TEIL C

Sonderformen der photovoltaischen Nutzung

Solarstrassen und -wege (B)

Zurück zur allgemeinen Chronologie, die im Jahr 2011 der Idee eines nicht namentlich genannten Architekten aus dem schweizerischen Hedingen weitergeht, der zusammen mit zwei Energie-Ingenieuren berechnet, wieviel Energie eine 10 km lange Solarüberdachung über der Autostraße 4 bringen würde.

Demnach würde ein solches Projekt sehr vorsichtig gerechnet 300 Mio. Franken kosten und 40 Mio. kWh Strom pro Jahr produzieren. Die fotorealistische Montage der LABOR3 Architektur GmbH aus dem schweizerischen Bonstetten visualisiert die Idee, die in den Folgejahren immer wieder in der Presse erscheint.

Später beschäftigt sich auch ein Konsortium aus drei Unternehmen, darunter die 2008 gegründete Dachsolaranlagen-Firma Servipier AG in Baar/ZUG, mit dem Gedanken. Die hier gemachten Berechnungen sind mit Kosten von nur rund 200 Mio. Franken und einem Ertrag von bis zu 75 Mio. kWh/Jahr jedoch weit optimistischer. Das Bundesamt für Straßen ASTRA erhält den Auftrag zur Unterstützung eines Pilotprojekts im Gebiet von Dachlissen-Mettmenstetten im Wallis, das von dem Konsortium umgesetzt werden soll.

Im Jahr 2021 wird das Konzept von der EnergyPier AG (o. Swiss EnergyPier Group) in Steinhausen weiterverfolgt, die ein kombiniertes Solar- und Wind-Kraftwerk entwickelt hat, dessen ausführliche Beschreibung sie für 16 SFr verscherbelt.

Letztlich handelt es sich um eine massive Solarüberdachung, bei der auf jedem Kilometer einer vierspurigen Autobahn zwischen 22.000 und 30.000 Solarmodule installiert werden sollen. Zudem ist die tragende Struktur so konzipiert, daß sie einen Beschleunigungseffekt der Luftbewegung erzeugt, die ann von Darrieus-Rotoren aufgefangen werden soll, welche auf beiden Seiten der tragenden Säulen angebracht sind.

Das Unternehmen plant zwei Demonstrationsprojekte in den Kantonen Wallis (Gemeinde Fully, Autobahn A 9, Länge 1.609 m, Produktion: ~ 50 GWh/Jahr) und Zürich (Knonauer Amt, Autobahn A 4, Länge 2.500 m, Produktion: ~ 78 Gwh/Jahr). Als Mindestlebensdauer der Anlagen werden 150 Jahre angegeben, wobei die PV-Paneele während dieser Zeit mehrmals ausgetauscht werden sollen, damit die Gesamtanlage immer auf der Höhe des technologischen Fortschritts bleibt. Bislang befindet sich die ganze Angelegenheit aber noch im Planungsstadium.

Im Oktober 2013 folgt ein Bericht über die Installation der „weltweit ersten Solar-Fußwegpaneele“. Bei diesem Projekt tun sich Studenten der George Washington University (GWU) mit dem Büro Studio39 Landscape Architecture aus Alexandria in Virginia zusammen, um einen aus 27 langlebigen PV-Paneelen bestehenden Solar-Gehweg zu schaffen, der sich über eine kurze Strecke an der Kreuzung des George Washington Boulevard und dem University Drive erstreckt.

Die begehbaren, halbtransparenten Paneele des Solar Walk, die wie geräucherte Acrylplatten aussehen, werden von der Firma Onyx Solar ergestellt, einem Spezialisten für gebäudeintegrierte Photovoltaik (BIPV) aus Spanien. Sie sind als kleiner Abschnitt in den öffentlichen Gehweg integriert, der bündig mit dem umgebenden Zement abschließt, und leisten etwa 400 W, was zur Versorgung von 450 LEDs genutzt wird, die unter dem Plattenweg installiert sind. Die Solarmodule sind vom Boden abgehoben, um Probleme mit stehendem Wasser zu vermeiden.

Der für ein Gewicht von 400 kg ausgelegte Gehweg ist außerdem mit einem von Studio39 entworfenen und bereits 2012 fertiggestellten solarbetriebenen Spalier verbunden, das am Ende des Gehweges Energie erzeugt, die in das Gebäude der Innovation Hall der Universität fließt. Die GWU-Campusplanung hatte die Zusammenarbeit mit dem Studio39 und der Onyx Solar bereits im Sommer 2011 begonnen.

Inzwischen scheint die Begeisterung für Solarstraßen auch in Deutschland angekommen zu sein. Jedenfalls gründet der Ingenieur und Erfinder Donald Müller-Judex im Februar 2014 zusammen mit dem Manager Niklaus Grünenfelder und der Ingenieurin Ailin Song die Firma Solmove GmbH in Herrsching am Ammersee (später: Potsdam; Berlin), um die Solarstraßen nach Deutschland zu bringen. Seiner Rechnung nach könnten hier theoretisch rund 1,4 Mrd. m² mit Solarmodulen ausgestattet und damit etwa 20 Mio. Elektroautos mit Strom versorgt werden.

