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       # taz.de -- Grüne Energie: Volle Solarkraft voraus
       
       > Bei Photovoltaik denken wir an blauschimmernde Solarpanele auf Dächern,
       > dabei geht auf dem Solarmarkt mehr. Vier revolutionäre Technologien.
       
   IMG Bild: Solarfolie: superdünn, ultraleicht und biegsam
       
       In den 2000er Jahren war jedes vierte Solarmodul weltweit „made in
       Germany“. Dann wurden unter Angela Merkel die Förderungen massiv gekürzt
       und der deutsche Anteil fiel unter die Einprozentmarke. Jetzt gibt es
       wieder Hoffnung, denn neue Technologien könnten den Solarmarkt
       revolutionieren. 
       
       ## Die Solarfolie
       
       Die Zukunft wird in einem grauen Produktionsgebäude gemacht. In
       Dresden-Mickten fertigt die Firma Heliatek organische Solarzellen. Es gibt
       auf der Welt zu wenig Metalle wie Aluminium, um das solare Zeitalter
       durchzusetzen, deshalb müssen andere Materialien her, die Sonnenenergie in
       Strom umwandeln. „Wir nutzen spezielle Kohlenstoffverbindungen, die wir auf
       Folien aufdampfen“, erklärt Stephan Kube, Marketingchef des Unternehmens.
       „Organisch“ werden die Zellen genannt, weil sie auf Prinzipien der
       organischen Chemie beruhen. Streng genommen produziert Heliatek auch gar
       keine Solarzellen sondern Solarfolien: superdünn, biegsam und ultraleicht.
       
       Für die Solarbranche sind diese neuen Eigenschaften nicht nur spektakulär,
       sondern auch materialsparend: „Im Vergleich zu den herkömmlichen
       Solarzellen sind die organischen tausendmal dünner“, sagt Birger Zimmermann
       vom Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg. Die
       klassischen blauen Zellen, aus denen die rund 2,7 Millionen
       [1][Photovoltaikanlagen in Deutschland] bestehen, sind in der Regel aus
       Silizium. Und sie kommen heute aus China, eine Abhängigkeit, die niemand
       mehr so recht haben möchte. Die neuen Solarfolien kommen ohne Silizium,
       Aluminium, Blei und andere Schwermetalle aus, Rohstoffe, die irgendwo auf
       der Welt abgebaut werden müssen, oft unter fragwürdigen Bedingungen. „Die
       Farbe variiert je nach den eingesetzten Kohlenstoffverbindungen“, sagt
       Stephan Kube. Aktuell schimmern die Folien aus Dresden violett.
       
       Zwölf Jahre lang hat das sächsische Unternehmen an der neuen Technologie
       geforscht – jetzt steht eine Produktionsstrecke in dem Micktener Gebäude,
       die zwei Millionen Quadratmeter im Jahr herstellen kann – eine Fläche, mit
       der 280 Fußballfelder bedeckt werden könnten. „Noch aber geht es bei uns
       nicht um Masse, sondern um die Produktoptimierung“, sagt Kube. Mit 60 bis
       65 Watt pro Quadratmeter ist die Stromausbeute derzeit noch wesentlich
       geringer als bei den Siliziumzellen, „das entspricht einem Wirkungsgrad von
       um die neun Prozent“. Moderne Siliziumzellen bringen es derzeit noch auf
       mehr als doppelt so viel.
       
       Ein großer Vorteil der Folie: Während normale Solarmodule als feste
       Glasplatten auf Häuser- und Firmendächern angebracht werden müssen, lässt
       sich die Solarfolie einfach ankleben, auf ihrer Rückseite ist ein Klebstoff
       angebracht. Das macht sie sehr vielseitig einsetzbar. [2][In Spanien] hat
       Heliatek den Turm eines Windrades beklebt, in Frankreich das Leichtbaudach
       einer Mittelschule, in Donauwörth die Fassade eines Getreidesilos, in
       Berlin die Waben einer Traglufthalle. Das Standardformat der organischen
       Zelle liegt bei zwei Metern Länge und 43 Zentimetern Breite und das
       Ankleben sei so leicht, dass es jeder könne, behauptet Stephan Kube.
       
