TEIL C

Sonderformen der photovoltaischen Nutzung

Solarstrassen und -wege (C)

Eine weitere Kleininstallation soll an der kanadischen Thompson Rivers University (TRU) in Kamloops, Britisch-Kolumbien, erfolgen, bei der vor dem Gebäude für Kunst und Bildung der Hochschule eines von vier Nachhaltigkeitsprojekten verwirklicht wird, die die Schule kürzlich genehmigt hat.

Gemäß Berichten vom März 2016 soll die „erste Solarstraße Kanadas“ mit dem Namen Solar Compass pro Jahr knapp 10.000 kWh Solarstrom erzeugen. Der Solarpflasterbelag wird im vorliegenden Fall aus dicken Glasplatten über den 64 Photovoltaik-Paneelen bestehen.

Finanziert werden die vier Projekte mit insgesamt 100.000 $ durch den Sustainability Grant Fund (SGF) der TRU. Die drei anderen Projekte betreffen übrigens die Einführung stromsparender LED-Beleuchtungssysteme für das Theater des Fachbereichs Darstellende Künste; die Installation von Solar-Straßenlaternen auf stark frequentierten Stellen auf dem Campus; sowie die Errichtung einer traditionellen Schwitzhütte.

Der von Prof. Michael Mehta vom Fachbereich Geographie und Umweltstudien eingereichte Sonnenkompaß trägt seinen Namen, weil er in den bestehenden dekorativen Kompaß vor dem Gebäude eingebettet wird und damit die vorhandene Infrastruktur zum Vorteil der Umwelt nutzt. Mit dem Strom der 9,6 kW Anlage sollen bis zu 40 Computer betrieben werden. Das Team erhält 36.000 $ aus dem SGF, um das Pilotprojekt voranzutreiben.

Im April 2017 wird gemeldet, daß der Bau im Laufe des Sommers erfolgen soll, doch tatsächlich wird erst Ende September damit begonnen. Parallel wird auch ein kurzer Solar Sidewalk installiert. Ende Oktober sind die Arbeiten weitgehend abgeschlossen und im November erfolgt die feierliche Eröffnung. Anschließend erhält die Anlage eine neue Reibungsbeschichtung aus extrem kleinen Glasmehlstücken, um sie rutschfester zu machen.

Gemäß einem Bericht vom Juli 2018 sind die Module der Anlage im Laufe des Winters – mit deutlich mehr Schneetagen und Schneeräumungen als in den letzten Jahren – stark in Mitleidenschaft gezogen worden und zeigen Spannungsrisse auf der Oberfläche. Auch die einst glänzende Deckschicht sieht stumpf und zerkratzt aus. Ein Grund dafür ist, daß die Module der Solar Compass-Anlage mit Aluminiumklammern befestigt wurden, die in Abständen um sie herum angebracht waren.

Im Gegensatz dazu hat der Solar Sidewalk ein durchgehendes Edelstahlband um den gesamten Umfang der Anlage und zwischen den Modulen, was für einen gleichmäßigeren Halt sorgt und die Ränder der Module besser schützt, die durch die Schneeräumung und sogar durch normalen Fußgängerverkehr anfällig für Abhebungen und Abrieb sind.

Die nun erforderlichen Austauscharbeiten, bei denen alle Module durch neuere, stärkere und anders zusammengesetzte Verkapselungsprodukte ersetzt und mit durchgehenden Aluminiumrahmen am Umfang befestigt werden, erfolgen durch den Entwickler der Technologie, die Firma Solar Earth Technologies Ltd. (SET), die auch die Kosten dafür übernimmt.

Das im Juli 2015 gegründete Unternehmen in Vancouver zielt von Anfang an auf den Markt der bodenflächigen Photovoltaik. Im Februar 2016 wird in China das SET Chongqing Lab mit dem Ziel aufgebaut, Materialien und Verfahren für die Herstellung von Modulen zu erforschen und zu entwickeln, die sich als solarer Straßenbelag eignen.