Berichten von 2014 zufolge entwickelt der Gründer zusammen mit zwei Frauenhofer Instituten, dem Forschungszentrum Jülich, der RWTH Aachen, der Universität Bayreuth, der Bundesanstalt für Straßenwesen und dem Spezialglashersteller JSJ Jodeit GmbH ein erstes Prototyp-Modul, das sich am Fließband produzieren und aneinandergereiht „wie ein Teppich über die Straße ausrollen“ läßt. Das 2015 angemeldete Patent wird 2017 erteilt (DE-Nr. 10 2015 116 902).

Der Vorteil dieses Systems ist, daß bestehende Straßen nicht aufwendig ausgetauscht oder spezielle Betonsockel errichtet werden müssen. Statt dessen können die mit 8 x 8 cm verhältnismäßig kleinen quadratischen Einzelelemente beliebig zusammengesetzt und mit einem speziellen Gummiasphalt einfach auf die Straße aufgeklebt werden. Dabei verbindet ein Netz hunderte der Fliesen und leitet auch den Strom weiter, den die Solarzellen erzeugen. Nach Ablauf der Lebensdauer lassen sich die Bahnen auch wieder abziehen und recyceln. Oder der Belag wird wie herkömmlichem Asphalt weggefräst, wobei das Granulat zu 95 % recyclingfähig ist.

Die lichtempfindliche Oberfläche aus Spezialglas ist ungefähr 5 – 6 mm dick und dennoch so stabil, daß auch tonnenschwere Lkws problemlos darüber fahren können. Zusätzlich soll die Oberfläche nicht nur durch Mini-Noppen rutschfest sein, sondern auch Schall absorbieren und mittels einer Titan-Dioxidbeschichtung zum photokatalytischen Abbau von Schadstoffen beitragen. Auch soll die Glasoberfläche Eigenschaften besitzen, die die Selbstreinigung verbessern.

Die Sicherheitsglas-Deckplatten sind zudem mit dem abriebfesten Mineral Korund überzogen. Das garantiert neben der Robustheit auch, daß das auftreffende Licht durch Brechung möglichst effizient an die darunter liegenden Solarzellen weitergeleitet wird. Später könnten noch Induktionsschleifen für drahtlose Stromübertragung, ein Zwischenspeichersystem und LEDs in die Module integriert werden, so daß die Straßen etwa nachts leuchtende Seitenstreifen bekämen. Auch von einer integrierten Sensorik und Heizung ist die Rede.

Der Wirkungsgrad soll um etwa 15 – 20 % geringer ausfallen als wie bei bestehenden Photovoltaik-Anlagen, da die Straßen-Module nicht so dicht gepackt werden können und die Oberfläche einen Teil des Lichts reflektiert. Kritiker weisen zudem darauf hin, daß die Oberfläche der Module durch Dreck, Staub, Sand und Steine sukzessive zerkratzt werde und die Zellen somit auf lange Sicht immer mehr an Wirkungsgrad verlieren würden. Bei der Haltbarkeit gehen die Entwickler von einem Zeitraum zwischen 20 und 30 Jahren aus, wobei sich die Investitionskosten von 290 €/m² (später: 250 €) nach zwölf Jahren amortisieren sollten, um anschließend bares Geld in die Kassen der Kommunen zu bringen.

Bisher existiert nur ein Labormuster der bereits vielfach ausgezeichneten Smart Solar Street-Module, in etwa so groß wie ein DIN-A3-Blatt. Der Forschungsverbund sucht daher nach einer Möglichkeit, das Konzept weiter zu entwickeln und zu testen, weshalb nun Forschungsgelder in Höhe von 2,5 Mio. € beantragt werden. Bis zum Sommer 2017 soll dann ein Parkplatz in der Gemeinde Inning am Ammersee mit dem Solarteppich gepflastert werden. Erfolgreich scheint man damit aber nicht zu sein, zumindest läßt sich nichts über eine Umsetzung finden.

Im Februar 2015 meldet die Solmove, daß das Bundeswirtschaftsministerium Geld für die Bewertung von Solarstraßen bereitstellt, die vom Institut für Straßenwesen der Universität Aachen durchgeführt werden soll, unter Teilnahme der Solmove und anderer Partner des Forschungsverbunds.

Im April 2016 melden die Fachblogs, daß die Solmove im Folgemonat eine Demonstration der energieerzeugenden Bodenplatten an einem Standort in der Nähe des Berliner Hauses der Zukunft durchführen wird. Eine Bestätigung dafür ließ sich bislang aber nicht finden. Dafür erscheinen im Laufe des Jahres ausgesprochen viele Pressemeldungen über das Solarstraßen-System, meistens mit positivem Tenor.

Im Juni gewähren die Zukunfts Agentur Brandenburg (ZAB) und die Investitionsbank des Landes Brandenburg (ILB) einen Zuschuß in Höhe von rund 100.000 € aus dem Programm ‚Gründung Innovativ‘, um die Ansiedlung des bayrischen Startups in Brandenburg, die Errichtung einer Betriebsstätte sowie die Weiterentwicklung des horizontalen PV-Moduls zu unterstützen. Ziel des Vorhabens ist letztlich die Entwicklung eines grundlegenden Prototypen in den nächsten zwölf Monaten. Dieser soll dann die Basis für die weitere Entwicklung bis zur Serienreife werden.

