TEIL C

Entwicklung der photovoltaischen Nutzung 2014 (b)

Weiter mit der Jahreschronologie: Eine im September 2014 veröffentlichte Untersuchung des Fraunhofer ISE, die in Kooperation mit der ETH Zürich und dem Deutschen Wetterdienst (DWD) entstand, belegt, daß die Erträge von PV-Anlagen in Deutschland regelmäßig um etwa 5 % höher ausfallen als erwartet, was auf einen steigenden Trend bei der Sonneneinstrahlung zurückzuführen sei. Das aktuelle Strahlungsniveau in Deutschland liegt demnach deutlich über den Mittelwerten der letzten 30 Jahre.

Bei der Analyse langjähriger Strahlungs-Meßdaten (1951 - 2010) des DWD für ausgewählte Standorte in Deutschland zeigen die Ergebnisse, daß seit etwa Mitte der 1980er Jahre ein Anstieg der Solarstrahlung zu beobachten ist. Letztlich bedeutet dies, daß PV-Kraftwerke wirtschaftlicher sind als bislang angenommen.

In London wird im Oktober eine der stillgelegten alten, kultigen roten Telefonzellen grün gestrichen und in eine solarbetriebene Ladestation für mobile Geräte umgewandelt. Damit bleibt die Solarbox immerhin dem Thema Telekommunikation treu. Auf ihrem Höhepunkt im Jahr 1992 gab es 92.000 von BT betriebene Telefonzellen, die über ganz Großbritannien verteilt waren. Rund 2.400 von ihnen stehen heute unter Denkmalschutz und werden auch in absehbarer Zukunft erhalten bleiben.

Erfunden wird die Solarbox, die nun in der Tottenham Court Road in Londons zentralem Einkaufsviertel für die Öffentlichkeit zugänglich ist und kostenlos genutzt werden kann, von zwei Absolventen der London School of Economics (LSE). Kirsty Kenney und Harold Craston hatten in diesem Sommer im Rahmen des Wettbewerbs Low Carbon Entrepreneur 2014 den zweiten Platz belegt und eine Förderung von 5.000 £ für das Projekt gewonnen.

Die laufenden Kosten für die grüne Box mit ihrem flexiblen 150 W PV-Paneel, das der Krümmung des Zellendachs angepaßt ist, werden durch In-Kiosk-Werbung in Form kurzer Werbespots auf einem eingebauten Bildschirm gedeckt, bei dem es sich eigentlich um ein iPad handelt, weshalb die Zelle nachts auch verschlossen wird. Eine zweite Solarbox mit Mini-/Micro-USB- und iPhone-Ladegeräteen soll im Januar eingeweiht werden. Andere Quellen vermelden, daß derzeit schon sechs Boxen zur Verfügung stehen, bis Anfang nächsten Jahres aber mindestens noch sechs weitere dazukommen sollen.

Übrigens - und unabhängig von der obigen Initiative - wurden im Laufe der letzten Jahre viele weitere rote Telefonzellen vom Schrottplatz geholt und in Geldautomaten, kostenlose kleine Bibliotheken, Infostände, Pop-up-Kunstgalerien, Handy-Reparaturstände und Kaffeeautomaten verwandelt. In einigen ländlichen Gegenden Englands, in denen die medizinische Notfallhilfe oft nur langsam vorankommt, wurden veraltete Telefonzellen sogar mit Defibrillatoren ausgestattet.

In Indien beginnt im Oktober ein lokales Unternehmen hingegen mit der Einführung einer autarken solarbetriebenen Toilette, die zeitgleich mit dem Start der Clean India Mission (Swachh Bharat Abhiyan) auf den Markt kommt. Die auf fünf Jahre angelegte Kampagne ,Sauberes Indien’ des Premierministers Narendra Modi, die am Geburtstag von Mahatma Gandhi startet, ist die bisher größte Sauberkeitskampagne des Landes und soll zu einem revolutionären Sprung in der Abwasserentsorgung und Hygiene auf dem Subkontinent führen.

Die Eram Scientific Solutions Pvt. Ltd. (ESS) mit Sitz in Thiruvananthapuram, Kerala, begann ihre Tätigkeit im Jahr 2008 und startet nun die Markteinführung einer ,elektronischen Toilette’, die mit modernster Technologie ausgestattet ist und speziell für den Einsatz in Schulen angepaßt ist. Sie besitzt ein schlankes Gehäuse aus Baustahl, ist mit Hilfe eines eingebauten Solarpaneels vollkommen netzunabhängig und verfügt über eine Internetverbindung für den Fernzugriff. Das solarbetriebene System hat einen Tag Pufferzeit.