       Am Anfang der Produktionsstrecke steht eine Lasermaschine, groß wie ein
       Schiffscontainer, in die zwei Kilometer lange Kunststofffolien eingespannt
       werden. „Wir lasern damit die Zellstruktur auf – drei Nanometer dünn“,
       erklärt der Marketingchef. Danach geht die Folie in eine
       Verdampfungsmaschine, die so groß wie ein Mehrfamilienhaus ist. Hier werden
       drei verschiedene Absorberschichten aufgetragen, um unterschiedliche
       Wellenlängen des Sonnenlichts in Strom umzuwandeln – das Herzstück der
       Produktion. Der nächste Schritt ist die „Verkapselung“: Eine Maschine
       verschließt die bedampften Zellen luftdicht, damit die Solarfolie Wind und
       Regen trotzen kann. Heliatek strebt 20 Jahre Garantie an, so wie es auch
       bei den Siliziumzellen üblich ist. Dann werden die verkapselten langen
       Solarfolien auf zwei Meter zugeschnitten und der Rückseitenkleber und die
       Anschlussdose angebracht.
       
       Maschinen, mit denen sich solche hochspezialisierten Prozesse ausführen
       lassen, gibt es nicht von der Stange zu kaufen. Jeder einzelne Abschnitt
       sei speziell für die Dresdner Produktion entwickelt und gebaut worden,
       erklärt Kube. An diesem Tag ist die Verdampfungsmaschine außer Betrieb, ein
       Team von Wissenschaftlern und Konstrukteuren tüftelt daran, wie ein
       spezielles Bauteil verbessert werden kann. „Der Fortschritt ist nicht
       planbar, wir müssen vieles ausprobieren und oft auch wieder verwerfen“.
       Aber er ist in vollem Gange, mittlerweile arbeiten 270 Leute bei Heliatek,
       „und [3][wir suchen weiter Fachkräfte], die uns helfen“, so Kube.
       
       Die neuen Solarzellen im Folienformat sind nicht nur sparsam, sie sind
       auch extrem vielseitig in der Anwendung. Die Materialkonstruktion der neuen
       Zellen ermöglicht es zum Beispiel, Bandbreiten des Lichts in Strom
       umzuwandeln, die für das menschliche Auge unsichtbar sind. „Man kann so
       Fensterscheiben zu Sonnenkraftwerken umfunktionieren“, sagt ISE-Forscher
       Zimmermann, etwa in Gewächshäusern.
       
       Offensichtlich versprechen sich die Geldgeber, darunter die Energiekonzerne
       Eon und Enel, viel von der Dresdner Technologie. „Unser Vertrieb hat
       jedenfalls ein Luxusproblem“, sagt Stephan Kube: „Wir produzieren noch
       nicht so viel, wie nachgefragt wird.“ Heliatek sucht fortlaufend nach
       weiteren Innovationen. Zwölf Wissenschaftler:innen beschäftigen sich
       ausschließlich mit der Suche nach neuen Materialkombinationen, die
       beispielsweise Strom effektiver umwandeln. „Solche Stoffe müssen dann aber
       auch lange haltbar sein“, sagt Kube. Also suchen die Wissenschaftler nach
       der Nadel im Heuhaufen. Aber wenn sie sie finden, ist die Nadel aus Gold.
       
       Marktreife: Sehr hoch. Es gibt Konkurrenten in Frankreich und Dänemark.
       
       Innovationsgrad: Sehr, sehr hoch. Es sind Tausende verschiedene Grundstoffe
       denkbar.
       
       Weltrettungsfaktor: Enorm. Ohne diese Zellen kann die solare Revolution
       nicht gelingen, weil es zu wenig Aluminium und Blei für die herkömmlichen
       Siliziumzellen gibt.
       
       Umsetzungsproblem: Der Wirkungsgrad ist noch zu gering.
       