Im November zeichnet die Stiftung Deutscher Nachhaltigkeitspreis das Startup mit dem Next Economy Award 2016 in der Kategorie ‚Energy‘ aus. Im Zuge dessen ist zu erfahren, daß zu dieser Zeit ein Projekt mit der Deutschen Bahn anläuft, die prüfen will, ob die Solmove-Solartechnik in der Mitte zwischen den Gleisen zum Einsatz kommen könnte. Außerdem soll im Frühjahr 2017 in Erftstadt bei Köln ein etwa 100 m langer Solar-Radweg fertig gestellt werden. Weitere Testinstallationen sind in Berlin, Los Angeles, Seoul, im im Silicon Valley und in Spanien geplant.

Längerfristig soll die Technologie auch bei den Olympischen Spielen 2022 in China eingesetzt werden, wo dann Shuttle-Busse auf einer Strecke von 190 km über eine induktiv ladende Spur fahren sollen, deren Strom von Solmove-Modulen erzeugt wird. Alternativ will man nahe Peking eine erste Testversion der Solarstraße bauen. Nun braucht das Unternehmen 2 Mio. € für die nächsten zwei Jahre, um sie in den Aufbau der Produktion und in die Markteinführung zu stecken.

Die Kleinserienproduktion der Solarmodule startet im August 2018, als diese zum ersten Mal „maßgenau und tonnenweise“ vom Band laufen.

Mit einer beträchtlichen Verspätung wird Mitte November in Erftstadt-Liblar im Beisein von Bundesumweltministerin Svenja Schulze der erste Solarradweg Deutschlands eröffnet. Der mit 102.000 € teilweise vom Bundesministerium für Umwelt (BMU) finanzierte Radweg besteht aus 150 Solar-Kacheln, ist 90 m lang und hat eine Fläche von rund 200 m². Es wird erwartet, daß er bis zu 12.000 kWh (andere Quellen: 16.000 kWh) Strom pro Jahr produziert.

Zum Zeitpunkt der Eröffnung sind allerdings nur rund zwei Drittel der Module angeschlossen und produzieren Strom. Zudem können die Messung und die Einspeisung des erzeugten Solarstroms ins Netz nicht erfolgen, da der Zähler des Netzbetreibers fehlt – der schließlich im Februar 2019 installiert wird. Die Anzeigesäule, auf der die erzeugte Strommenge zu sehen sein soll, funktioniert trotzdem noch immer nicht.

Der etwa 150.000 € teure Solar-Radweg ist Teil des Projektes ‚Infrastrukturring Liblar – Wandel der Mobilitätsstruktur‘ aus dem Bundeswettbewerb Klimaschutz durch Radverkehr der Nationalen Klimaschutzinitiative (NKI), das mit rund 784.000 € gefördert wird. Die Solmove sagt, sie habe aber rund 70.000 € an Förderung von der Kommune erhalten, während das Projekt insgesamt jedoch 500.000 € gekostet habe, wobei die übrigen Mittel bei Privatspendern eingesammelt worden seien.

Nach nur vier Monaten Betriebsdauer wird im März 2019 berichtet, daß die Strecke in Erftstadt wegen einer Störung abgeschaltet werden mußte. Es hatte drei Tage geregnet und in der Folge stand die Testanlage teilweise unter Wasser. Als Grund führt die Firma an, daß ein von der Stadt versprochenes Kiesbett fehlt, mit dem entlang des Weges das Wasser hätte abgeführt werden sollen.

Zehn von 520 Anschlußdosen, die auf gleicher Höhe wie die Fahrbahn-Module montiert sind, werden heiß und schmoren teilweise durch, was Schwelbrände und Rauchentwicklung nach sich zieht. Da vermutet wird, daß durch unsachgemäße Verklebung der Buchsen Feuchtigkeit hinein gelangt ist, will die Firma nun das gesamte Klebekonzept überarbeiten, während die Erftstädter Stadtverwaltung die Feuerwehr einschaltet, die den Radweg mit einer Folie abdeckt, so daß die Fahrradfahrer daneben auf einem schmalen Bodenstreifen fahren müssen. Zudem wird der TÜV Rheinland mit einem Gutachten beauftragt, dessen Kosten von 4.500 € die Solmove trägt.

Im Zuge der Berichterstattung ist auch zu erfahren, daß für den Tauprozeß im Winter Strom aus dem Netz entnommen werden mußte, damit sich die Module erhitzen konnten. Zudem sei der Radweg immer wieder Opfer von Vandalismus und Bränden geworden. Die beschädigten Solarmodule hätten danach zwar noch funktioniert, aber weniger Solarstrom produziert als vorgesehen.

Die Überarbeitung und Optimierung der Solarfliesen wird laut der Firma durch immer engere Fristen zur Mängelbeseitigung erschwert und Gespräche über eine einvernehmliche Lösung finden auch nicht statt. Nach dem Verstreichen der letzten Frist wird die Solmove Ende September zum Rückbau des Solarradweges bis Ende Oktober aufgefordert, was man andernfalls vor Gericht erzwingen würde. Solmove reicht wiederum eine Klage auf Prüfung der Wirksamkeit durch die Stadt ein. Ein Urteil in dem offenen Rechtsstreit wird im Sommer 2020 erwartet.