Der Benutzer muß eine Münze einwerfen, um die ELITE -14 SOLAR eToilet in Betrieb zu nehmen. Nach dem Einwurf der Münze öffnet sich die Tür, ein Licht geht an und der Benutzer wird durch Sprachbefehle angeleitet. Auch der Wasserverbrauch ist so programmiert, daß nach drei Minuten Benutzung mit 1,5 Litern Wasser gespült wird, oder mit 4,5 Litern, wenn die Benutzung länger dauert. Die Toiletten in den Schulen werden hingegen voraussichtlich kostenlos nutzbar sein.

Die solarbetriebene Toilette in Schulen kann sich in Indien insofern als revolutionär erweisen, als daß der Mangel an sanitären Einrichtungen in Schulen in halbstädtischen und ländlichen Gebieten einer der Hauptgründe dafür ist, daß Eltern ihre Kinder, insbesondere Mädchen, nicht in die Schulen schicken.

Im November 2017 wird berichtet, daß nun auch weibliche Besucher des Zoos von Thiruvananthapuram eine saubere öffentliche Toilette vorfinden, nachdem am Welttoilettentag Mitte des Monats auf dem Gelände die allererste Smart She-Toilette in Betrieb genommen wurde. Die ebenfalls vollständig solarbetriebene, selbstreinigende Toilette ist mit einem Münzautomaten für Damenbinden und Vorkehrungen für die Abfallbehandlung durch anaerobe biologische Zersetzung ausgestattet. Die E-Toilette verfügt außerdem über einen Wickelplatz für Babys und spült sich selbständig vor und nach jeder Benutzung. Nach jeder zehnten Benutzung wird auch der Boden automatisch gewaschen.

Bis zu diesem Zeitpunkt hat die Eram Scientific Solutions eigenen Angaben zufolge über 2.100 E-Toiletten in 20 indischen Bundesstaaten eingerichtet. Dazu gehören Varianten wie She-Toiletten für Frauen, D lite-Toiletten für Schulkinder sowie behindertengerechte Toiletten, wobei nicht ganz klar ist, ob diese auch alle solarbetrieben sind. Außerdem hat das Unternehmen eine App entwickelt, mit der man die nächstgelegene E-Toilette finden kann. Als Nächstes ist ein kommerzielles E-Toilettenmodell geplant, das die Abfälle zur Herstellung von Düngemitteln, zur Wasseraufbereitung und zur Energieerzeugung recyceln kann.

Im Oktober 2020 erscheint ein 9-seitiger Bericht von Wissenschaftlern des Sardar Patel Institute of Technology in Maharashtra mit dem Titel ,Solar Powered Self-Cleaning Toilet’, den man frei downladen kann. Er geht ausführlich auf die bei den E-Toiletten eingesetzten Technologien ein, die demnach auf einer experimentelle Toilettenkabine basieren, die von Ingenieuren des California Institute of Technology (Caltech) unter der Leitung von Prof. Michael Hoffmann entworfen wurde.

Im Zuge einer diesbezüglichen Recherche stellt sich heraus, daß die von der Bill & Melinda Gates Foundation finanzierte experimentelle Toilette ebenfalls mit Solarenergie betrieben wird, um menschliche Abfälle zu spülen, zu desinfizieren und in Wasser für die Toilette, das Urinal und das Waschbecken umzuwandeln. Im Januar 2014 werden in Neu-Delhi zwei Prototyp-Einheiten in Betrieb genommen, und das Caltech plant, weitere Anlagen in Indien und möglicherweise in Thailand, Kambodscha, Vietnam und China zu testen.

Die ersten Einheiten, die das Caltech in 20-Fuß-Schiffscontainer eingebaut hat, kosten jeweils 50.000 $ und sollen als öffentliche Toiletten dienen. Es wird allerdings geschätzt, daß der Preis in Entwicklungsgebieten auf weniger als 1.500 $ sinken könnte.

Im Oktober 2014 wird im Skigebiet Mount Abram in Greenwood, Maine, etwa 100 km nordwestlich von Portland, fast ein halber Hektar des Parkplatzes an der Talstation mit 803 PV-Modulen bestückt. Es wird erwartet, daß die Paneele im Laufe des Jahres genug Kilowattstunden erzeugen, um 46 durchschnittliche Haushalte in Maine mit Strom zu versorgen und 70 % des Stromverbrauchs des Skigebiets auszugleichen.

Ein großer Teil dieses Stroms wird für den Skilift und die Beschneiung verwendet. Damit ist Mt. Abram nach dem solar- und windbetriebenen Berkshire East in Massachusetts das zweite Skigebiet der USA, das einen so großen Teil seines Stroms aus erneuerbaren Quellen bezieht.

Ebenfalls im Oktober 2014 stellt das gemeinnützige Schweizer Forschungs- und Entwicklungszentrum Centre Suisse d’Electronique et de Microtechnique SA (CSEM) das weltweit erste weiße Solarmodul vor, das für eine breitere Akzeptanz von PV-Technik in der Bauwirtschaft sorgen soll. Die neu entwickelten Paneele haben keine sichtbaren Anschlüsse und sind auch in verschiedenen anderen Farben erhältlich.

