen.“

Grigoriev, dem die Idee dazu bereits 2013 kam, als heftige Regenfälle zu einem dreitägigen Stromausfall führten. 2016 gründet er in Netanya das Start-Up SolarAce (o. Sol2Gen Ltd.), um die Technologie zu kommerzialisieren, die angeblich viermal mehr Energie liefert als herkömmliche statische PV-Systeme mit nur einer Fläche. Nun, nach zwei Jahren Entwicklungsarbeit, zeigt er einen kleinen 3D-Prototyp mit rotierenden Solarmodulen.

Der Helicopter, wie ihn sein Erfinder nennt, der aus der Luftfahrt kommt, soll drei Probleme lösen: das Auftreten hoher Temperaturen, die den Wirkungsgrad herabsetzen, der Staub und Schnee, der die Paneele bedeckt, sowie der hohe Platzbedarf statischer Anlagen. Es folgen ein Businessplan und diverse diverse Ankündigungen, doch tatsächlich läßt sich danach nicht mehr das Geringste über die ganze Sache finden. Grigorievs Firma hat übrigens weder mit der indischen Solar Ace in Ahmedabad, noch mit der chinesischen Solarace new energy Co. Ltd. in Hangzhou etwas zu tun.

Ein weiteres rotierendes PV-System begegnet uns im Dezember 2021. Diesmal stammt das Gerät von Wissenschaftlern um Abdurrahman Yavuzdeger und Fırat Ekinci an der Adana Science and Technology University (ATSTU) in der Türkei, die es als besonders geeignet für Haushalte und Hochhäuser in Regionen mit hohem Wind- und Sonnenenergieaufkommen betrachten. Ihr Bericht trägt den Titel ,Performance Assessment of a Novel Eco-Friendly Solar Panel Mounted Hybrid Rotating Energy System with Renewable Energy Applications’.

Der Prototyp des Rotierenden Energiesystems (Rotary Energy System, RES), dessen Aufbau bereits 2018 begann, wird mit Hilfe eines 3D-Druckers hergestellt und besteht aus einer einzigen Struktur. Das System hat eine dekagonale Form und beherbergt auf jeder Seite ein polykristallines PV-Paneel mit einer Größe von 140 x 60 x 2,5 mm und einem Gewicht von nur 33 g. Die Module mit einen Wirkungsgrad von über 17 % sind in einem Abstand von 30 mm zueinander angeordnet, während zwischen jeder der zehn Seiten Luftkanäle mit den Maßen 95 x 150 mm eingebettet sind.

Die Rotationsbewegung erzeugt Luftströme durch diese Luftkanäle, die die Betriebstemperaturen der Paneele und gleichzeitig die des gesamten Systems senken und die Staubansammlung erheblich reduzieren. Die Drehgeschwindigkeit des Systems reicht von 0 - 100 U/min, und mit einer Meßstation werden die Daten der Umgebungstemperatur und der Sonneneinstrahlung aufgezeichnet.

Das System wird mit 0, 10, 50 und 100 U/min und bei einer Sonneneinstrahlung von 110 - 1.210 W/m² betrieben. Dabei wird die niedrigste Ausgangsleistung mit ~ 0,57 W bei 10 U/min und 234 W/m² Sonneneinstrahlung ermittelt, die höchste mit ~ 1,8 W bei 100 U/min und 756 W/m² Sonneneinstrahlung.

Eher traurig ist eine Meldung von Mitte März 2012, der zufolge die israelisch-palästinensische NGO Comet-ME sich extra dafür einsetzen muß, um durch internationalen Druck den Abriß von Solaranlagen und Windladern zu verhindern, die abgelegene palästinensische Gemeinden mit Strom versorgen. Vertreter der israelischen Regierung kommen immer wieder mit Abrißverfügungen und schwerem Gerät, da diese Projekte ohne Genehmigung im Gebiet C des Westjordanlandes installiert wurden, das unter israelischer Kontrolle steht.