Im Mai 2019 werden auf einem Parkplatz auf dem ehemaligen Zechengelände Westerholt in Gelsenkirchen auf 40 m² Solmove-Module verlegt, doch auch hier muß die Anschlußtechnik des ca. 15 m langen Solarsträßchens überarbeitet werden. Nach Ausbesserungsarbeiten im Herbst und einer Testphase startet der offizielle Betrieb im Juni 2020 und liefert nun täglich 8 – 18 kWh. Der Solarstrom wird in einem 10 kWh Akku zwischengespeichert und versorgt ein heute als Bürogebäude genutztes Torhaus der ehemaligen Schachtanlage sowie eine Ladestation für E-Bikes auf dem Gelände. Auftraggeber ist die RAG Montan Immobilien GmbH.

Ein knappes Jahr nachdem vor dem Eingang zum Ausbildungszentrum der RheinEnergie AG in Köln neun Solarplatten des niederländischen Herstellers Energy Floors (s.u.) installiert und angeschlossen wurden, verlegt der Energieversorger im August 2019 auch neun Solarplatten der Firma Solmove, um Erfahrungen mit der Technologie zu sammeln und verschiedene Konzepte auszuprobieren.

Während die auf der Testfläche bereits installierte Anlage u.a. über integrierte Sensoren und LED-Leuchten verfügt, sind die Platten von Solmove ausschließlich für die Stromproduktion von  theoretisch 300 W vorgesehen.

Als sich im Februar 2020 auf der Step Conference in Dubai rund 250 Startups treffen und ihre Innovativen Lösungen präsentieren, belegt die Solmove den 2. Platz und gewinnt ein Preisgeld von 12.500 $, das nun für eine Testanlage in der Sustainable City in Dubai verwendet werden soll, um zu untersuchen, wie sich die Bodenmodule unter den Bedingungen der Wüste verhalten. Und im März wird die Firma mit dem diesjährigen Green Product Award ausgezeichnet.

Im Juli startet die Solmove eine Crowdinvesting-Kampagne über die Plattform FunderNation, die sich auf die Finanzierung von Zukunftstechnologien spezialisiert hat und es privaten Investoren ermöglicht, direkt in zukunftsträchtige Unternehmen zu investieren. Ziel ist die überschaubare Summe von 750.000 €, um das Eigenkapital zu beschaffen, das zwei weitere Förderprojekte vom Bund ermöglicht. Mit der Gesamtsumme aus Eigenkapital und Fördergeldern von insgesamt 2 Mio. € soll das Produkt zur Marktreife gebracht und die Produktion vorbereitet werden.

Das Ziel wird zwar nicht erreicht, aber immerhin kommen im Laufe von drei Monaten 274.753 € zusammen – gut für die Firma, die nach eigenen Angaben zu diesem Zeitpunkt an sechs Projekten arbeitet, davon zwei in Europa, eines in den USA, eines in Südamerika, eines in China und eines in den Emiraten. Außerdem soll im Laufe des Jahres eine weitere Anlage auf dem Gelände des deutsch-chinesischen Industrieparks in Kunshan in der ostchinesischen Provinz Jiangsu in Angriff genommen werden.

Gemäß einer Vereinbarung mit der Smart Factory Kunshan soll die Testanlage die innovative Technologie vor Ort in China bekannt machen und den Industriepark als Innovations-Hot Spot darstellen. Mit dem auf der Anlage gewonnenen Strom sollen die E-Scooter aufgeladen werden, mit denen die Mitarbeiter zur Arbeit kommen.

Im September gibt es im Rahmen der Medientage München zwar den VisionAward_20, doch ein Versuch zur Beschaffung von 500.000 € Investitionsmittel durch einen Auftritt in der ‚Höhle der Löwen‘ auf VOX ist nicht erfolgreich. Dafür wird über eine Kooperation mit der Firma Velooways berichtet, die hat ein Verfahren entwickelt hat, um Radwege mit dem Material zu bauen, das ohnehin vor Ort ist – d.h. mit Erdreich, das mit einer speziellen Substanz vermischt wird und durch Verdichtung aushärtet. Und zusammen mit dem Startup Sadeem aus Saudi-Arabien wird daran gearbeitet, Sensorik und Stromerzeugung in Straßen zu kombinieren.

Im Oktober 2020 scheint der Solarradweg in Erftstadt-Liblar doch noch eine Chance zu bekommen, nachdem der Anwalt der Stadt empfohlen hat, dem Hersteller Solmove eine neue Frist einzuräumen, um die Mängel zu beseitigen. Weitere Neuigkeiten darüber gibt es aber nicht. Die jüngste Meldung zum Zeitpunkt dieser Recherche im September 2021 ist, daß die Solmove im Rahmen des Startup-Acceleration-Programms DB mindbox eine Förderung in Höhe von 25.000 € bekommen hat.