Auf weiße Solarpaneele konzentriert haben sich die Forscher aber nicht wegen der Vielseitigkeit der Farbe, sondern weil weiße Paneele kühler bleiben, was ihre Effizienz steigert. Weiße Solarzellen produzieren im Vergleich zu dunklen weniger Wärme, wodurch sie mit etwa 20 - 30°C tieferen Temperaturen arbeiten als herkömmliche Module. Ihre Verwendung auf großen Flächen wie dem Dach hält die Gebäude selbst kühler, was den Energiebedarf für Klimaanlagen verringert.

Die neue Technologie besteht aus einer farbigen Kunststoffschicht, die über das Paneel gelegt wird und auf glatten ebenso wie auf gekrümmten Flächen funktioniert. Diese Schicht wirkt wie ein Streufilter, der das gesamte sichtbare Lichtspektrum streut, aber Infrarotstrahlen durchläßt, die in Elektrizität umgewandelt wird. Letztendlich kann damit jede PV-Technologie auf Basis von kristallinem Silizium zur Herstellung von weißen Solarmodulen verwendet werden, entweder durch nachträgliches Anbringen auf einem vorhandenen Modul, oder durch Integration während der Modulherstellung.

Großer Nachteil der hellen Module: Durch die Kombination mit dem Filter sinkt der Wirkungsgrad von den standardmäßigen etwa 18 % auf rund 10 %.

In diesem Zusammenhang sind noch einige andere Entwicklungen zu nennen, die ebenfalls zu farbigen PV-Zellen und -Paneelen führen, angefangen mit den Forschern um Verena Neder am FOM Institute for Atomic and Molecular Physics (AMOLF) in den Niederlanden, die Berichten vom August 2017 zufolge Solarzellen mit Silizium-Nanomustern bedrucken, um sie Grün erscheinen lassen. Obwohl auch dieses Verfahren den Wirkungsgrad um 10 % verringert, wird dies als akzeptabler Kompromiß angesehen, wenn die Paneele durch die Umfärbung auf mehr Gebäuden installiert werden.

Zur Umsetzung wird die Soft-Imprint-Lithographie verwendet, um eine dichte Anordnung von Silizium-Nanoröhrchen auf die Oberfläche von Solarzellen aufzubringen. Jedes Nanoröhrchen ist etwa 100 nm breit und so geformt, daß es eine bestimmte Wellenlänge des Lichts streut. Zu diesem Zeitpunkt der Versuche erscheinen die resultierenden Solarzellen grün, doch die Farbe kann durch Veränderung der Geometrie der Nanoröhren unterschiedlich eingestellt werden, wobei sie über einen weiten Bereich von Betrachtungswinkeln konstant bleibt.

Nach Beherrschung der Farbe Grün widmen die Forscher ihre Aufmerksamkeit der Entwicklung von Aufdrucken, die rote und blaue Solarzellen erzeugen indem sie verschiedene Nanopartikel kombinieren. Sobald sie die drei Grundfarben im Griff haben, läßt sich jede beliebige Farbe erzeugen, einschließlich Weiß. Dem Team zufolge ist die Technik leicht skalierbar, da im Prinzip  ein Gummistempel in der Größe eines Solarpaneels verwendet werden kann, um dieses in einem Schritt mit den genau definierten Nanopartikeln zu bedrucken.

Eine potentielle Anwendung der Technologie wäre zudem, schichtweise gestapelte Tandem-Solarzellen herzustellen, bei denen jede Schicht fein abgestimmt ist, um bestimmte Teile des elektromagnetischen Spektrums zu absorbieren. Theoretisch könnte dies zu Wirkungsgraden von 30 % oder mehr führen. Der entsprechende Bericht trägt den Titel ,Efficient colored silicon solar modules using integrated resonant dielectric nanoscatterers’.

Auf der Messe BAU im Januar 2021, die dieses Jahr in digitaler Form stattfindet, präsentieren Wissenschaftler des Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE ein Verfahren, mit denen PV-Anlagen mit einer homogenen und leuchtend farbigen Oberfläche hergestellt werden können. Die Forscher Oliver Höhn, Thomas Kroyer und Andreas Wessel hatten sich dabei an den Flügeln des im tropischen Regenwald in Mittel- und Südamerika lebenden Morpho-Schmetterlings (o. Morphofalter, Himmelsfalter) orientiert, der zu den größten Schmetterlingen der Welt zählt und in einem strahlenden, metallischen Blau leuchtet.