       ## 
       
       ## Die Wärmelieferantin
       
       Das Spannende an unserem Modul ist die Rückseite“, sagt Barbara Schilling,
       die bei der Firma Consolar im Marketing arbeitet. Tatsächlich sieht die
       Solarzelle auf der Vorderseite aus wie eine ganz normale Solarzelle. „Auf
       der Rückseite aber erkennt man die gerippte Struktur eines Wärmetauschers:
       Wir produzieren Strom und Wärme gleichzeitig.“
       
       Wobei die Wärmeerzeugung im Vordergrund der neuen Technologie steht: „Es
       geht nicht darum, viel Sonnenstrom ins Netz einzuspeisen, sondern darum,
       eine Wärmepumpe zu versorgen“, so Schilling – und das mit dem
       emissionsfreien Strom des Moduls. „Dadurch können wir mehr als die
       dreifache Energie vom Dach ernten, als wenn dort ‚normale‘ Solarzellen
       installiert worden wären.“
       
       Die Idee ist naheliegend: Werden Solarzellen zu heiß, sinkt ihr
       Wirkungsgrad und damit der Ertrag. Kühlt man sie aber, wird der Ertrag
       gesteigert. Also musste eine Verwendung für jene Energie gefunden werden,
       die beim Kühlen anfällt – ideal für eine Wärmepumpe. Und ein solarer
       [4][Technologiesprung]: Normalerweise brauchen Wärmepumpen Erdsonden oder
       Ventilatoren, die laut sind und die Umgebungsluft aufsaugen. Werden diese
       über das Stromnetz versorgt, laufen sie aktuell mit 50 Prozent fossilem
       Strom. Die solare Wärmepumpe dagegen läuft völlig emissionsfrei.
       
       Consolar meldete das Patent für das Kombi-Modul, das Sonnenstrom und
       Sonnenwärme gleichzeitig produziert, im Jahr 2017 an. 2018 startete die
       Produktion. Nach eigenen Angaben hat die Firma mit Sitz in Frankfurt am
       Main seitdem 20.000 Module in ganz Europa verkauft.
       
       „Durch die Kühlung erreichen unsere Zellen einen sechs bis zehn Prozent
       höheren Stromertrag“, sagt Barbara Schilling. Das ist viel, wenn man
       bedenkt, dass moderne Silizium-Solarzellen ohnehin nur bis zu 25 Prozent
       des Sonnenlichts in Strom umwandeln können. „Und dann nutzen wir ja auch
       noch jenen Teil der Sonnenenergie, die als Wärmestrahlung auf die Erde
       fällt“, freut sich Marketing-Frau Schilling: Das sei „das richtige Modul
       zur richtigen Zeit“! Schließlich führt der [5][Wärmepumpenboom] nur dann zu
       mehr Klimaschutz, wenn der Strom aus erneuerbaren Quellen stammt.
       
       Marktreife: Sehr hoch.
       
       Innovationsgrad: Mittel. Die Idee dieser Technologie lag nahe.
       
       Weltrettungsfaktor: Hoch. Im Heizungssektor sind klimafreundliche
       Innovationen bislang Mangelware.
       
       Umsetzungsproblem: Das System ist noch vergleichsweise teuer.
       
       ## 
       
       ## Die Ackerbeschatterin
       
       Landwirte sind selten Leugner des menschgemachten Klimawandels, sie spüren
       auf dem Feld, wie sich die [6][Anbaubedingungen verändert] haben. Im März
       2022 gab es zum Beispiel einen neuen Sonnenscheinrekord: Die Sonne schien
       länger als sonst in einem durchschnittlichen Juli – und das, obwohl die
       Tage im März kürzer sind als im Sommer. Mehr Sonnenschein bedeutet mehr
       Verdunstung bei [7][weniger Regen]. Auch den Weinbauern bereitet das
       Probleme. Weil die Sonne länger und intensiver scheint, bekommen in
       Deutschland bereits jetzt viele Trauben regelrechten Sonnenbrand.
       