 

Was den o.e. niederländischen Hersteller Energy Floors anbelangt, so liegen dessen Wurzeln im Jahr 2006, als in Rotterdam das Konzept für einen nachhaltigen Tanzclub (Sustainable Dance Club, SDC) entsteht und 2008 in dem Club WATT das erste Modell des Sustainable Dance Floor (SDF) installiert wird, eine flexible elektromechanische Tanzfläche, welche die Bewegungsenergie der Tanzenden in Elektrizität umwandelt. Ich habe die Technologie ausführlich im Kapitelteil Muskelenergie unter Treten und Tanzen beschrieben.

Später werden drei Versionen der Platten angeboten: Der in den Clubs verwendete The Dancer, der die kinetische Energie der menschlichen Bewegungen als Energiequelle nutzt und kann bis zu 35 W Leistung erzeugen kann; ein solarbetriebenes Modul namens The Gamer, das als interaktives Außenspielgerät für Grundschulkinder aktuell zehn Lernspiele enthält; sowie den 60 x 60 cm großen The Walker, ein begehbares Solarbodenmodulen mit integrierter LED-Beleuchtung.

Es sind die letztgenannten Module, die auf dem Gelände der RheinEnergie-Hauptverwaltung in Köln installiert werden und tagsüber Strom erzeugen, um nach Sonnenuntergang über die programmierte LED-Beleuchtung die gesammelten Daten über den Solarertrag und/oder das Bewegungsverhalten der Fußgänger zu visualisieren bzw. wie ein Licht-Kunstwerk zu agieren.

Aus Südkorea wird im März 2015 über einen innovativen Radweg berichtet, der über ein Solardach verfügt, das den Radfahrern Schutz vor Sonne und Regen bietet und gleichzeitig Strom erzeugt. Der 32 km lange Weg zwischen Daejeon und Sejong in der Nähe von Seoul verläuft in der Mitte einer sechsspurigen Autobahn und ist an den Seiten – bis auf einen niedrigen Schutzzaun – offen. Was allerdings bedeutet, daß man die Strecke nur über unterirdische Tunnel betreten oder verlassen kann.

Sejong ist eine von Grund auf neu errichtete Multifunctional Administrative City (MAC), die bei ihrer voraussichtlichen Fertigstellung im Jahr 2030 eine der grünsten Städte der Welt sein wird, mit einer Einwohnerzahl von 500.000 Personen. Für ihren Bau hatte die südkoreanische Regierung im Jahr 2006 eine eigene neue Regierungsbehörde gegründet, die Multifunctional Administrative City Construction Agency (MACCA).

Der Weltbank zufolge plant die Regierung Investitionen in Höhe von 30 Mrd. $, die hauptsächlich in städtische Infrastrukturen, erneuerbare Energien, weitläufige Landschaften, Kultur- und Gewerbeparks, öffentliche Verkehrsnetze und Wohnanlagen fließen sollen. Gemäß dem Generaldirektor des Infrastrukturbüros, Lim Jubin, gibt es Pläne, um die MAC zu einer echten Solarstadt zu machen – wobei die Solarpaneele auf den Radwegen ein erster Schritt sind.

Der koreanische Kultur- und Informationsdienst KOCIS veröffentlicht ein von einer Drohne aufgenommenes Video, das eine Luftaufnahme des mit Solarzellen bedeckten Radwegs zeigt und nach Farbe der Reisfelder vermutlich aus dem davor liegenden Herbst stammt. In den Kommentaren zu dem Radweg mit besonderem Sonnenschutz wird meistens auf die Luftbelastung inmitten einer viel befahrenen Autobahn verwiesen, die den Fahrradfahrern bestimmt nicht zuträglich ist.

In Norwegen engagiert sich das staatliche Straßenbauamt Statens Vegvesen schon länger für energieeffiziente öffentliche Bauvorhaben, wie im November 2015 gemeldet wird. Als Hauptziel gelten Brücken und Straßen, die mehr Energie erzeugen, als für ihren Bau und ihre Instandhaltung gebraucht wird.

Das Projekt der Zukunft ist die fährenfreie Küsten-Autobahn E 39 im Westen des Landes, bei der für keinen Abschnitt eine Fähre notwendig ist, da die gesamte Küste mit dem Auto durchfahrbar sein soll. Hierfür muß eine enorme Anzahl von Brücken gebaut werden, um die Fähren zu ersetzen, welche die einzelnen Abschnitte der E 39 im von Fjorden durchzogenen Küstengebiet aktuell noch verbinden.

Die Projektverantwortlichen der SINTEF, der norwegischen Stiftung für wissenschaftliche und industrielle Forschung, diskutieren für eine möglichst dauerhafte und effiziente Stromerzeugung  z.B. Sicherheitsbarrieren oder Lärmschutzwände aus Photovoltaik-Modulen, die Integration von Solarpaneelen und Windturbinen in der eigentlichen Brückenstruktur, sowie die Inbetriebnahme von Strömungs- und Wellenkraftwerken an den Brückenpfeilern.