Die Schmetterlinge erzeugen den Farbeindruck nicht durch farbige Pigmente, sondern durch einen optischen Effekt: Die Flügel haben eine mikrometerfeine, 3D-photonische Struktur, die gezielt einen engen Wellenlängenbereich, sprich eine Farbe, reflektiert. Durch einen Vakuumprozeß gelingt es den Fraunhofer-Experten, eine ähnliche Oberflächenstruktur auf die Rückseite des Deckglases von PV-Modulen aufzubringen. Die Technologie wird daher auch nach dem blau leuchtenden Schmetterling MorphoColor genannt.

In Zukunft soll es aber nicht bei Blau bleiben - das im Grunde ja schon die Farbe der bisher am weitesten verbreiteten PV-Zellen ist. Denn sobald sich die bunten Bauteile in der jeweils gewünschten Farbe herstellen lassen, können sie fast unsichtbar in eine Fassade oder ein Dach integriert werden, was eine weite(re) Verbreitung begünstigen sollte.

Neben der verbesserten Optik haben die Wissenschaftler auch eine innovative Montagemethode entwickelt, um zu verhindern, daß die aneinander gelöteten PV-Zellen wie ein Schachbrett durch das farbige Deckglas schimmern. Entsprechend dem Prinzip überlappend aufeinander gelegter Dachschindeln werden die Zellen in Streifen angefertigt und wenige Millimeter überlappend zu einem größeren Modul zusammengeklebt. So entsteht ein homogenes Ganzes ohne störende Zwischenräume.

Im Mai 2022 folgt die Meldung, daß das ISE inzwischen mit der Firma temicon GmbH aus Dortmund zusammenarbeitet, um Solarmodulen eine frei wählbare Farbe zu geben. Die Firma stellt bislang sehr feine Diffusionsfolien etwa für blendfreie Beleuchtung, Antireflexfilter für Displays, mikrostrukturierte Lichtleiter und Mikrolinsen für Head-Up-Displays her.

Der industrielle Prozeß der ,Färbung’ besteht darin, auf die Solarmodule eine mit Filtern versehene Diffuserschicht aufzubringen, die das einfallende Sonnenlicht gleichmäßig streut und den Modulen eine neue Farbe verleiht. Dabei wird zunächst die Mikrostruktur für den Diffusor in einem galvanischen Prozeß auf das Imprint-Werkzeug übertragen, bevor dann der so angefertigte Stempel über eine dünne, transparente Folie geführt wird, wobei die Temicon diesen sogenannten Nanoimprint im kostengünstigen Rolle-zu-Rolle-Verfahren erzeugt.

Als letzter Schritt wird ein vom ISE entwickelter sogenannter Bragg-Spiegel auf die Diffuserfolien aufgesputtert, der als spektral selektiver Filter dafür sorgt, daß nur Licht in der gewünschten Wellenlänge bzw. Farbe vollständig reflektiert wird. Das Modul nimmt damit die mit dem Interferenzfilter gewählte Färbung an. Die Moduleffizienz nimmt dadurch aber um 7 - 10 % ab, da der Bragg-Spiegel einen Teil des Lichts reflektiert, bevor es die Solarzellen erreicht.

Temicons Folien sind bis zu 36 µm dünn und bis zu 1,05 m breit. Alternativ bietet das Unternehmen 1,0 × 1,60 m große Platten an. Die farbkonvertierenden MorphoColor-Folien befinden sich aber noch in der Entwicklung.

In einem weiteren Forschungsprojekt untersuchte Temicon zusammen mit dem ISE, wie sich die Effizienz der Solarmodule durch einen Diffuser verbessern läßt, der nach Innen wirkt. Dazu werden Diffuserfolien zwischen den Solarzellen aufgebracht, die das Sonnenlicht, das auf die inaktiven Bereiche zwischen den Zellen fällt, über Reflexionen am Modulglas auf die aktiven Solarflächen umlenken.

Allerdings ist die Wirtschaftlichkeit des Ansatzes inzwischen fraglich: Da Solarzellen sehr preiswert geworden sind, werden sie stattdessen wie Dachziegeln geschindelt und so die inaktiven Zwischenräume überdeckt. Das läßt sich angesichts der niedrigen Solarzellenpreise am Ende preiswerter realisieren als die Diffuser-Technologie.

Im November wird die neue Fassade des Zentrums für Höchsteffiziente Solarzellen am ISE vorgestellt, die mit 60 eigens für das Pilotprojekt hergestellten Modulen mit grüner MorphoColor-Strukturschicht ausgestattet ist. Das Pilotprojekt wird das Forschungsinstitut mit circa 11 MWh Solarstrom pro Jahr versorgen - und die gewählte Farbe ähnelt die des ISE-Logos.