Die erste Anlage des Unternehmens entsteht 2017 im Stadtbezirk Changping, im Nordwesten von Peking, und bildet ein netzunabhängiges System zur Speicherung des von der Solaranlage auf dem Bürgersteig erzeugten Stroms für die Versorgung der umliegenden Wohnhäuser. 2018 folgt die erste Phase des ‚Green Village-Projekts‘ im Stadtbezirk Daxing, das von der Lokalregierung Peking unterstützt wird. Diese Anlage versorgt die Beleuchtung eines angrenzenden Basketballplatzes und drei E-Bike-Ladestationen. Weitere Referenzprojekte nennt das Unternehmen bislang nicht.

Die Firma baut nach eigenen Angaben besonders gehärtete Solarmodule und die dazugehörige Systemelektronik, die den strengen Anforderungen des Fußgänger-, Fahrrad- oder sogar Autoverkehrverkehrs standhalten können. Hierzu seien mehrere neuartige Lösungen entwickelt, getestet und wieder neu entwickelt worden.

Im Januar 2019 wird eine nicht näher bezifferte Seed-Finanzierungsrunde durchgeführt, und zu einem ebenfalls nicht genannten Datum kommt das SET-Labor in Peking hinzu, dessen Hauptaufgabe die Entwicklung von Fachwissen auf Systemebene und von Lösungen für die Anwendungen von Solarstraßen für Vertragskunden ist. Außerdem erforscht und entwickelt das Labor Technologien, die es ermöglichen, daß Solarstraßen zukünftig intelligente Transport- und autonome Fahrfunktionen unterstützen.

Vom Juli 2016 datiert eine Vision, wie sich veraltete Infrastruktur in eine nachhaltige Version für das 21. Jahrhundert verwandeln läßt. Die Büros Michael Maltzan Architecture (MMA) und Arup in Los Angeles entwerfen eine Lösung für die 1953 erbaute und 1971 erweiterte Arroyo-Seco-Brücke auf dem Freeway 134 nahe Pasadena, die derzeit über zehn Fahrspuren verfügt. Der darüber laufende Verkehr stößt große Mengen an CO₂-Eissionen aus und verursacht eine hohe Lärmbelästigung.

Der neue Entwurf verwandelt die Brücke in einen begrünten oberirdischen Tunnel, was MMA als ‚neue infrastrukturelle Überlagerung‘ bezeichnet. Die Autofahrer könnten immer noch durch den Tunnel hinaus sehen, aber Elemente wie schallisolierende Wände und ‚Porenbeton-Lungen‘ würden die Umweltverschmutzung drastisch reduzieren. Arup schätzt, daß die isolierenden Wände die Lärmbelastung um 65 % reduzieren würden, und die mit Titaniumoxid beschichtete Decke jährlich bis zu 516.000 Tonnen CO₂ einfangen könnte.

Auf der Oberseite des Tunnels sollen Solarpaneele im Jahr 6 GWh Strom produzieren, und ein Regenwassersammelsystem würde sowohl die Pflanzen im Tunnel bewässern als auch mit den hochgerechnet überschüssigen 19 Mio. Liter Regenwasser die Wasserversorgung von Pasadena verbessern. Laut MMA kann das Konzept problemlos auf andere Autobahnen übertragen werden, eine Schätzung der Kosten liegt bislang aber nicht vor. Auch von einer Umsetzung ist noch nichts zu sehen.

Im Dezember 2016 wird erstmals über das ungarische Startup-Unternehmen PLATIO (o. Platio Solar) mit Sitz in Budapest berichtet, das Pflastersteine aus recyceltem Kunststoff für Solar-Gehwege entwickelt hat. Die Gründer, der Maschinenbauingenieur Imre Sziszák, der Chemieingenieur József Cseh und der Landschaftsarchitekt Miklós Ilyés hatten ihre Idee im Vorjahr beim Smart City Lab-Wettbewerb des Design Terminals eingereicht und diesen gewonnen. Der Wettbewerb bescherte dem Startup zudem viel Aufmerksamkeit und weitere private Investoren.

Das farbige modulare Pflastersystem läßt sich wie LEGO-Bausteine zusammenstecken, wobei der elektronische Kontakt ohne zusätzliche Verkabelung durch ein Powerline-Kommunikationssystem hergestellt wird, das sich während der Einrichtung automatisch verbindet. Dank einer Kunststoffrückseite werden die kompakten Einheiten nicht beschädigt, wenn Menschen darauf laufen, sie bieten einen festen Boden und ernten durch monokristalline Siliziumzellen in gehärtetem Glas gleichzeitig 160 W/m² Sonnenenergie.