Gemeinsam mit der Technisch-Naturwissenschaftlichen Universität Norwegens (NTNU) in Trondheim versucht die SINTEF für ihr Forschungsprojekt Power Road Fördergelder zu beschaffen und Aufmerksamkeit zu generieren. Da es aktuell noch keine Beispiele für eine Brücken-Energiegewinnung im Land gibt, sollen bei dem Projekt auch die verschiedensten Möglichkeiten zur Stromerzeugung getestet werden, die in normale Straßen integriert werden können.

So will die Forschergruppe, die im Frühling 2016 die ersten Projekte starten möchte, auch Optionen zur Nutzung des auf den Straßenbelag wirkenden Drucks von PKW und Lastentransporten analysieren. Über solche stromerzeugende Straßen, deren Technologien nicht auf der Photovoltaik basieren, berichte ich ausführlich im Kapitel Micro Energy Harvesting unter Straßengeneratoren (s.d.).

Es läßt sich aber nichts über tatsächlich umgesetzte Projekte finden. Einzig im August 2020 ist zu erfahren, daß die SINTEF gemeinsam mit der Universität von Kantabrien in Spanien sowie dem Ingenieurbüro ARUP mit Firmensitz in London an der Entwicklung eines genauen und benutzerfreundlichen Tools namens ENROAD arbeitet, das europäischen Straßenbesitzern bei der Einführung von Technologien zur Nutzung erneuerbarer Energien in der Straßeninfrastruktur helfen soll. Auftraggeber ist die Conference of European Directors of Roads (CEDR) und das Budget des bis 2022 laufenden Projekts beträgt 680.000 €.

Ebenfalls im November 2015 berichten die Fachblogs, daß südlich von Peking in China eine von der Qilu Transportation Development Group zu Testzwecken entwickelte Solar-Autobahn eröffnet werden soll. Die Forscher des großen staatlichen Unternehmens für den Bau und die Verwaltung von Autobahnen, das die Straße betreibt, hatten vor 10 Jahren mit der Arbeit an dem Projekt begonnen. Der Standort wird wegen seiner Nähe zu einem Umspannwerk gewählt, um den Anschluß an das Stromnetz zu gewährleisten.

Die 1 km lange Strecke bei Jinan, der Hauptstadt der Provinz Shandong, besteht aus drei Schichten: der Isolierung am Boden, den Solarzellen in der Mitte und einem kunststoffähnlichen, transparenten komplexen Polymer oben drauf. Dabei soll die Straße zehnmal mehr Druck aushalten können als normale Asphaltstraßen, wie der Projektdesigner und Experte für Verkehrstechnik an der chinesischen Tongji-Universität, Prof. Zhang Hongchao, in einem Interview erklärt. Bei diesem erwähnt er auch, daß die Straße umgerechnet 458 $/m² kostet, etwa das zehnfache einer normalen Straße in China.

In der obersten Schicht der von Shandong Pavenergy hergestellten Straßen-Solarpaneele ist auch Platz für Sensoren, die Temperatur, Verkehr und Gewicht überwachen sowie für elektromagnetische Induktionsspulen, da geplant ist, mit dem sauberen Strom eines Tages auch Elektrofahrzeuge aufzuladen. Bis dahin soll der erzeugte Strom für die Straßenbeleuchtung, Überwachungskameras, ein Schneeschmelzsystem, Schilder und Mautstellen verwendet werden, während überschüssige Energie in das staatliche Netz eingespeist wird. Über den Autobahnabschnitt fahren täglich etwa 45.000 Fahrzeuge.

Späteren Meldungen zufolge wird der Solar Panel Expressway – als Teil des Jinan City Ring Expressway – nach einer Bauzeit von 55 Tagen Ende Dezember 2017 für den Verkehr freigegeben, wobei nun von einer Länge von 2 km und Kosten von 1.112 $/m² gesprochen wird. Der solaraktive Bereich der bestehenden Autobahn, der pro Jahr 1 GWh erneuerbare Energie erzeugen soll, bedeckt auf zwei Fahrspuren und einem Pannenstreifen eine Fläche von insgesamt 5.875 m².

Nur fünf Tage nach der Eröffnung stellten Arbeiter fest, daß ein 1,8 m langer Abschnitt der Solarautobahn von Dieben professionell aufgebrochen und gestohlen worden war. Die Mitarbeiter des Projekts vermuteten, daß die Platte in der Absicht gestohlen wurde, die Technologie zu kopieren, da die Materialien selbst preiswert sind und nur Wirtschaftsspionage einen solchen Aufwand rechtfertigt. Im Zuge der Berichterstattung ist zu erfahren, daß es schon vor der Eröffnung der Autobahn mehrere Versuche gegeben habe, Bauteile und Technik zu stehlen. Insbesondere die Schutzschicht aus transparentem Beton könnte interessant sein.

Sogar noch etwas schneller verläuft eine Umsetzung in Frankreich, deren Pläne im Oktober 2015 anläßlich der UN-Klimakonferenz COP 21 in Paris der Presse vorgestellt werden. Demnach hat die Energie- und Umweltministerin Ségolène Royal das Ziel vorgegeben, bis zum Jahr 2020 insgesamt 1.000 km Solarstraßen zu bauen. Die Kosten für das Projekt sollen unter anderem durch eine Erhöhung der Benzinsteuer kompensiert werden.