Im April 2023 wird berichtet, daß das ISE die MorphoColor-Technologie an den Schweizer PV-Modulhersteller Megasol Energie AG lizenziert hat, dessen Solarmodule hauptsächlich für das wachsende Segment der gebäudeintegrierten Photovoltaik (BIPV) produziert werden. Die MorphoColor-Gläser können aber auch für bauwerkintegrierte farbige solarthermische Kollektoren oder PVT-Kollektoren verwendet werden.

Auf der Automobilmesse IAA 2024 präsentiert das ISE im Folgejahr Autoglasdächer und Motorhauben mit integrierten MorphoColor-Photovoltaikmodulen. Außerdem werden die Entwickler der MorphoColor-Beschichtungstechnologie mit dem mit 50.000 € dotierten Joseph-von-Fraunhofer-Preis 2024 ausgezeichnet, und vor dem Hauptgebäude des ISE in Freiburg wird eine Stele zur Demonstration der farbigen BIPV-Module errichtet.

Im Oktober 2024 folgt die Meldung, daß auch die französische Firma Solar Cloth (o. Solar Cloth System, SolarCloth) versucht, Farbe in ihre flexiblen CIGS-Photovoltaikmodule zu integrieren. Das Unternehmen testet hierzu drei farbige Lösungen: die MorphoColor-Interferenzfolien des Fraunhofer-Instituts, die ColorQuant-Interferenzverkapselungen des deutschen Unternehmens Lenzing Plastics und Diffusorfolien des Schweizer Unternehmens Solaxess.

Die vielversprechendsten Ergebnisse liefern dabei die MorphoColor-Interferenzfolien, weshalb die Solar Cloth einen Entwicklungsvertrag mit dem Fraunhofer-Institut abschließt. Sobald die festgestellte schlechte Haftung verbessert und der Preis für die MorphoFlex-Version wettbewerbsfähig wird, sollen die Module direkt von Solar Cloth eingefärbt werden.

Die Produkte von Lenzing Plastics zeigen bei dem Vergleich zwar eine sehr gute Beständigkeit, doch die geringe Sättigung der wahrgenommenen Farbe ist nicht sehr effektiv, um die Zellen zu verbergen. Die Diffusorfolien der Firma Solaxess zeigen ihrerseits eine stabile Alterung und eine gute Ästhetik, weisen abert schlechte Haftungseigenschaften und erhebliche Ertragseinbußen auf, insbesondere bei hellgrauen und weißen Folien.

Bereits im Juni 2023 präsentiert die Firma FuturaSun Srl auf der Intersolar in München farbige PV-Module namens Silk Plus Colour. Das 2008 gegründete Unternehmen mit Hauptsitz in Cittadella in Italien ist auf die Entwicklung und Herstellung hocheffizienter Photovoltaikmodule und Zellen spezialisiert und inzwischen weltweit in über 70 Ländern tätig. Der Modulfertigungsstandort befindet sich in Taizhou in China. Die neue Linie ist in vier verschiedenen Farben verfügbar: Rot, Orange, Silber und Grün. Die Leistung variiert von 250 W bis 390 W.

Ein Jahr später folgt die Linie Silk Nova Colour mit den selben Farben aber mehr Leistung - sowie grüne das Glas-Glas-Modul Silk Nova Green Duetto, das sich ideal für Gründächer bzw. begrünte Dächer eignet, für PV-Zäune, Garten-PV und landschaftlich stärker integrierte Freilandanlagen. Als besondere Referenz nennt die Firma das Guggenheim-Museum Bilbao in Spanien, das sich für die Installation von von 300 silberfarbene Solarmodulen auf dem Dach entschieden hat - obwohl diese von der Straße aus nicht sichtbar sind.

Ich habe allerdings nicht herausfinden können, auf welcher Technologie die farbigen Paneele der FuturaSun basieren.

Bei der Eröffnung eines neuen Entwicklungscenters in Peking im November 2014 stellt Mercedes Benz ein Konzeptfahrzeug vor, das einen Hybridantrieb mit Wasserstoff-Turbomotor für die Vorderräder und einen Elektromotor für die hintere Achse besitzt. Zu den futuristischen Elementen gehören u.a. ausfahrbare seitliche Kameras, die die Außenspiegel ersetzen, ein animiertes Display im Kühlergrill sowie im Inneren das zunächst unsichtbare Lenkrad und die Pedale, die sich erst entfalten, wenn der Fahrer eingestiegen ist.

Die von dem französischen Design-Professor Olivier Boulay und seinem Team entworfene Studie eines künftigen Mercedes-SUV im Coupé-Look verfügt weiterhin über eine ,power on the move’ genannte Aufhängung, die die Bewegungen der Stoßdämpfer in elektrische Energie umwandelt. Über diese Art Technologie berichte ich ausführlich im Kapitelteil Micro Energy Harvesting unter Stoßdämpfer.