Bereits 2016 werden die ersten Prototypen präsentiert, die dem Unternehmen zufolge kein spezielles Fundament benötigen und mit vielen intelligenten Funktionen aufgerüstet werden können.

Nach Erreichen der Serienreife kann im Frühjahr 2017 das erste Projekt in Astana in Kasachstan fertiggestellt werden, im Grünen Viertel, das für die Expo 2017 errichtet wird. Hier speisten 80 m² Solarpflasterfläche die nahegelegene Mall mit 12,4 kW Energie. Im Laufe des Jahres werden aber noch weitere Pilotprojekte realisiert, die auch auf unterschiedliche Anwendungsgebiete abzielen.

In Budapest sind die Solarpflastersteine z.B. so in ‚intelligente Stadtmöbel‘ im Városháza-Park integriert, daß sie den Strom für das Aufladen von Smartphones und Tablets bereitstellen. Und auf einem Gehweg bei einer EV-Ladestation am Standort des Logistikunternehmens Prologis wird an einem einzigen Tag eine 50 m² große Bodensolaranlage mit einer Spitzenleistung von 720 W installiert. Wenn die Energie des Pflastersystems nicht zum Aufladen von Autos genutzt wird, hilft sie bei der Stromversorgung eines nahe gelegenen Bürogebäudes.

Zudem sollen die Solarpflastersteine in Schweden auf ihre Seetauglichkeit geprüft werden, weshalb sich das Unternehmen mit dem Ingenieurbüro SF Marina zusammentut, um die Platio-Elemente an der schwedischen Fabrik von SF Marina auf rund 8 m² Pontons zu installieren. Die erzeugte Solarenergie soll zur Stromversorgung von Hafenanlagen und Schiffen beitragen.

Die PLATIO arbeitet außerdem an der Entwicklung eines Systems zur Energiegewinnung aus Schritten. Zu den weiteren potentiellen Projekten gehören holographische Infopflaster, gemeinschaftliche Energiespeicher und Solarfassaden für Gebäude. Zudem soll in Zukunft ein Infopavement-System eingeführt werden, das Verkehrs- und Navigationsinformationen liefert, während es gleichzeitig sauberen Strom erzeugt.

Im Jahr 2018 folgt der Aufbau einer Produktionsanlage, während weiter an der Produktentwicklung gearbeitet wird. Dazu gehören integrierte Heizfäden zur Eis- und Schneebeseitigung im Winter. Bislang konnte das Startup 70.000 $ einwerben und eine nicht näher zugeordnete Förderung der EU erhalten. Die Serienproduktion beginnt 2019, zusammen mit dem Ausbau eines europäischen Vertriebsnetzes. Die weiteren realisierten Projekte sind auf der Homepage der Firma aufgeführt, die seit 2017 diverse Preise und Auszeichnungen erhalten hat.

Die jüngste Meldung stammt vom April 2021, als die Presse über die Errichtung eines Solar-Gehwegs in einem Park im Stadtviertel Glòries von Barcelona berichtet, bei dem auf einer Fläche von 50 m² rutschfeste Solarpaneele verlegt werden, die jährlich ungefähr 7.560 kWh erzeugen sollen. Die Stadt Barcelona übernimmt 30.000 € der Kosten des Projektes, der Rest wird vom Hersteller selbst getragen. In den nächsten sechs Monaten soll nun die Rentabilität überprüft werden.

Im August 2017 wird eine ganz spezielle Art von Solarautobahn verwirklicht – denn bei dieser wird ein Teilstück der ehemaligen A 4 in der Gemeinde Niederzier, das früher täglich von 63.000 Autos und Lastwagen befahren wurde, einfach mit Solarpaneelen bestückt. Die Anlage ist auch in anderer Hinsicht ungewöhnlich: Sie befindet sich im Abbaugebiet des Tagebaus Hambach, für den die damalige A 4 einst verlegt werden mußte.