Wie nun bekannt wird, hatten das französische Unternehmen Colas SA, eine Tochtergesellschaft des französischen Bauriesen Bouygues, das sich auf Straßen- und Schienenbau spezialisiert hat, sowie das Nationalen Institut für Solarenergie INES mit Sitz in Le Bourget seit 2009 Boden-Solarmodule entwickelt, die den Namen Wattway erhalten haben. Technische Unterstützung kam von der französischen Atomenergiekommission (CEA) und als Unterstützer fungierte die Agentur für Umwelt und Energiewirtschaft ADEME in Paris.

Die patentierten Wattway-Platten mit einer Kantenlänge von 15 cm sind gerade einmal 7 mm stark und bestehen aus polykristallinen Siliziumzellen, die von einem lichtdurchlässigen, mehrschichtigen Substrat aus Harzen und Polymeren geschützt werden, so daß sie direkt auf die Straße aufgeklebt werden können – wie es aussieht, in Form von 70 cm breiten und 140 cm langen Platten.

Bei Belastungstests zeigt sich, daß eine Million LKW-Reifen, die im Labor über die Wattway-Platten fahren, nicht einmal einen winzigen Kratzer hervorrufen. Ein zusätzlicher Schutz, etwa durch eine Glasplatte, ist nicht nötig, was auch mehr Haftung bedeutet. Im Gegensatz zu Glasoberflächen soll die aufgerauhte oberste Schicht genug Reibung bieten, damit Fahrzeuge und auch Fahrräder nicht ins Rutschen geraten.

Erste Tests der Energie-Straßen sollen im Frühjahr 2016 durchgeführt werden, und tatsächlich legt Ministerin Royal im März in Marseille die erste Photovoltaikplatte der Solarstraße auf dem Gelände der künftigen Umgehungsstraße L2 aus. Ab 2017 möchte die Colas SA die Solarzellen-Straßen an insgesamt 100 Standorten auf vier Kontinenten testen. Eine Kommerzialisierung des neuen Straßenbelages ist dann ab 2018 geplant.

Im Dezember 2016 wird – ebenfalls durch Ministerin Royal – in der Ortschaft Tourouvre-au-Perche in der Normandie auf der RD 5 eine 1 km lange Strecke aus 2.600 Paneelen  eingeweiht (andere Quellen: 2.880 Paneele), deren 280 kW die Straßenbeleuchtung des Ortes mit seinen 3.400 Bewohnern sichern sollen. Die von der von der Société Nouvelle Aeracem (SNA) gebaute Solarstraße im Département Orne bedeckt eine Fläche von rund 2.800 m², hat rund 5 Mio. € gekostet und soll jährlich 280 MWh Strom liefern. Sie wird nun zwei Jahre lang getestet.

Vor dem Einsatz in großem Maßstab sei das Wattway-System mehrere Monate lang auf wesentlich kleineren Flächen von 50 – 100 m² an vier Pilotstandorten getestet worden, darunter zwei im Département Vendée, einer im Département Yvelines und einer im Département Bouches-du-Rhône. Neben der neuen Solarstraße werden auch ein Buswartehäuschen mit Solarzellen und eine Schnelladestation für Elektroautos errichtet.

Kritiker des Wattway-Projekts weisen darauf hin, daß vor allem wegen des Harzes, des Glases in den Platten und der Kabel, die entlang der Straße verlegt werden müssen, um sie an das Stromnetz anzuschließen, mehr Energie für den Bau verbraucht, als die Strecke während gesamten gesamten Lebensdauer liefern wird. Und bei den derzeitigen Kosten würde eine Umsetzung des 1.000-km-Zieles nicht weniger als 5 Mrd. € erfordern, was wirtschaftlich nicht tragfähig ist.

Ein weiterer strittiger Punkt ist die Heizung, denn wenn diese eingeschaltet ist, so wird befürchtet, werden sich Tiere darauf legen und vom Verkehr überfahren. Außerdem ist fraglich, ob die Heizung  mit extremer Kälte, tiefem Schnee oder Schlamm fertig wird. Um in solchen Fällen überhaupt zu funktionieren, muß sie an das Stromnetz oder an teure, kurzlebige Batterien angeschlossen werden.

Im Februar 2017 berichten die Blogs, daß die Firma Colas vor kurzem am Georgia Visitor Information Center eine 55 m² große Fläche mit Wattway-Solarpaneelen bedeckt hat, die eine Jahresleistung von etwa 7.000 kWh erzielen soll. Es ist das erste Projekt der Firma in den USA.

Konkret geht es um einen knapp 30 km langen Abschnitt der Interstate 85 an der Grenze zum Bundesstaat Alabama. Die Straße ist nach Ray Anderson benannt, einem Pionier der nachhaltigen Produktionstechniken (The Ray C. Anderson Memorial Highway oder The Ray). Als seine Nachfahren allerdings herausfinden, daß auf der Strecke jährlich mehr als 5 Mio. Tonnen CO₂ ausgestoßen werden, nehmen sie einen Teil des Erbes und bauen die Strecke gemeinsam mit dem Georgia Department of Transportation so aus, daß dort verschiedene Ansätze zur Reduzierung der CO₂-Emissionen im Straßenverkehr getestet werden können.

