Die Nutzung der Solarenergie nimmt weiter zu. Die benötigten Anlagen sind jedoch immer noch relativ groß und benötigen viel Platz, z. B. auf einem Hausdach. Innovatoren auf der ganzen Welt haben an Möglichkeiten gearbeitet, dieses Problem zu umgehen. Einige verfolgen den Ansatz, Solarmodule in bestehende flache Oberflächen wie Straßen und Tesla-Dachziegel einzubauen.
Die Idee der transparenten Solarzellen ist spannend, denn man könnte jedes Fenster (oder sogar den Bildschirm eines Telefons) in eine energieerzeugende Fläche verwandeln. Im Laufe der Jahre haben wir verschiedene Schlagzeilen und virale Meldungen in den sozialen Medien über einen Durchbruch in der transparenten Solartechnik gesehen - nur um dann zu erfahren, dass die Idee übertrieben war oder sich noch in einem zu frühen Entwicklungsstadium befand.
Transparente Solarpanels - Glas und Plastik als Solaranlage, alles Science-Fiction?
Wie ist also der Stand der Dinge in der
transparenten Solarindustrie? Stehen wir kurz vor der Verwirklichung - oder
handelt es sich um eine Zukunftstechnologie, die sich in der Science-Fiction
toll anhört, aber zu unseren Lebzeiten nicht verwirklicht werden wird?
Transparente Solarmodule sind noch nicht so weit, dass man sie von der Stange kaufen kann, und die Anwendung in Privathaushalten könnte noch Jahre entfernt sein. Die Technologie funktioniert nachweislich, ist aber nur etwa halb so effizient wie herkömmliche Solarmodule.
Forschungsteams auf der ganzen Welt arbeiten an transparenten Solarmodulen, mit einem gewissen Grad an kommerziellem Erfolg. Die meisten transparenten Solarmodule, die heute verwendet werden, sind in kommerziellen und experimentellen Umgebungen zu finden.
Mit Ausnahme eines Experiments in Korea sind transparente Solarpaneele nicht vollständig transparent, und es gibt Kompromisse zwischen Transparenz und Stromerzeugung. Trotz der fehlenden vollständigen Transparenz haben Studien gezeigt, dass transparente Paneele für den Anbau von Pflanzen in Gewächshäusern geeignet sind.
Ein alternativer und weniger experimenteller Ansatz sind in Jalousien eingebettete Solarzellen.
Transparente Solaranlagen in der Theorie. Für diejenigen, die auch nur eine vage Vorstellung von der Funktionsweise von Sonnenkollektoren haben, mag das Konzept eines transparenten Sonnenkollektors absurd erscheinen. Sonnenkollektoren absorbieren Sonnenenergie und wandeln sie in Strom um. Wie kann ein Paneel gleichzeitig Sonnenenergie absorbieren und sie durchlassen?
Das Konzept ist einfach: Das unsichtbare UV-Spektrum wird eingefangen, während das sichtbare Spektrum durchgelassen wird. Obwohl solche Paneele unmöglich so effizient sein können wie undurchsichtige Paneele, argumentieren die Forscher, dass transparente Paneele bestehende Fenster ersetzen und die Ineffizienz durch ihr Volumen wettmachen könnten. Schätzungen zufolge gibt es in den Vereinigten Staaten 5-7 Milliarden Quadratmeter Fenster, und weltweit werden jedes Jahr 2,5 Milliarden zusätzliche Quadratmeter Glas installiert. Die Realität ist jedoch komplizierter, und Teams in aller Welt haben zahlreiche Techniken entwickelt, um dieses scheinbar einfache Konzept zu verwirklichen.
In den Vereinigten Staaten sind vor allem zwei
Männer für die Entwicklung der transparenten Solartechnik verantwortlich:
MIT-Professor Vladimir Bulović und Richard Lunt, Professor an der Michigan
State University, der seine Forschung am MIT begann, bevor er nach Michigan
wechselte. Lunt demonstrierte die Technologie 2015 an der MSU.