Geplant, umgesetzt und in Betrieb genommen wird die 710.000 € teure 749 kW Solaranlage in Höhe des Niederzierer Ortsteils Ellen, die auf 500 Tonnen Kies aus dem nahen Tagebau ruht, und die aus 2.820 Modulen besteht, von den Energieunternehmen RWE Power und innogy, dem Verteilnetzbetreiber Westnetz, der Gemeinde Niederzier sowie die Energiepartner Niederzier GmbH, an der die Gemeinde Niederzier 51 % und innogy 49 % der Anteile halten, und die die Anlage betreibt.

Im Dezember 2017 erscheint bei IDTechEx eine von Peter Harrop verfaßte Studie mit dem Titel ,Electrically Smart Roads 2018 – 2028: Off grid electricity from roads, paths, parking automates de-icing, lighting, dynamic EV charging etc.‘, die sich ausführlich mit den hier behandelten Technologien befaßt – als elektronische Einzelplatzversion aber auch 5.995 $ kostet. Für eine Hardcopy nebst elektronischen Versionen für bis zu zehn Nutzer werden sogar 8.995 $ fällig. Ich denke, da bleiben Sie lieber beim Buch der Synergie, sofern Sie nicht professionell mit dem Thema zu tun haben.

Auch über die 2004 gegründete Firma Green Energy Technology Inc. (GET) aus Taiwan gibt es nicht viele Informationen, als die ersten Fachblogs im Mai 2018 darüber berichten, daß das Unternehmen seine Solarmodule nicht nur auf Dächer und Freiflächen installiert, sondern sie auch als Bodenmaterial für Geh- und Radwege, für Dachterrassen und sogar für Basketballfelder anbietet, wobei letzteres bislang nur eine Vision ist. Schließlich sind in Taiwan die Flächen für Solaranlagen besonders rar, denn das Land besteht zur Hälfte aus bewaldeten Bergen, zwischen denen Hochhäuser und Fabrikhallen aufragen.

Die GET ist Taiwans größter Hersteller multikristalliner Solarwafer und hat ihren Hauptsitz in der Halbleiter-Technologie-Hochburg Taoyuan, etwa eine Autostunde von der Hauptstadt Taipeh entfernt. Die Firma stellt auch Dünnschicht-PV-Module sowie durchsichtige und BIPV-Module her. Auf dem Firmengelände gibt es einen Parcours aus den unterschiedlichsten Solaranwendungen, wie z.B. einem 3,4 kW Solar-Fußweg. Das hier eingesetzte, patentierte GET Light Weight Module ist rutsch- und feuerfest, wirkt schallmindernd und produziert selbst unter wolkigem Himmel Strom. Die Firma erhält für das Modul den deutschen Designpreis Red Dot Award 2016.

Im September 2018 gibt das Solarunternehmen, das seit 2011 Verluste macht, bekannt, daß es im Rahmen einer Umstrukturierung etwa 20 % seiner weltweiten Belegschaft entlassen muß. Später scheint die Firma vollends aufgelöst worden zu sein.

Im Juli 2020 startet ein internationales Forschungsprojekt namens PV-Süd unter der Leitung des Austrian Institute of Technology, bei dem es um die Entwicklung einer solaren Straßenüberdachung geht. Diese soll einen Mehrfachnutzen für den Fahrbahnerhalt bringen: durch den Schutz der Straßenoberfläche vor Niederschlägen und Überhitzung und die dadurch erhöhte Lebensdauer der Fahrbahndecke. Hinzu kommt der durch geeignete Konstruktionen erreichbare zusätzliche Lärmschutz.

Das Konzept zur Gewinnung von Solarenergie im Straßenraum bietet theoretisch ein gewaltiges Potential. Ob sich derartige Installationen aber tatsächlich lohnen, ist nicht zuletzt eine Frage des Preises. Denn die Solarmodule müssen z.B. mit massiven und hohen Stützen gesichert werden, um um Wind- und Sogkräfte abzuleiten. Die Kosten fallen dadurch deutlich höher aus als bei klassischen Solaranlagen.

