TEIL C

Entwicklung der photovoltaischen Nutzung 2024 (a)

Im Januar stellt die Firma Jackery in Kalifornien auf der CES ein neues Dachzelt für Wohnmobile vor, das gleichzeitig als leistungsstarker Solargenerator dient. Das im Jahr 2012 gegründet Unternehmen brachte 2016 seine ersten tragbaren Lithium-Akku-Kraftwerke für den Außenbereich auf den Markt und entwickelte zwei Jahre später seine ersten tragbaren Solarmodule. Später kamen auch noch kleine Windlader hinzu.

Die mehrfach ausgezeichnete Firma ist uns bereits mit ihrem Design LightCycle S1 in einem der Kapitelteile Muskelkraft begegnet - sowie mit dem Konzept Solar Mars Bot, das unter dem Schwerpunkt der PV-Solarroboter aufgeführt ist und eine strukturelle Ähnlichkeit mit dem Paneele-System des neuen Solar-Dachzeltes aufweist.

Mit Solarzellen ausgestattete Dachzelte sind nicht neu, wobei herkömmliche Konstruktionen oft auf leichte, flexible Paneele angewiesen sind, die die verfügbare Fläche nicht vollständig ausnutzen. Bei dem Zelt von Jackery das auf einem Pickup steht, ist hingegen das gesamte Dach mit PV-Paneelen bedeckt, die sich zudem seitlich ausfahren lassen, um eine maximale Stromerzeugung zu gewährleistet.

Das 1 kW System ist so konzipiert, daß es in sonnigen Gebieten täglich bis zu 4,96 kWh erzeugen kann. Es speist einen 1,26 kWh Akku mit einer Wechselstromleistung von 2000 W, was ausreicht, um eine Reihe von Geräten von einer tragbaren Klimaanlage bis zu einem Elektroherd zu betreiben. Der Akku kann aber auch über das Auto oder eine Steckdose aufgeladen werden.

Neben der Solarleistung verspricht das Zelt auch Komfort und Bequemlichkeit, da es mit einer Memory-Foam-Matratze, Isolierung, dimmbarer Beleuchtung und wasserdichtem Stoff mit Verdunklungsfenstern ausgestattet ist. Weitere Details sind im Zuge der geplanten Markteinführung gegen Ende des Jahres zu erwarten.

Im März 2024 kündigt die DCUBED GmbH, ein deutscher Hersteller von NewSpace-Hardware mit Sitz in München, die erste Im-Orbit-Demonstration seines im Weltraum hergestellten Solar-Arrays an. Hier lohnt ein Blick auf den Hintergrund.

Das 2018 von Thomas Sinn gegründete Unternehmen (früher: Deployables Cubed GbR, dann Deployables Cubed GmbH) hatte im September 2019 ein EXIT-Gründerstipendium des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) erhalten, um Technologien zur Herstellung großer Strukturen direkt im Weltraum zu entwickeln - sowie langlebige und erschwingliche Auslösevorrichtungen, Solar-Arrays und entfaltbare Elementen. Die ersten Aktoren werden bereits im Dezember ausgeliefert.

Anfang 2020 erfolgt ein Rebranding mit einem neuen Logo und dem verkürzten Namen Dcubed, zudem erhält die Firma eine Anschubfinanzierung vom High-Tech Gründerfonds (HTGF) und von Interlink Ventures (ILV). Im Jahr 2021 gewinnt die Dcubed den ersten ESA-Entwicklungsvertrag für eine kompakte 100 W PV-Anlage, die in das 10 x 10 x 10 cm große 1U-Staufach von CubeSats paßt.

Im Januar 2022 geht an Bord des Transporter 3 von SpaceX das erste Produkt ins All, und auch das 2021 beantragte Patent ,Auslegersystem für einen Satelliten’ wird in diesem Jahr offengelegt (DE-Nr. 10 2020 000 688.4). Die Firma erweitert ihr Produktportfolio 2022 um SmallSat-PV-Anlagen und erhält auch weitere Entwicklungsaufträge von der ESA sowie von der bayerischen und der Bundesregierung.

