1. So steht es um die Solarenergie

Zunächst eine kleine Standortbestimmung, wo sich die Forschung gerade befindet und was sich in den letzten Jahren in dem Bereich entwickelt hat. Einmal ganz grundlegend im Bereich der Solarzellen, anschließend fokussiert auf den Bereich Gebäude/Immobilien.

Solarzelle ist nicht mehr gleich Solarzelle

Am geläufigsten, weil sie bisher oft verwendet wurden, sind Solarzellen aus Silizium. Das Problem an diesen: Sie enthalten giftige Stoffe und die Herstellung birgt hohe Kosten. 

Kein Wunder also, dass Alternativen gefragt sind. Nach diesen wurde mit Erfolg geforscht - es gibt mittlerweile einige von ihnen, die im Folgenden kurz vorgestellt werden sollen.

• Farbstoffsolarzellen benötigen keine Reinräume und zudem deutlich weniger Energie als Solarzellen aus Silizium - außerdem werden preiswertere und ungiftige Materialen verwendet. Ein Vorteil ist zudem, dass sie besonders gut mit schwachem Lichteinfall auskommen und in verschiedenen Farben sowie auf transparenten Folien produziert werden können, was sie sehr vielseitig macht. Leider gibt es auch einen kleinen Nachteil: Der momentane Leistungsstand der Zellen reicht noch nicht für eine umfassende Energielösung aus (er schwankt um die 20 %), daher werden sie bisher eher vereinzelt in textiler Architektur und Stand-alone-Lösungen eingesetzt. Geeignete Einsatzgebiete sind zum Beispiel Wintergärten, Glasfassaden, aber auch Textilien wie T-Shirts.

• Solarzellen aus Biomüll:  Hierbei werden fluoreszierende Stoffe aus Abfall gewonnen. Die Solarzellen nutzen UV-Strahlung, sind transparent, biegsam und nachhaltig.

• Bifaziale Solarmodule: Bei üblichen Solarzellen kann nur von einer Seite Licht aufgenommen werden, bei diesen Modulen sind aber beide Seiten darauf ausgerichtet, was im Vergleich bis zu 30 - 35 % mehr Leistung schafft.

• Perowskit-Solarzellen:  Ein Stern am Solarzellenhimmel. Perowskit ist nicht nur hocheffizient - unter Lichteinfluss kann es mit über 29 % Wirkungsgrad Strom erzeugen - es ist auch noch deutlich günstiger. Problematisch war bisher die Haltbarkeit, allerdings wurde diese in neuen Forschungen bei starken Temperaturschwankungen verbessert - sie beträgt in den neuen Testungen bis zu 20 Jahre.

• Organische Solarzellen: Naturnah bestehen sie aus organischen Molekülen oder Polymeren - zum Beispiel aus Holz gewonnen, wie es die JMU Würzburg in ihrer Forschung geschafft hat. Die Forschung muss allerdings noch ausgeweitet werden, damit die Effizienz verbessert werden kann.

• Solarzellen aus Mondstaub: Sogar Material vom Mond (Regolith) kann für Solarzellen verwendet werden, wie verschiedene Forschungen zeigen.

• Solarzellen aus Getränkeverpackungen:  Ein weiterer, sehr nachhaltiger Ansatz: Bei dem EU-Projekt FlexFunktion2Sustain konnten Solarzellen aus 50 % Recyclingmaterial, genauer gesagt Polypropylen, gebaut werden. 

• Projekt 50 Prozent des Fraunhofer Instituts für Solare Energiesysteme: Im Projekt 50 Prozent werden neue Solarzellen mit bis zu 50 % Wirkungsgrad entwickelt (bisher waren es höchstens um die 26 %). Das könnte den Solarzellenmarkt bald revolutionieren.

Die Weiterentwicklung fand nicht nur im Bereich Solarzellen statt, sondern auch übergreifend im Sektor Solarenergie für Häuser.

