Transparente Solarzellen – Zukunft der Photovoltaik

Solarstrom mit Solarstrom mit transparenten Solarzellentransparenten Solarzellen
Solarstrom mit transparenten Solarzellen

Solarstrom ist einer der Eckpfeiler der deutschen Energiewende. Er wird hierzulade vorwiegend mit Photovoltaik erzeugt. Bei sehr hohen Gebäuden geht jedoch viel Potenzial verloren, da der Großteil der theoretisch nutzbaren Fläche auf den Seitenwänden verteilt ist.

Forscher der Michigan State University arbeiten daher an völlig transparenten Solarzellen, die die gesamte Fassade für die Erzeugung von Elektrizität aus Sonnenenergie nutzen können. 

Nach einer Studie des Instituts für Solare Energiesysteme der Fraunhofer-Gesellschaft von 2015 wurden in Deutschland 2014 ca. 6,9 Prozent des gesamten Netto-Stromverbrauchs durch Photovoltaik gedeckt. Alle genutzten Erneuerbaren Energien kamen dabei auf einen Wert von 31 Prozent. An sonnigen Werktagen können deutsche Photovoltaikanalgen bereits bis zu 35 Prozent des gesamten Stromverbrauchs abdecken. An Sonn- und Feiertagen sind es bis zu über 50 Prozent, wie in der ersten Juniwoche 2014, als ein Rekordwert von knapp 1,26 Terrawattstunden produziert wurde. 

Nicht nur in Deutschland ist die Bedeutung der Photovoltaik für die Stromerzeugung in den letzten Jahren stark gestiegen. Den jüngsten Erhebungen der Internationalen Energieagentur folgend ist der Photovoltaik-Weltmarkt im vergangenen Jahr mit 38,7 Gigawatt erneut konstant gewachsen. Damit liegt die global installierte Leistung bereits bei mindestens 177 Gigawatt. 19 Länder haben heute einen Stromerzeugungs-Anteil durch Photovoltaik von über einem Prozent. Während der Durschnitt in Europa bereits bei 3,5 Prozent liegt, befinden sich die Volksrepublik China und die USA, zwei der weltweit größten Märkte, noch unter der zwei-Prozent-Hürde. Aufgrund des absolut immens hohen Strombedarfs sind gerade sie besonders relevant für die Zukunft der Technologie. Dieser Zukunft könnten sich schon sehr bald neue aufregende Möglichkeiten bieten.

Beide Staaten sind bekannt für ihre großen Städte, ihre Wirtschafts- und Finanzmetropolen sowie für zum Teil atemberaubende Skylines, oft mit einer beeindruckenden Glasfassade nach der anderen. Man kennt sie aus New York, Boston und Chicago sowie seit einiger Zeit auch aus Shanghai oder Chongqing. Gebäude wachsen hier aufgrund der immensen Bevölkerungsdichte und dem daraus resultierenden Platzmangel in die Höhe. Photovoltaik-Anlagen werden dann hauptsächlich auf den Dächern installiert. Je höher ein Gebäude jedoch ist, desto mehr Gesamtfläche ist auf dem Profil, den Seitenwänden verteilt. Die Dachfläche stellt nicht mehr die effektivste Nutzung der Gebäudeoberfläche dar. Städte mit sehr vielen hohen Gebäuden könnten ihre Stromerzeugung durch Photovoltaik immens steigern, würden nur die Glasfassaden der Wolkenkratzer für die Erzeugung von Solarenergie verwendbar sein.

Deshalb haben Wissenschaftler der Michigan State University nun damit begonnen, auch die Nutzung transparenter Oberflächen für die Stromerzeugung nutzbar zu machen. Diese unterscheiden sich kaum von herkömmlichem Glas und könnten in erweiterter Form schon bald großflächig verwendet werden. Die Anwendbarkeit der Technologie beschränkt sich zudem nicht nur auf Gebäude. Man stelle sich vor, wie sich ein Smartphone eigenständig auflädt, wenn es in der Sonne liegt. Oder wie die Elektrizität eines Autos durch die Sonnenstrahlen generiert wird, die auf dessen Scheiben fallen. Die Idee ist nicht unbedingt neu. Vorige Versionen hatten jedoch bisher den empfindlichen Nachteil, nicht vollkommen transparent zu sein. Das Glas war entweder verdunkelt oder farbig und somit weniger lichtdurchlässig. Die transparenten „Panels“, die nun unter Professor Richard Lund entwickelt werden, sind komplett durchsichtig und sehen auf den ersten Blick aus wie völlig normale Glasscheiben.

Wie funktioniert‘s? Die sogenannten „transparent luminescent solar concentrators“ nutzen lediglich den Teil des Sonnenspektrums, der vom menschliche Auge nicht wahrnehmbar ist – den ultravioletten und nahinfraroten Bereich. Diese werden über das Glas zu den Seiten geführt, an denen dünne Streifen von Solarzellen angebracht sind. Diese nehmen die Sonnenenergie auf und wandeln sie in Elektrizität um.

Es bleibt die Frage, ob Gebäude, die quasi zu eigenen Solarkraftwerken mutieren und sich im besten Falle vollständig selbst mit Strom versorgen, sich optisch von anderen Konstruktionen unterscheiden. Wenn es nach Professor Lund geht, keineswegs. Jede Glasoberfläche könne mit der neuen Technologie ausgestattet werden, ohne dass es von außen erkennbare wäre. Ein weiterer Vorteil der Technologie ist zudem, dass sie nicht nur für neue Gebäude anwendbar ist. Auch alte, bereits bestehende Objekte könnten ohne weiteres mit den neuen Panels ausgestattet werden. Sie könnten ganz einfach von innen an die entsprechenden Glasflächen „laminiert“ werden, ohne dass ein aufwendiger Umbau nötig wäre. Laut Lund könnte die Technologie bereits in einigen Jahren für den kommerziellen Markt bereit sein. 

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