Dazu gehört nun auch die neu eröffnete ‚Solarstraße‘, deren Energie genutzt wird, um das Besucherinformationszentrum mit sauberem Strom zu versorgen. Die für das Projekt zuständige Ray C. Anderson Foundation testet zudem weitere Ansätze: So gibt es auf der Strecke eine vom Autohersteller Kia gesponserte solarbetriebene Ladestation für Elektrofahrzeuge sowie ein Wi-Fi-fähiges WheelRight-System, das den Reifendruck vorüberfahrender Autos messen kann – da korrekt aufgepumpte Reifen weniger Treibstoff verbrauchen. Das US-Verkehrsministerium schätzt, daß jedes Jahr etwa 2 Mrd. Liter Benzin wegen zu niedrigem Reifendruck verschwendet werden.

Die Bilanz des ersten Jahres der Nutzung der Wattway-Strecke in Frankreich im Dezember 2017 zeigt, daß sie mit 149,4 MWh erzeugter Elektrizität nur 53 % des ursprünglich von Colas angekündigten Ziels erreicht hat. Als Grund gibt die Firma an, daß nicht alle Platten ununterbrochen in Betrieb waren, da einige von ihnen „während eines Sturms zusammengebrochen“ sind. Auch mit der Festigkeit der Platten sei man zufrieden, von denen aufgrund von thermischen Spannungen und Problemen mit den Fugenabdichtungen nur 5 % ausgetauscht werden mußten.

Da sich einige Anwohner über den Lärm „wie beim Fahren auf Kopfsteinpflaster“ beschwert hatten, wurde das Tempolimit auf 70 km/h festgesetzt. Colas und sein Partner SNA werden daher neue, besser schallgedämmte Paneele testen. Andere Bereiche, in denen Verbesserungen möglich sind, ist die Leistung der Paneele bei verschmutzten Straßen oder bei tief stehender Sonne.

Obwohl Wattway noch immer ein eher experimentelles Konzept ist, sind weltweit schon fast zwanzig Demonstrationsanlagen in Betrieb, von der Insel Reunion bis nach Nordamerika und Japan. Die jüngste Anlage wird im Dezember im Fürstentum Monaco installiert. Der am Fuße des Rosengartens der Prinzessin Grace gelegene Standort ist bescheiden und umfaßt nur 50 m² Bodenmodule, deren Energie ins Netz der monegassischen Elektrizitätsgesellschaft SMEG eingespeist wird. Das Ziel von Colas ist es, die Lösung nun Anfang 2019 auf den Markt zu bringen.

Im Juli 2018 installiert die Stadt Prince George zusammen mit dem Bauunternehmen YCS Holdings Ltd. einen 20 m² großen Abschnitt mit Wattway-Solarpaneelen, der an das Rathaus angeschlossen ist und auch Strom für die Elektrofahrzeug-Ladestationen auf dem Parkplatz liefert. Die Energieerzeugung kann in Echtzeit verfolgt werden. Finanziert wird das Projekt von den Colas- Tochtergesellschaften YCS und Wattway.

Weitere Ergebnisse des französischen Solarstraßen-Versuchs werden in einem Bericht von Dylan Ryan an der Edinburgh Napier University aufgeführt, der im September in dem akademischen Medien-Netzwerk The Conversation veröffentlicht wird. Demnach hat die Anlage eine maximale Leistung von 420 kW und sollte pro Tag 17.963 kWh erzeugen, doch diese Schätzung wurde schon vor der Eröffnung auf 767 kWh pro Tag verringert. Nach einem Jahr stellte sich jedoch heraus, daß sie tatsächlich nur 409 kWh pro Tag erzeugte.

Laut Presseberichten vom August 2019 hat die französische Regierung das Projekt derweil aufgegeben. In der Zwischenzeit hatte sich nämlich herausstellt, daß die Schutzschicht über den Solarmodulen nicht wie gewünscht funktioniert. Es wurden aber nur die absolut notwendigen Wartungsarbeiten durchgeführt und ein rund 100 m langes Stück einfach komplett abgerissen. Und auch die restliche Strecke ist in einem sehr schlechten Zustand und voller großflächiger Risse, Splitter, Verschmutzungen und sich ablösenden Modulen.

Alles in allem werden die mit dem Bau verknüpften Hoffnungen nicht erfüllt – und die Wattway-Solarstraße zu einem völligen Flop erklärt. Sogar Colas gibt zu, „unser System ist für den innerstädtischen Verkehr nicht ausgereift.“

Mehr Erfolg hat die Firma bei kleinen Flächen, die keiner hohen Beanspruchung ausgesetzt sind. Der Firmen-Homepage zufolge, wo viele der Sandorte aufgeführt werden, sind seit dem Oktober 2015 rund 40 experimentelle Solarstraßen und -parkplätze gebaut worden, hauptsächlich in Frankreich, aber auch in Kanada, Japan und den Vereinigten Staaten. Die Einsatzbereiche umfassen z.B. die Bereitstellung zusätzlicher Elektrizität an einem privaten Standort, das Aufladen von Elektrofahrzeugen, die Beleuchtung einer Brücke oder die Absicherung eines Fußgängerwegs.

 

Weiter mit den Solarstraßen...