Das 4,10 m lange, etwa 1,90 m breite, 2+2-sitzige und allradgetriebene Konzeptfahrzeug Vision G-Code mit rundum gezogener Verglasung, über dessen Markteinführung noch nichts bekannt ist, wird hier aber aus einem anderen Grund aufgeführt, denn es ist mit einer besonderen, energiespendenden Lackfarbe beschichtet, die sich Mulitivoltaik Silver (o. multi-voltaic silver) nennt.

Laut Mercedes wirkt der Lack wie eine riesige Solarzelle mit großer Effizienz - ohne daß jedoch nähere Details oder technische Daten darüber mitgeteilt werden. Weiterhin kann dieser Lack elektrostatisch  aufgeladen werden, entweder durch den Fahrtwind oder durch die natürliche Luftbewegung, wenn der Wagen steht. Die Energie wird in beiden Fällen genutzt, um sie dem Fahrzeug zurückzuführen und z.B. zur Methan- und Wasserstoffsynthese zu nutzen.

Leider charakteristisch für die Zögerlichkeit der deutschen Autoindustrie ist die Aussage von Mercedes-Entwicklungsvorstand Thomas Weber, dem zufolge diese Technik in überschaubarer Zeit kaum auf praktische Umsetzung hoffen darf: „Es kann aber durchaus sein, daß für unsere Enkel diese Art der Energienutzung selbstverständlich sein wird“. Worüber vermutlich ganz Asien lacht, denn bei einer derart pessimistischen Grundhaltung werden diese Enkel wohl eher chinesische Autos fahren.

Im Dezember 2014 berichten die Blogs über den belgischen Produktentwickler Arne Pauwels, der Kleinbauern in Entwicklungsländern zu mehr Produktivität verhelfen möchte und ein Wakati (o. Wakati One) genanntes Mini-Zelt vorstellt, im welchem bis zu 150 kg frisch geerntetes Obst und Gemüse gelagert und frisch gehalten werden können.

Pauwels war für sein Masterprojekt an der Universität Antwerpen nach Äthiopien gereist, wo ihm klar wird, daß die hohen Verluste nach der Ernte ein Riesenproblem für die Menschen sind. Mit Wakati, was in Swahili Zeit bedeutet (von arab. waqt), will er daher die Produktivität der Farmer - und nicht deren Produktion erhöhen. Was ihm einen Preis bei der AidEx 2013 Aid Innovation Challenge einbringt.

Nach zahlreichen Tests an den Universitäten Antwerpen und Leuven entsteht schließlich das Mini-Zelt mit Klimaregulierung, das wie eine überdimensionierte Kühltasche aussieht. Die Konstruktion besitzt ein kleines Solarpaneel, das einen Ventilator mit 3 W Leistung antreibt, über den Wasser im Inneren des Zeltes verteilt wird und sehr langsam verdunstet. Dabei werden pro Woche nur 200 ml Wasser benötigt, um ein steriles, feuchtes Mikroklima für das Obst und Gemüse zu schaffen, das dadurch bis zu zehn Tage frisch bleibt. Für das Gehäuse des Ventilators wird der 3D-Druck genutzt.

Der erste Feldtest des Wakati-Zeltes wird an den Standorten der High Atlas Foundation in Afrika durchgeführt. Das Potential ist enorm, denn nach einer Schätzung der Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der UNO verdirbt in den Entwicklungsländern bis zu 45 % der Ernte, bevor sie auf den Markt kommt und gegessen werden kann. Eine Aufbewahrung im Kühlschrank kommt in den meisten Fällen wegen der hohen Stromkosten nicht in Frage. Wakati verbraucht hingegen weniger als 1 % der Energie, die für den Betrieb eines Kühlschranks erforderlich wäre.

Der Einzelpreis von 100 $ für das Kühlzelt - der mir relativ hoch erscheint - ist für die meisten Kleinbauern in Entwicklungsländern wohl unerschwinglich, weshalb Pauwels Abnehmer eher Entwicklungshilfeorganisationen sind. Die ersten 100 Kühlzelte hat sein gleichnamiges, im Jahr 2013 zusammen mit Arno Nurski und Michael Gykiere gegründetes Unternehmen Wakati (o. Wakati BVBA) bereits nach Afghanistan, Haiti und Uganda ausgeliefert. Im kommenden Jahr sollen noch höhere Stückzahlen produziert werden, wodurch sich der Preis verringern könnte.

Einer Meldung im Februar 2016 zufolge hat das Start-Up bei einer Finanzierungsrunde im September des Vorjahres 400.000 $ von den Investoren Food-X und SOSV erhalten, andere Quellen sprechen von bislang eingenommenen Mittels in Höre von insgesamt 500.000 $. Außerdem sind inzwischen bereits 170 Prototypen im Einsatz, wobei mit Partnern wie der Rockefeller Foundation und dem Welternährungsprogramm der UNO zusammengearbeitet wird. Das ist dann aber das letzte, was über diesen Ansatz zu hören ist, und auch die Homepage des Unternehmens ist aus dem Netz verschwunden.