       Helfen könnten den Bauern Solarzellen. Die Anlagen sind auf Ständern drei
       Meter über dem Boden montiert und bieten so Schatten und Schutz vor Hagel
       oder Starkregen, und genügend Platz, um mit dem Traktor darunter zu
       arbeiten. Eine Reihe Module, eine Reihe frei – die Pflanzen darunter
       erhalten zwar bis zu 30 Prozent weniger Licht, Kartoffeln, Weizen und
       Gemüse reicht das aber für ihr Wachstum. Denn die Photosynthese ist ab
       einer bestimmten Lichteinstrahlung gesättigt, ihre Leistung nimmt dann
       nicht weiter zu.
       
       Nahezu logisch ist der Einsatz solcher Systeme im [8][Obstanbau]. Früchte
       wie Kirschen, Wein, aber auch Äpfel werden heute häufig durch Folien und
       andere Schutzverbauungen vor [9][Starkregen], zu starker Sonne oder Hagel
       geschützt. Agri-Photovoltaik-Anlagen, wie die Solarpanele über den Feldern
       genannt werden, können das viel wirtschaftlicher, denn sie produzieren
       obendrein Strom. Auch als Solarzaun lässt sich die Photovoltaik
       mittlerweile nutzen. Übrigens auch für Eigenheimbewohner.
       
       Marktreife: Ausgereift.
       
       Innovationsgrad: Mittel. Vorhandene Technologie wurde zur neuen Nutzung
       adaptiert.
       
       Weltrettungsfaktor: Sehr hoch. Um 100 Prozent erneuerbare Energie zu
       gewinnen, ist deshalb viel Fläche notwendig.
       
       Umsetzungsproblem: Immer noch aufwendige und komplizierte
       Genehmigungsverfahren.
       
       ## 
       
       ## Die Solargardine
       
       Hitze ist eines der Hauptprobleme, die der Klimawandel nach Mitteleuropa
       bringen wird. [10][Spitzentemperaturen von 42 Grad] und mehr werden bereits
       Mitte des Jahrhunderts keine Seltenheit mehr sein. Städte heizen sich viel
       stärker auf als das Umland, in Köln wird ein Klima herrschen, wie heute in
       San Marino, Berlin wird klimatische Zustände wie heute im südfranzösischen
       Toulouse bekommen, Hamburg wie im spanischen Pamplona. Die Städte in
       Südeuropa sind mit Hitzeerfahrung gebaut: kleine Fenster, enge Gassen,
       viel Verschattung.
       
       Solche Erfahrungen fehlen deutschen Architekten. Sie bauen noch immer mit
       riesigen Glasfassaden. Die werden dafür sorgen, dass sich die Räume
       dahinter unerträglich aufheizen werden – zumindest, wenn nicht eine
       Erfindung des Schweizer Arno Schlüter zum Einsatz kommt: Der Professor für
       Architektur und Gebäudesysteme an der ETH Zürich hat mit seinem Team ein
       solares System entwickelt, das einer Gardine gleicht.
       
       Dafür montierten die ETH-Forschenden ein Geflecht aus quadratischen
       Solarpanelen vor einem Bürofenster. Jedes dieser Panele kann einzeln
       angesteuert und durch ein ausgeklügeltes Druckluftsystem bewegt werden.
       Etwa nach dem Stand der Sonne, wodurch der Sonnenstromertrag verglichen mit
       herkömmlichen statischen Solarfassaden höher ist. Gleichzeitig bleibt die
       Sonnenenergie, die das Büro aufheizen würde, draußen. Sollte es einmal zu
       kühl werden, lässt sich die Solargardine so aufdrehen, dass viel
       Sonnenenergie ins Innere dringt. Passenderweise heißt das System „Solskin“,
       Solarhaut, in diesem Jahr soll es auf den Markt kommen.
       
       Marktreife: Gering. Es gibt nur einige Prototypen.
       
       Innovationsgrad: Hoch. Der neue Regelungsmotor ist patentiert.
       
       Weltrettungsfaktor: Mittel. Immerhin der Büroflächenrettungsfaktor in
       Mitteleuropa ist hoch.
       
       Umsetzungsproblem: Träge Bauherren, die den Klimawandel in ihre Planung
       nicht einbeziehen.
       
       16 Apr 2023
       
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