Vladimir Bulović ist Professor für Elektrotechnik im Research Laboratory of Electronics am MIT, Direktor der Microsystems Technology Laboratories des MIT und MacVicar Faculty Fellow, eine Auszeichnung für MIT-Fakultätsmitglieder, die einen beispielhaften und nachhaltigen Beitrag zur Lehre und Ausbildung von Studenten geleistet haben. Er ist außerdem Co-Direktor des Solar Frontiers Center, des Solar Revolutions Project und der Energy Education Taskforce der MIT Energy Initiative. Seit 2011 ist Professor Bulović Inhaber von 48 Patenten und arbeitet mit mehreren von Studenten gegründeten Unternehmen zusammen, die aus seinem Labor hervorgegangen sind. Er erwarb 1993 einen MS von der Columbia University und 1998 einen PhD von Princeton.
Die beiden (zusammen mit Miles Barr) gründeten Ubiquitous Energy, um aus der Technologie Kapital zu schlagen. Das Unternehmen rühmt sich, die einzigen wirklich transparenten Solarpaneele der Welt zu haben, aber selbst dann sind sie nur zu 40-80 % transparent und haben einen Wirkungsgrad von bis zu 10 % (die besten Solarpaneele haben heute einen Wirkungsgrad von etwa 23 %).
Obwohl Ubiquitous Energy bereits seit einem Jahrzehnt im Geschäft ist, hat das Unternehmen nur zwei Installationen in seinem öffentlichen Portfolio: an seinem eigenen Hauptsitz in Redwood City, Kalifornien, und in der NSG Pilkington Facility in Northwood, Ohio. Das Unternehmen sagt mir, dass in Kürze einige weitere Installationen bekannt gegeben werden, darunter eine an einem wichtigen Wahrzeichen.
Das in der Zentrale von Ubiquitous Energy in Redwood City installierte Solarglas versorgt LED-Leuchten. Die NSG Group (kurz für Nippon Sheet Glass Co. Ltd.) ist einer der weltweit größten Hersteller von Glas- und Verglasungsprodukten für gewerbliche Anwendungen. Im Jahr 2019 gingen Ubiquitous Energy und NSG eine Partnerschaft ein, um die ClearView Power-Solarbeschichtung von UE in Architekturglas zu integrieren. Die Partnerschaft ist sinnvoll, da die NSG-Tochter Pilkington unter anderem Glas für Sonnenkollektoren und Sonnenschutzglas herstellt, das die Bewohner von Gebäuden vor direkter Sonneneinstrahlung schützt. Ubiquitous Energy hat gerade eine Partnerschaft mit Antamex bekannt gegeben, um Architekturfenster mit Solarverglasung auszustatten.
Auf der anderen Seite der Welt hat ein Unternehmen namens ClearVue in Australien mehr öffentlich aufgelistete Installationen und Besonderheiten. Es funktioniert ähnlich wie das Modell von Ubiquitous Energy: Eine Folie zwischen zwei Glasschichten lenkt das Licht auf die Solarzellen im Fensterrahmen. Wenn Sie in West Perth sind, können Sie den Ausstellungsraum von ClearVue besuchen und die klaren Paneele in Aktion sehen.
Die Fenster von ClearVue wurden bereits in Universitäten, Luxusvillen und vor allem im Atrium des Warwick-Einkaufszentrums installiert, wo ClearVue nach eigenen Angaben aus 25 Quadratmetern Fensterfläche etwa 1,6 kWh pro Tag erzeugt. Und das, nachdem die Batterie- und Gleichstrom-zu-Wechselstrom-Verluste eingerechnet wurden, was ziemlich beeindruckend ist.
ClearVue gibt zu, dass ein herkömmliches Solarpanel mit einem Wirkungsgrad von 22 % bei optimaler Platzierung sechsmal mehr Energie erzeugt als die ClearVue-Paneele. ClearVue-Fenster kosten etwa 400 Dollar pro Quadratmeter (in amerikanischen Dollar), ohne Rahmen und Einbau.