Im Januar 2024 wird ein Video-Clip veröffentlicht (,DCUBED 100W Origami Solar Array’), in welchem das Auseinanderfalten der PV-Fläche zu sehen ist, das mit Hilfe einer patentierten Formgedächtnistechnologie und mehrlagig aufgewickelte Origami-Strukturen geschieht. Über frühere und z.T. auch größere Anwendungen der japanischen Falttechnik für Solarflügel wurde bereits unter dem Schwerpunkt Origami-Photovoltaik in der Jahresübersicht 2014 berichtet (s.d.).

Das aktuelle Projekt der DCUBED wird durch das ScaleUp INVEST-Programm der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) unterstützt, das als Pilotprogramm mit einem Volumen von 25 Mio. € im Jahr 2023 gestartet wurde, um die Kommerzialisierung der Raumfahrt in Europa voranzutreiben und gleichzeitig das Wachstum privater Investitionen im Raumfahrtsektor zu fördern.

In diesem Jahr nimmt DCUBED an mehreren Missionen teil und arbeitet mit der US-Firma Solestial zusammen, um den ersten Prototyp eines im Weltraum hergestellten Solararrays (In Space Manufactured, ISM) zu entwickeln. Außerdem erhält das Unternehmen im Dezember in Zusammenarbeit mit der Hochschule für angewandte Wissenschaften München eine Förderung in Höhe von über 1 Mio. $ von Seiten des Bayerischen Raumfahrtprogramms und des Bayerischen Wirtschaftsministeriums.

Im Juli 2024 erhält die Firma einen Beitrag in Höhe von 9,5 Mio. € vom Europäischen Innovationsrat der Europäischen Kommission (EC EIC), im August wird eine Serie-A-Finanzierungsrunde abgeschlossen, und im Oktober 2024 wird der DCUBED das erste Patent ,System für einen Satelliten, Trägerplatte und Satellit’ erteilt (DE-Nr. 10 2023 130 425.9).

Die weltweit erste Demonstration des 3D-Drucks eines Hochleistungs-Satelliten-PV-Arrays im freien Weltraum soll im Februar 2025 durchführt werden, wenn die ,Zutaten’ an Bord einer Falcon 9 Rakete von SpaceX ins All starten. Nähere Details zu den Produktionsprozessen sind bislang nicht veröffentlicht worden.

Mehr über die o.g. Firma Solestial als Entwickler selbstreparierender Solarpaneele und flexibler, ausrollbarer Module für die Raumfahrt findet sich unter dem Schwerpunkt Recycling von PV-Paneelen in der Jahresübersicht 2011. Näheres zu den CubeSats gibt es bei den Alternativen Antrieben in der Raumfahrt.

Im Mai 2024 gibt die Firma FTC Solar die Einführung einer automatisierten Lösung bekannt, die darauf abzielt, die durch Hagelstürme verursachten Schäden an Solarmodulen zu minimieren. Um Hagelereignisse und deren Auswirkungen auf Solarmodulanlagen zu untersuchen, hatte die Firma im Vorfeld mit VDE Americas (VDE Association for Electrical, Electronic & Information Technologies) zusammengearbeitet.

Hagelstürme stellen eine signifikante Bedrohung für PV-Anlagen dar, da die Module immer größere Formate mit immer dünnerem Glas aufweisen. Glas/Glas-Module, die mit der Popularität von bifazialen Modulen stetig an Marktanteil gewinnen, brechen im Vergleich zu Glas/Rückwand-Modulen mehr als doppelt so häufig. Die resultierenden Versicherungsansprüche betragen z.B. in den USA im Durchschnitt etwa 58,4 Mio. $ pro Vorfall.