Zukunftsträchtige Entwicklungen für Häuser

Mittlerweile gibt es verschiedene Möglichkeiten, mit spezieller Solararchitektur passiv Energie durch Gebäude zu gewinnen. Vorwiegend handelt es sich um fünf mögliche Gebäudetypen, die sich eignen: 

• ‍Typ 1: Gebäude mit solarem Direktgewinn: Diese absorbieren über die Wände Sonnenenergie und speichern diese in Wänden und Möbeln, nachts wird die Wärme dann in den Raum abgegeben.
• ‍Typ 2: Solargebäude mit Wasserwänden: Das Innere der Wände ist mit Wasser gefüllt, außerhalb der Wände ist eine Glaswand angebracht, dazwischen befindet sich eine Isolierungsschicht. Die Wasserwand absorbiert Wärme und leitet sie ins Innere, die Regulierung der Temperatur erfolgt durch die Isolierschicht.
• ‍Typ 3: Wärmespeicherwände: Auch hier besteht die Außenseite aus einer Glaswand, die Innenwandoberfläche ist schwarz. So kann die Wand Wärme an die Luft ableiten, die zwischen beiden Elementen ist, die Regulation erfolgt durch Konventionszirkulation.
• ‍Typ 4: Solartreibhaus: Hierbei wird ein Treibhaus aus Glas außen angebracht, keine Glaswände. Zusätzlich benötigt man Wärmespeicher- oder Wasserwände. Der Vorteil: Innerhalb des Treibhauses können Pflanzen und Gemüse angebaut werden.
• ‍Typ 5: Staubecken auf Dach: Bei diesem Typus wird ein Dach aus transparentem Material benötigt, auf diesem ein Isolierungsbrett angebracht ist. Wenn es geöffnet ist, nimmt das Wasser Licht auf und gibt Wärme durch das transparente Material ins Haus ab.

Zusätzlich zu den genannten Gewinnungsmöglichkeiten gibt es noch andere Herangehensweisen. Neben Photovoltaikanlagen, auf die der danach folgende Abschnitt eingeht, gibt es drei Extras, die sich einsetzen lassen:

• Solarfarbe: Hausfassaden können mit spezieller Solarfarbe gestrichen werden (enthalten sind Quantum Dots) - eine Farbe, die Licht aufnimmt und in Energie umwandelt. Als alleinige Maßnahme ist sie allerdings nicht ausreichend effizient.

• Solarziegel: Diese sind groß von Tesla angekündigt, aber noch nicht in Deutschland erhältlich. Sie werden wie normale Ziegel verlegt. Es gibt sie sogar in  Terrakotta Optik vom italienischen Hersteller Dyaqua.

• Solardachpfannen: Die von der TH Köln entwickelten Solardachpfannen sind doppelt sinnvoll - sie können sowohl Wärme als auch Energie erzeugen! 

Redet man von Solarenergie, geht es oftmals um eine bestimmte Art - Photovoltaik. Photovoltaik bezieht sich auf die Stromerzeugung durch Solarenergie. Was aktuell in diesem Bereich möglich ist, erfahren Sie im nächsten Abschnitt.

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2. Fokus Photovoltaik: Was ist möglich?

Wer an Photovoltaik denkt, muss längst nicht mehr an die großen Platten auf Dächern denken, denn Photovoltaik gibt es in ganz unterschiedlichen Formen:

• Balkonkraftwerke: Bei Balkonkraftwerken (auch Mini-Solaranlagen oder Balkon-PV genannt) handelt es sich um Solarpanele, die überall am Haus angebracht werden können, zum Beispiel auch an einem Balkon. Von da aus fließt der Solarstrom direkt in die Steckdose. Sie bieten sich dadurch auch für kleine Flächen an, es dauert aber in der Regel 5 bis 8 Jahre, bis sich die Kosten amortisiert haben.