Ein letztes, sehr interessantes Konzept zur PV-Nutzung, über das im Dezember berichtet wird, stammt von drei Studenten des Pariser Zentrums für zeitgenössische Kunst und Design Le Laboratoire, die in Zusammenarbeit mit dem Institut de Recherche et Développement sur l’Énergie Photovoltaïque (IRDEP) und der Initiative der James Dyson Foundation leicht konische PV-Ballons entwickelt haben, die elektrische Energie in Gegenden liefern sollen, die von der Außenwelt abgeschnitten sind.

Das von der Ingenieurin Karen Assaraf und den Designern Julie Dautel und Cédric Tomissi konstruierte autonome System namens Zéphyr besteht aus zwei Komponenten: einem großen photovoltaischen Strom-Ballon und einer Basisstation. Der Ballon aus Kunststoff absorbiert mit seiner CIGS-Beschichtung Sonnenlicht, das in Strom umgewandelt und dann zur Basisstation geleitet und dort gespeichert wird.

Damit der kabelgebundene Ballon auf bis zu 50 m Höhe steigt, wird er mit Wasserstoff gefüllt, wofür am Einsatzort etwa neun Liter Wasser erforderlich sind, die durch einen Elektrolyseur in Gas umgewandelt werden. Indem der Ballon gleich zu Beginn auf dem Boden ausgebreitet wird, kann er bereits den Strom für die Elektrolyse liefern. Ist der Ballon dann aufgestiegen, sorgt ein Neigungsmechanismus dafür, daß er immer optimal zur Sonne ausgerichtet ist.

Die Basis-Station wiederum, die in einer tragbaren Kiste untergebracht ist, beherbergt zusätzlich zu neun Hochleistungsbatterien für die Nachtversorgung einen Bordcomputer, eine Fach, in dem der Ballon und das Verbindungskabel untergebracht sind, sowie ein Wasserreservoir für den Elektrolyseur. Die Station wird vor dem Einsatz am Boden verankert, da sie auch als Anker des Ballons dient. Die Erfinder von Zéphyr schätzen, daß jedes Gerät genug Energie liefern kann, um bis zu 15 Zelte mit insgesamt 50 Personen in einem Katastrophengebiet zu beleuchten, zu heizen und darüber hinaus ein lokales Telekommunikationsnetz aufzubauen.

Bislang existiert nur ein Prototyp, über den nichts näheres gesagt wird und der auf den Fotos eher wie ein kleiner, gekaufter transparenter Heliostat erscheint, bei dem nichts von irgendwelchen Solarzellen zu sehen ist - trotzdem haben die Studenten seit Anfang des Jahres bereits fünf Auszeichnungen erhalten, u.a. vom Pariser ArtScience Prize 2014 und vom Sharing Energy in the City 2030 Award. Die Erfinder suchen nun nach Partnern, die sie bei der Weiterentwicklung unterstützen.

Später folgen Meldungen über das Start-Up EONEF (anfangs: Zéphyr Solar), das die Studenten Anfang 2016 gegründet haben, und das von der Bank BPI France mit 30.000 € unterstützt wurde. Das neue Unternehmen befaßt sich mit Ballons, die mit Helium befüllt und mit ultraleichten Solarzellen bedeckt sind. Die autonomen Luftplattformen, die einzeln oder als Netz eingesetzt werden können, lassen sich in weniger als einer Stunde in Betrieb nehmen, können bis zu 30 Tage am Stück fliegen, auch in großen Höhen, und halten Windgeschwindigkeiten von bis zu 70 km/h aus.

Die EONEF-Ballons mit einem Durchmesser von 3 m sind ebenfalls über Kabel mit der Steuerkonsole am Boden verbunden, sollen aber bis zu 10 kW erzeugen, was den Betrieb von Wasserpumpen ermöglicht - oder eines improvisierten Operationssaals samt Kühlschrank für die Medikamente. Die neue Firma zielt aber auch auf andere Marktsegmente ab, wie Beobachtungen aus der Luft, Luftqualitätsmessungen oder den schnellen Aufbau von Telekommunikationsnetzen. Im April 2016 soll es den erfolgreichen Einsatz eines ersten Prototypen gegeben haben.

Um ihr Projekt voranzutreiben wird 2017 eine Finanzierungskampagne auf der Website SoWeFund gestartet, bei der 500.000 € beschafft werden sollen, um im Folgejahr das Patent anzumelden und mit der Vermarktung zu beginnen. Wie die Resonanz war, ist nicht mehr herauszufinden. Im Dezember 2017 und nochmals im September 2021 erscheint das Thema kurz auf France TV Info, doch danach lassen sich keine weiteren Spuren mehr finden, und die EONEF scheint es auch nicht mehr zu geben.