Die neue Lösung integriert meteorologische Daten, um die Positionierung von Solarmodulen in dem vom Tracker erlaubten maximalen Winkel automatisch anzupassen - weg von den vorherrschenden Winden, um die Aufprallenergie der Hagelkörner zu reduzieren und die damit verbundenen Windeinflüsse zu minimieren. Diese Technik zur Schadensbegrenzung kann die Sachversicherungsprämien um bis zu 35 % senken.

Bislang ist es aber noch nicht soweit: Nachdem Hagelstürme in Australien und den Vereinigten Staaten Solaranlagen schwer beschädigen - u.a. durch golfballgroße Hagelkörner beim 350 MW Projekt Fighting Jays in Texas im März - erhöhen die Versicherer ihre Prämien und reduzieren oder streichen die Hagelversicherung.

Im Juni 2024 wird berichtet, daß nun auch das Geburtshaus und Museum von Thomas Alva Edison in Milan, Ohio, von einer gespendeten Solaranlage auf dem Dach mit Strom versorgt wird. Das Thomas Edison Birthplace Museum wird damit Geld bei seinen Stromrechnungen sparen, und die Besucher werden mehr über Edisons Interesse an der Optimierung und Erforschung effizienter Energiequellen erfahren.

Der Elektroingenieur, Erfinder und Geschäftsmann soll das Potential der Solarenergie schon früh erkannt haben. So sprach er sich in einem Interview im Jahr 1910, das der Verleger Elbert Hubbard in seiner Zeitschrift The Fra veröffentlichte, für die Nutzung von Sonnenlicht aus:

„Eines Tages wird jemand eine Möglichkeit erfinden, Sonnenlicht zu konzentrieren und zu speichern, um es anstelle dieses alten, absurden Prometheus-Schemas des Feuers zu verwenden. Ich werde den Trick selbst machen, wenn nicht irgend jemand darauf kommt. (...) Sonnenschein ist dünn gesät und Elektrizität auch. Vielleicht sind sie dasselbe, aber darauf kommen wir später zurück. Der Trick ist, den Saft zu konzentrieren und ihn bei Bedarf freizusetzen.“

„Dieser Plan der Verbrennung, um Energie zu gewinnen, macht mich krank, wenn ich daran denke - er ist so verschwenderisch. (...) Wir sollten die natürlichen Kräfte nutzen und so unsere gesamte Energie gewinnen. Sonnenschein ist eine Form von Energie, und die Winde und die Gezeiten sind Erscheinungsformen von Energie. Nutzen wir sie? Oh nein, wir verbrennen Holz und Kohle, so wie die Mieter den Vorgartenzaun als Brennstoff verbrennen. Wir leben wie Hausbesetzer, nicht als wären wir Eigentümer des Grundstücks.“

Der wohl interessanteste Absatz in dem Interview lautet: „Es wird sicherlich eine Zeit kommen, in der Wärme und Strom in jeder Gemeinde in unbegrenzten Mengen gespeichert sind, die durch natürliche Kräfte gewonnen werden. Elektrizität sollte so billig sein wie Sauerstoff, denn sie kann nicht zerstört werden.“

In einem Gespräch mit seinen Freunden Henry Ford und Harvey Firestone im Jahr 1931 - dem Todesjahr Edisons - sagte er: „Ich würde mein Geld auf die Sonne und die Solarenergie setzen. Was für eine Energiequelle! Ich hoffe, wir müssen nicht warten, bis Öl und Kohle zur Neige gehen, bevor wir das in Angriff nehmen. Ich wünschte, ich hätte noch mehr Jahre übrig!“

Tatsächlich experimentierte mit Edison Windturbinen für den Hausgebrauch, um eine unabhängige Stromquelle zum Auffüllen von Batterien zu bieten, und er tat sich mit Ford zusammen, um ein Elektroauto zu entwickeln, das mit wiederaufladbaren Batterien betrieben werden sollte. Über konkrete Versuche mit der Solarenergie ist allerdings nichts bekannt - was angesichts des damaligen Entwicklungsstandes etwas verwundert.