Der Grund, warum keine Genehmigungen beantragt werden, ist, daß Israel im Gebiet C solche so gut wie nie an Palästinenser vergibt. Die israelischen Behörden nehmen sich daher das Recht heraus, die Solarpaneele und Windturbinen abzureißen, selbst wenn sie für die Dorfbewohner oftmals die einzige Stromquelle darstellen. Auch der Fakt, daß die deutsche Hilfsorganisation Medico diese Projekte mitfinanziert hat, ändert nichts daran.

Tatsächlich wurden nach Angaben der Organisation Peace Now zwischen 2001 und 2007 insgesamt nur 91 Baugenehmigungen für Palästinenser in Gebiet C erteilt. Im gleichen Zeitraum wurden dort dagegen mehr als 10.000 israelische Siedlungseinheiten gebaut - und mehr als 1.500 palästinensische Gebäude abgerissen. Eigentlich ist Israel als Besatzungsmacht nach der Genfer Konvention verpflichtet, den in Gebiet C lebenden Palästinensern grundlegende Einrichtungen wie Energie zur Verfügung zu stellen, tatsächlich haben aber viele von ihnen keinen Zugang zu Strom.

Im Mai 2012 berichten die Blogs erstmals über Stone Spray - einen solarbetriebenen 3D-Roboterdrucker, der potentiell ganze Gebäude aus Sand herstellen kann. Der Roboter stammt aus dem Institute for Advanced Architecture of Catalonia (IAAC) in Barcelona, einem Forschungs- und Bildungszentrum in Spanien, das sich der Entwicklung nachhaltiger Architektur widmet.

Das Thema 3D-Druck in der Architektur wird im Buch der Synergie ausführlich in einem eigenen Kapitelteil behandelt - wo auch die Stone-Spray-Technologie ihren Platz hat -, doch Solardrucker sind bei den Optimierungs- und Verstärkungstechniken gelandet, da sie auf den dort behandelten Kugel- und Fresnel-Linsen basieren. Da ich das Thema aber sehr interessant finde, soll auch hier darüber berichtet werden.

Der von den Architekturstudenten Anna Kulik und Petr Novikov aus Russland sowie Inder Shergill aus Indien in Zusammenarbeit mit den Designern von Vortica und dem Fab Lab Barcelona konstruierte Stone-Spray-Roboter, der sich noch in der Anfangsphase seiner Entwicklung befindet, vermischt vor Ort gewonnene Erde mit einem umweltfreundlichen Bindemittel und sprüht die Mischung dann auf eine Oberfläche. Die Erde verfestigt sich, noch während die Maschine arbeitet, so daß skulpturale Formen geschaffen werden können.

Der Roboter-Prototyp wird per Computer gesteuert und kann im Gegensatz zu anderen 3D-Druckern sowohl vertikal als auch horizontal in mehrere Richtungen drucken. Das Gerät wird mit Solarenergie betrieben und wurde bereits für die Herstellung von bewehrte, später auch unbewehrten Modellen eingesetzt. wie Kleinmöbel, tragende Wände und stützenfreie skulpturale Formen. Auf der Abbildung ist beispielsweise eine 50 cm breite Sandwand zu sehen, die 40 cm hoch und 15 cm breit ist.

Besonders schnell geht es aber nicht: Für einen dreibeinigen Hocker mit den Ausmaßen von etwa 200 x 200 x 200 mm benötigt der Stone Spray etwa drei Stunden. Dazu kommt eine Trockenzeit von einer Stunde, bis das Materialgemisch vollständig ausgehärtet ist.

Das IAAC hofft mit diesem Projekt, die Grenzen der digitalen Fertigung weiter zu verschieben und die Möglichkeiten einer Vor-Ort-Fertigungsmaschine zu erforschen. Als nächster Schritt soll die 1-Meter-Höhe ,geknackt’ werden. Die Architekten denken auch über ein Trockensystem nach, das die Aushärtungszeit weiter verkürzt. Alle Ergebnisse sollen dann in einem Projektbuch zusammengefaßt werden, das sogar die Anleitung zum Bau eines eigenen Roboters enthält.

Leider sind die Homepages von Stone Spray und Vortica inzwischen nicht mehr online, und der letzte FB-Eintrag stammt vom Dezember 2014, so daß man annehmen muß, daß das Projekt nicht weiterverfolgt wurde.

 

Weiter mit der photovoltaischen Nutzung 2012...