• Mikro-Photovoltaik-Anlagen: Diese sind gerade bei Lampen, Rasenleuchten oder Verkehrswarnleuchten dienlich, es handelt sich also auch um recht kleine PV-Anlagen.

• Solar Home Systems: SHS steht für kleine Inselsysteme aus Photovoltaik-Modulen, Ladereglern und einer Batterie. Damit können pro Tag wenige Kilowattstunden abgedeckt werden, was sich beispielsweise in einer kleineren Hütte mit Strom zum Handy laden, Radio hören, etc. lohnt.

• Floating PV: Eine ganz andere Herangehensweise findet sich bei Floating PV - hierbei handelt es sich um Solarzellen, die auf dem Wasser schwimmen. Das ist durch die Kühlung nicht nur effizient, sondern verringert auch die Gefahr, dass das Wasser umkippt.

• Virtu Tubes: Bei den Virtu Tubes handelt es sich um Hybrid Solarmodule, die Energie und Wärme gleichermaßen gewinnen. Ein Arbeitsvorgang, zwei Vorteile.

Die Forschung rund um Solarenergie und Photovoltaik steht natürlich noch nicht am Ende. Deswegen lohnt sich abschließend ein Ausblick in die Zukunft des Feldes. Wo stehen wir momentan und was ist zukünftig möglich?

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3. Stand und Zukunft der Solarenergie

Zunächst ein Blick auf die aktuellen Zahlen des Statistischen Bundesamts: Der Anteil der installierten Photovoltaik Leistung an der Bruttostromerzeugung in Deutschland liegt 2022 bei 10,9 %. Das ist bereits ein relativ hoher Anteil im Vergleich zu anderen Erneuerbaren Energien.

Dabei ist der Anteil seit den letzten Jahren deutlich gestiegen - kein Wunder, denn in den letzten 5 Jahren wurden rund 70 % aller heutzutage vorhandenen PV Anlagen installiert.

Der gesamte Anteil der Erneuerbaren Energien an der Bruttostromerzeugung liegt 2022 bei 44,6 % - Tendenz steigend.

Auch finanziell wird die Installation und Forschung von Photovoltaik gefördert: 

2021 wurden rund 84 Millionen Euro in 481 Forschungs- und Entwicklungsprojekte zum Thema Photovoltaik investiert.

Dabei erstrecken sich die Forschungen nicht nur auf diverse Gebäude, sondern auch auf die Landwirtschaft (Agri-PV), Fahrzeuge (fahrzeugintegrierte PV) und weitere spannende Projekte.

Gut zu wissen: Auch für Privatleute lohnt es sich mehr denn je. Zum einen sinken die Kosten stetig, zum anderen fallen ab diesem Jahr (2023) für kleinere Photovoltaikanlagen keine Umsatzsteuer und Einkommenssteuer mehr an.

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4. Prognose für die Zukunft

Photovoltaik gilt als eine der wichtigsten Säulen für die Energiewende, dafür wird allerdings die 6- bis 8-fache Leistung benötigt. Es muss also zukünftig ein massiver Ausbau stattfinden, um die Klimaneutralität bis 2045 zu erreichen, wie das Fraunhofer ISE schreibt. Am besten eignet sich die Kombination mit anderen Varianten der Erneuerbaren Energien.

Bis 2050 könnten nach Hochrechnungen zwischen 41 und 96 Billionen Kilowattstunden Strom durch Solarzellen bereitgestellt werden (das wäre ein Anteil von 30 bis 50 Prozent an der weltweiten Stromerzeugung). 

Ein Markt mit Zukunft - lohnend für alle Teile der Gesellschaft und vor allem auch für Sie als Wohnungseigentümer.

Falls Sie mehr über die Voraussetzungen, Kosten und Vorteile einer Photovoltaik-Anlage erfahren möchten, beantwortet Ihnen der Artikel Photovoltaik alle wichtigen Fragen.