Das nun umgesetzte Solarprojekt mit einer Nennleistung von 7,13 kW entsteht in Zusammenarbeit von SolarEdge, Unirac, National Renewable Energy Partners und Meyer Burger, von der die 19 vollschwarzen PV-Module stammen. Den Wechselrichter spendet SolarEdge, das Gestellsystem die  Unirac, und die Firma National Renewable Energy Partners stellt Fachwissen und Arbeitskraft zur Verfügung.

Ebenfalls im Juni stellt das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) auf der ILA 2024 in Berlin einen interaktiven Solaratlas für Deutschland vor, mit dem die Möglichkeit geschaffen wird, auf die Fläche genau das Potential für die Installation einer PV-Anlage zu erkennen. Auch installierte Anlagen sind eingetragen.

Die Karte basiert auf aktuellen Luftbilder und Geobasisdaten, die mit Methoden des maschinellen Lernens verarbeitet wurden. Grundlage sind Auswertungen der Daten aus dem Earth Observation Center (EOC) des DLR im Rahmen des Projekt EO Solar. Auf diese Weise ließen sich für den gesamten Bestand von rund 20 Mio. Gebäuden in der Bundesrepublik die Solarenergiepotentiale ermitteln. Die Webseite ist unter eosolar.dlr.de öffentlich verfügbar. In der derzeitigen Form der Karte ist das Auffinden des eigenen Wohnhauses allerdings schwierig.

Forscher der chilenischen Universidad Mayor um César Mattar berichten im Juli, daß Solarparks ein Zufluchtsort für Vögel seien. Die Wissenschaftler führten ihre Untersuchungen in dem 10,8 MW Solarpark La Colonia in Buin durch, der im Januar 2023 vom chilenischen Projektentwickler IM2 Solar Chile und Enel Green Power eingeweiht worden war. Hier beobachtete das Forschungsteam sechs Monate lang das Verhalten verschiedener lokaler Vogelarten wobei sich erweist, daß der Solarpark günstige Bedingungen für die Entwicklung dieser Art von Vögeln bietet.

Die PV-Paneele wirken sich positiv auf das Ökosystem aus, dank des Schattens, den sie spenden, der Rückzugsmöglichkeiten, die sie für die Entwicklung von krautigen Arten bieten, und der produktiven Erholung des Bodens. Da es fast keine Menschen gibt, die in das Ökosystem eingreifen, fungieren die Paneele als Schutz für die Nistplätze einiger Vogelarten. Außerdem werden keine Maschinen oder Verbrennungsmotoren eingesetzt, die den Boden oder die Umwelt verunreinigen, und da es sich um ein umzäuntes Gelände handelt, ist es ein geschützter Raum vor anderen bedrohlichen Arten.

Die Studie führt zu einer Kooperationsvereinbarung zwischen IM2 Solar und der Universidad Mayor zur Förderung von Ausbildungs-, Forschungs- und Innovationsprogrammen, die auch einen Vorschlag zum Management der Vogelwelt in Solaranlagen beinhaltet.

Weniger förderlich wirken Solarfarmen manchmal auf Menschen - wie z.B. aus Berichten im August 2024 hervorgeht, die den Solarpark Witznitz betreffen, wo früher Braunkohle gefördert wurde und nun auf 5 km² insgesamt 1,1 Mio. Solarmodule stehen. Seit Monaten hält ein durchdringender, brummender Ton, je nachdem wie der Wind steht und wie viel Feuchtigkeit in der Luft ist, Nacht für Nacht kilometerweit die Menschen in den umliegenden Dörfern wach.

Als Ursache erweist sich schließlich das Umspannwerk des derzeit größten Solarparks in Deutschland, dessen Lärmstörung sich manchmal bis ins Stadtgebiet von Böhlen erstreckt, das knapp 3,5 km Luftlinie von dem Umspannwerk entfernt ist. Der Betreiber MoveOn versucht, noch in diesem Jahr eine Lösung zu finden.