Es sollte noch erwähnt werden, daß ein ähnliches System wie Zéphyr bereits 2007 von Pini Gurfil und Joseph ‚Yossi’ Cory vom Technion Institute in Israel vorgeschlagen wurde, wobei die dabei eingesetzten Balloon-Satellites mit Helium befüllt sind und stationär installiert werden. Im selben Jahr beginnt auch die Firma CoolEarth Solar von Eric B. Cummings mit der Entwicklung ihrer Solar Balloons, die Hochleistungssolarzellen aus der Raumfahrt nutzen. Da es sich hier um aufblasbare Reflektoren handelt, habe ich darüber ausführlich in dem Kapitelteil Optimierungs- und Verstärkungstechniken berichtet.

Etwas weiter in die Zukunft geblickt, begegnen uns im September 2015 ein weiteres Mal Solar Balloons, hinter denen diesmal das französisch-japanische Labor NextPV steht, das die fliegende Flotte von Kraftwerken oberhalb der Wolken stationieren will, um wetterunabhängig den ganzen Tag lang die volle Leistung zu erzielen. Das Labor geht davon aus, daß es überall auf der Erde in einer Höhe von 6 km nur sehr wenige Wolken gibt - und in 20 km überhaupt keine.

NextPV ist eine Kooperation zwischen dem Centre national de la recherche scientifique (CNRS) und der Universität Tokio, französischer Direktor und Initiator des Solarballon-Projekts ist der Elektrochemiker Jean-François Guillemoles. Seine weiteren Argumente für das Projekt lauten, daß derartige Ballons leichter sind als die üblichen PV-Paneele und weniger Energie für Herstellung und Transport benötigen. Außerdem können sie überallhin mitgenommen werden, sind einfach und schnell zu installieren bzw. wieder zu entfernen und benötigen nur minimale Landflächen.

Der derzeitige Plan, um die Energie zur Erde zu übertragen, sieht vor, tagsüber Sonnenlicht in Elektrizität umzuwandeln und mit dem Überschußstrom Wasserstoff erzeugen, der in dem Ballon selbst gespeichert wird. Nachts wird mit dem Gas dann eine Brennstoffzelle betrieben, deren Strom ins Netz geleitet wird um eine durchgehende Versorgung zu gewährleisten. Dabei hängen der Elektrolyseur und die Brennstoffzelle direkt unter dem Ballon, weshalb sie besonders leicht sein müssen.

Im November findet in der französischen Botschaft in Tokio ein erstes Seminar zu diesem Projekt statt, in dessen Verlauf die Forschungsgruppe mitteilt, daß sie in den nächsten zwei Jahren einen funktionierenden Prototyp bauen will, um die Machbarkeit ihres Konzepts nachzuweisen. Die Idee kursiert noch bis Anfang 2016, doch danach verschwindet sie aus der Berichterstattung und auch von weiteren Schritten ist nichts mehr zu hören.

Ab 2014 gibt es zudem die von Nick Gogerty geschaffene Kryptowährung SolarCoin, deren Ziel und 40-jährige Mission es ist, Anreize für die Erzeugung von Solarstrom zu schaffen, indem die Erzeuger dafür belohnt werden, die Kosten der Stromerzeugung zu senken. Damit soll eine Grundlage für die globale Energiewende geschaffen werden, nach dem Motto: Solarstromproduktion + Blockchain = Währung auf Basis von Sonnenschein.

Erzeugt werden 98 Milliarden SolarCoins. 97,5 Milliarden davon werden an Solaranlagenbetreiber ausgeschüttet, der Rest dient zur Unternehmensfinanzierung. Im Januar 2017 werden mehr als 34 Millionen SolarCoins in Umlauf gebracht, wobei diese Zahl wöchentlich um etwa 5.000 wächst. Im März akzeptiert der französische Energieversorger ekWateur als erstes Energieunternehmen SolarCoins als Zahlungsmittel.

Für eine Megawattstunde erzeugten Solarstrom erhalten registrierte Anlagenbetreiber einen SolarCoin, für den man im Januar 2018 schon 2 € bekommt. Ende des Jahres sind etwa 4.700 Solaranlagen registriert, an die bislang rund 11 Millionen SolarCoins verteilt wurden. Es gibt eine umfangreiche Berichterstattung sowie Wirtschaftsforschung darüber, falls man sich weiter mit diesem Thema beschäftigen möchte.

 

Das quantitative Jahresfazit 2014 lautet:

Der globale Ausbau der Solarenergie ist weiter auf dem Vormarsch und nach den Zahlen des US-Research-Hauses NPD Solarbuzz sind inzwischen weltweit Photovoltaik-Anlagen mit einer Gesamtleistung von mehr als 150 GW installiert.

 

Weiter mit der photovoltaischen Nutzung 2015...