Im Herbst 2021 soll daher neben der Rastanlage Hegau-Ost an der A 81 in Baden-Württemberg eine mit Meßtechnik ausgerüstete, 170 m² große Prototyp-Überdachung entstehen, mit der ein Jahr lang getestet werden soll, wie die Solarstromerzeugung über einer Fahrbahn in natura funktioniert und welche Auswirkungen die Überdachung auf den Zustand der Fahrbahn tatsächlich hat. Eine weitere Frage ist, ob die solare Nutzung des Straßenraums praxistauglich und in Bezug auf Wartung oder Schneeräumung integrierbar ist.

Die gewonnene Energie wird unter anderem der Beleuchtung der Rastanlage dienen. Die Technik könnte später auch gut für E-Tankstellen genutzt werden. Finanziert wird das Projekt und der Einsatz des Demonstrators durch Gelder aus Deutschland, Österreich und der Schweiz, mitbeteiligt sind das Fraunhofer-Institut für solare Energiesysteme (ISE) und die Schweizer Firma Forster Industrietechnik GmbH.

Neben PV-Süd wird am ISE auch das Projekt PVwins verfolgt, das vom April 2020 bis zum März 2023 läuft und bei dem es um die Entwicklung von wandintegrierten PV-Elementen für den Lärmschutz geht, was – wie wir gesehen haben – schon längst die Umsetzungsphase erreicht hat. Das Leitthema lautet Photovoltaik in Verkehrswegen (Road-Integrated Photovoltaics, RIPV) und das Forschungsinstitut geht von einem technischen Potential in Deutschland von mindestens 300 GW aus.

Ein von Harry Wirth verfaßtes Positionspapier Integrierte Photovoltaik – Flächen für die Energiewende erscheint im April 2021 und ist von der ISE-Homepage downloadbar.

Das Design einer solaren Autobahnüberdachung mit ganz speziellem Hauptzweck wird im Juli 2021 präsentiert. Es handelt sich um die Beteiligung eines Teams aus dem niederländischen Designstudio VenhoevenCS, dem Landschaftsarchitekturbüro DS Landschapsarchitecten und dem Solarenergieunternehmen Studio Solarix an dem Designwettbewerb Our Energy Our Landscape, der von Kunstloc Brabant, einem Kulturprogramm in der niederländischen Provinz Nordbrabant, organisiert wird.

Das Team geht davon aus, daß 85 % unserer Nahrungsmittelversorgung von der Bestäubung durch Insekten abhängt. Sie halten es daher für wichtig, die biologische Vielfalt zu fördern und den Klimawandel durch eine Verbindung zur Natur zu bekämpfen. Dabei kann die Unterstützung der kleinsten Lebewesen den größten ‚Schmetterlingseffekt‘ haben – weshalb das Konzept auch den Namen Butterfly Effect trägt.

Im Mittelpunkt des Projekts steht ein Netz, das sich in Höhe der Baumkronen über die stark befahrene Autobahn A 67 in der Strabrechtse Heide spannt, um Insekten einen sicheren Weg durch eine sauberere und weniger turbulente Luft über der Straße zu bieten. Die Idee für Butterfly Effect entstand durch die Beobachtung von Schmetterlingen, die nur bei Stau die Fahrbahn überqueren, wenn die Luft ruhig ist. Die sonst durch den Verkehr verursachten Wirbel und Luftströmungen sind für viele Insekten tödlich.

Weshalb das Konzept – neben seiner großen ökologischen Wichtigkeit – hier aufgeführt wird, liegt daran, daß die Designer den Raum über der Straße auch zur Erzeugung erneuerbarer Energie nutzen wollen: Die Wabenstruktur des Netzes ist so konzipiert, daß sie mit transparenten Solarzellen gefüllt werden kann.

Das erwähnte Studio Solarix, ein Startup mit Sitz in in Amsterdam, stellt übrigens eine große Palette farbiger Solarpaneele und Fassadensysteme aus organischen Solarzellen her, für die es während der Dutch Design Week 2017 berechtigtermaßen den Solar Design Challenge gewinnt.

Eine weitere wirtschaftlich tragfähige Lösung für die Energiegewinnung aus Straßen sind Systeme, die auf solarer Wassererwärmung basieren und leicht in eine Straße eingebaut werden können, ohne deren Aussehen zu verändern. Diese Technologie wird ausführlich im Kapitelteil Asphaltkollektoren behandelt.

 

Weiter mit den Solarkanälen und Staumauer-Anlagen...