Eine weitere Meldung im Juli kommt aus Dubai, wo eine ,Grüne Achse’ aus einer Million Bäumen und einem elektrischen Straßenbahnsystem entstehen soll, dessen Strom von einer 300 MW Solaranlage stammen wird, die sich über die gesamte Länge der Fahrroute erstreckt. Die den Bedarf übersteigende Energiemenge soll ausreichen, um fast 130.000 Haushalte mit Strom zu versorgen.

Das lokale Architekturbüro URB von Baharash Bagherian, dessen Londoner Studio uns bereits mit dem Entwurf Oasis Eco Resort begegnet ist, welcher in der Übersicht Solarhäuser und solare Bauelemente 2016 gezeigt wird, will Dubais Landschaft in ein üppiges grünes Paradies verwandeln. Dabei wird sich die Green Spine (o. Dubai Green Spine) über fast 64 km entlang dem Sheikh Mohammed Bin Zayed Road (E311) erstrecken, einer der wichtigsten Autobahnen in der Region.

Durch die Integration eines umfassenden Netzwerks grüner Wege, Fußgänger- und Radfahrrouten soll die städtische Vernetzung verbessert werden. Die erwähnte Million Bäume wird in Parkanlagen, städtischen Farmen, die Gemüse und Obst produzieren, sowie in Gärten stehen. Hierfür werden poröse Drinagesysteme integriert, um Regen- und Grauwasser aufzufangen und zu verwerten. Zudem wird es Einzelhandelsflächen und Lebensmittelgeschäften, Outdoor-Fitneßbereiche, Spielplätze und spezielle Sporteinrichtungen geben.

Die Green Spine ist ein mehrjähriges Projekt, das als Teil des viel größeren Plans Dubai 2040 zur Verbesserung der Nachhaltigkeit und der Lebensqualität in der Stadt gebaut werden soll. Wann das Projekt fertiggestellt sein wird, ist noch nicht bekannt.

 

Das quantitative Jahresfazit lautet:

Dem World Nuclear Industry Status Report 2024 (WNISR) zufolge sind Mitte des Jahres weltweit 408 Nuklearreaktoren in Betrieb, die eine Leistung von 367 GW erbringen - was fünfmal weniger ist als die kumulierte PV-Kapazität der Welt, die sich inzwischen 2 TW nähert. Die Internationale Energieagentur (IEA) geht davon aus, daß die Investitionen in die Photovoltaik im Jahr 2024 mehr als 500 Mrd. $ betragen und damit die Investitionen in alle anderen Stromerzeugungsquellen zusammengenommen übertreffen. Trotzdem liefert die Solarenergie weltweit bislang erst etwa 5,5 % des Stroms

Bloomberg New Energy Finance und die Energie-Denkfabrik Ember Climate sprechen von einem globalen PV-Zubau in diesem Jahr von 593 GW, wovon alleine in China 334 GW an neuer Solarkapazität hinzugekommen sind.

(Die Zahlen werden noch aktualisiert)

 

Aufgrund ihrer besonderen Aktualität folgen nun einige Sonderformen der photovoltaischen Nutzung - angefangen mit der Agriphotovoltaik, die in Zukuft von immenser Wichtigkeit sein wird.

Weiter mit der Agriphotovoltaik...

 

Alternativ gibt es einen Überblick über die wissenschaftlichen, technischen und kommerziellen Entwicklungen auf dem Sektor der Solarzellen. Denn schon seit langem wird neben der Optimierungsarbeit an den konventionellen Silizium-Solarzellen auch an vielen anderen sehr unterschiedlichen Materialien und Materialkombinationen geforscht.

Die Auflistung der mir bislang bekannten Solarzellentypen erfolgt alphabetisch. Zu einem späteren Zeitpunkt sollen dort auch die jeweiligen Aktualisierungen ab 2007 eingearbeitet werden (in Arbeit).

Weiter mit den Solarzellentypen...