Im Vergleich dazu kosten nicht-solare
Low-E-Fenster in den Vereinigten Staaten etwa 14 $ pro Quadratfuß. Ein
Quadratmeter umfasst etwa 10,8 Quadratfuß, so dass die Abdeckung eines
Quadratmeters mit herkömmlichen Low-E-Fenstern etwa 150 $ oder 250 $ weniger
pro Quadratmeter als ClearVue kosten würde. ClearVue gibt an, dass sich die
Mehrkosten bereits nach einem Jahr amortisiert haben und dass die Paneele etwa
20 Jahre halten.
Ein vollständig transparentes Paneel aus Korea.
Anfang dieses Jahres verkündete Professor Joondong
Kim von der Incheon National University einen neuen Durchbruch in der
transparenten Solartechnologie: ein vollständig transparentes Solarpanel. Bei
Professor Kims Ansatz wird Titandioxid oder Nickeloxid direkt in das Glas
eingebettet, um Sonnenenergie zu absorbieren. Beide haben eine hohe optische
Transparenz. Titandioxid wird bereits in Solarzellen verwendet und ist
umweltfreundlich, während Nickeloxid in ausreichender Menge vorhanden ist, um
es kostengünstig herzustellen.
Da die Paneele vollständig transparent sind, hofft
Professor Kim, dass die Zellen in Telefonbildschirme integriert werden können.
Kommerzielle Anwendungen sind jedoch wahrscheinlich noch Jahre entfernt, und
die Zellen haben nur einen Wirkungsgrad von 2,1 %. Angesichts ihrer Transparenz
ist das beeindruckend, aber ein Telefon hat nicht so viel Glas wie ein
Wolkenkratzer, so dass es ungewiss ist, wie groß der Unterschied bei der
Akkulaufzeit ist.
Schweizer Solartreibhäuser
Eines der interessantesten Start-ups, das an
transparenten Solaranlagen arbeitet, ist das Schweizer Unternehmen Insolight,
das die THEIA-Agrovoltaik-Paneele herstellt. Insolight rühmt sich, mit einem
Wirkungsgrad von bis zu 30 % das effizienteste lichtdurchlässige
Photovoltaikmodul der Welt zu haben. Dies ist auf die einzigartigen
sechseckigen Linsen von Insolight zurückzuführen, die das Sonnenlicht
konzentrieren.
Die THEIA-Paneele sind für den Einsatz in Gewächshäusern vorgesehen und verfügen über zwei Modi: Den E-Modus, der Strom erzeugt und diffuses Licht durchlässt, und den MLT-Modus, der zu 78 % transparent ist, aber keinen Strom erzeugt. Der Ansatz von Insolight hat also einen klaren Kompromiss (kein Wortspiel beabsichtigt).
Sie fragen sich vielleicht, ob transparente Paneele, die ultraviolette und infrarote Strahlen absorbieren, genügend Sonnenlicht für Pflanzen bieten. Forschungen der North Carolina State University zeigen, dass dies der Fall ist, zumindest in Gegenden, in denen das Sonnenlicht ausreichend ist.
Ein alternativer Ansatz: Solarjalousien
Was ist, wenn transparente Sonnenkollektoren das
falsche Problem lösen? Das ukrainische Unternehmen SolarGaps verfolgt einen
alternativen Ansatz: in Jalousien eingebettete Solarzellen. Das Unternehmen
behauptet, dass ein Quadratmeter seiner Jalousien in einer Stunde bis zu 100
Watt Strom erzeugen kann.
SolarGaps zeigt Fotos seiner Jalousien, die in ganz Europa installiert sind, unter anderem im World Trade Center in Barcelona. Im Gegensatz zu den anderen hier aufgeführten Unternehmen können Sie bei SolarGaps ein Online-Angebot anfordern und das Produkt auch tatsächlich bestellen. Eine 33×33-Zoll-Fensterjalousie (auf dem Formular steht 30×30 als Mindestgröße, tatsächlich sind es aber 33×33) kostet etwa 700 Dollar (abzüglich Wechselrichter und Versand) und erzeugt 74 Watt Strom pro Stunde.