Solartechnik

Was ist Solartechnik?

Solartechnik bezieht sich auf die Nutzung von Sonnenenergie zur Erzeugung von Wärme und elektrischer Energie. Diese Technologie nutzt die Kraft der Sonne, um saubere und erneuerbare Energie zu erzeugen. Die Solartechnik umfasst verschiedene Arten von Solaranlagen, darunter Photovoltaiksysteme und solarthermische Anlagen.

Photovoltaiksysteme wandeln Sonnenlicht direkt in elektrische Energie um, während solarthermische Anlagen Sonnenwärme nutzen, um Wasser zu erhitzen oder Raumheizungen zu betreiben. Beide Technologien sind umweltfreundlich und tragen zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen bei.

Die Solartechnik bietet viele Vorteile, wie zum Beispiel eine nachhaltige Energiequelle, niedrigere Energiekosten, unabhängige Stromversorgung und eine geringere Umweltbelastung. Durch die Installation von Solaranlagen können Haushalte und Unternehmen ihre eigene Energie erzeugen und gleichzeitig ihren ökologischen Fußabdruck verringern.

Der Einsatz von Solartechnik nimmt weltweit zu, da immer mehr Menschen nach sauberen und erneuerbaren Energiequellen suchen. Regierungen und Organisationen unterstützen den Ausbau der Solartechnik durch Förderprogramme und finanzielle Anreize.

Die Solartechnik ist eine zukunftsfähige Lösung für die Energieversorgung. Mit einer stetig wachsenden Nachfrage nach nachhaltigen Energiesystemen wird die Solartechnik weiterhin eine wichtige Rolle bei der Bekämpfung des Klimawandels spielen und einen Beitrag zur Schaffung einer sauberen und lebenswerten Umwelt leisten.

Was ist die neue Solartechnik?

Photovoltaikanlagen werden von Generation zu Generation kontinuierlich leistungsfähiger. Die Technologie wird ständig weiterentwickelt. Besonders effizient sind bifaziale Solarmodule. Sie nutzen das einfallende Sonnenlicht von beiden Seiten und erzeugen mehr Energie als herkömmliche Anlagen. Aber diese Module bieten noch weitere Vorteile: Sie tragen zur Stabilisierung des Stromnetzes bei. Das macht sie zu einer entscheidenden Komponente für den Erfolg der Energiewende.

In Deutschland erlebt die Solarenergie derzeit einen regelrechten Aufschwung. Immer mehr Unternehmen und private Haushalte setzen auf Photovoltaik. Laut Angaben des Statistischen Bundesamtes waren im März 2022 in Deutschland etwa 2,2 Millionen Solarenergieanlagen installiert, mit einer Gesamtnennleistung von 58.400 Megawatt – das entspricht einer Steigerung um rund 38 Prozent innerhalb von fünf Jahren. Allerdings birgt die Technologie eine Herausforderung: Die Produktion von Solarstrom unterliegt erheblichen Schwankungen. An sonnigen Tagen erzeugen herkömmliche, nach Süden ausgerichtete Anlagen mittags oft mehr Strom, als zu diesem Zeitpunkt benötigt wird. Dies kann zu lokalen Überlastungen im Stromnetz führen, während morgens und abends ein Mangel an Solarstrom herrscht.

Die Solartechnologie der Zukunft

Die Sonnenstrahlen liefern unserer Erde in nur einer Stunde mehr Energie, als wir insgesamt in einem ganzen Jahr verbrauchen. Schon im Jahr 1839 fand der französische Physiker Edmond Becquerel heraus, wie man diese Strahlen in einen elektrischen Strom umwandeln kann. Dann, in den 1950er Jahren, wurden solarbetriebene Zellen auf Siliziumbasis erfunden, die die meisten modernen Solarmodule antreiben. Heute ist die Solarenergie der drittgrößte Produzent erneuerbarer Energien weltweit und gewinnt weiterhin an Popularität und Nachfrage. Dennoch gibt es noch viel Raum für Innovation. Glücklicherweise arbeiten viele Unternehmen daran. Hier sind 8 Innovationen in der Solarenergie und wie sie unsere Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen verringern, Kosten senken und eine grünere Zukunft für unseren Planeten schaffen könnten.

1 | Solare Fenster

Solare Fenster sind eine sich entwickelnde Technologie, die es bald ermöglichen könnte, das Sonnenlicht, das durch Ihre Fenster fällt, in Elektrizität umzuwandeln, um Ihr Zuhause mit Strom zu versorgen. Diese Technologie verwendet eine photovoltaische Glasur, die in der Lage ist, Sonnenenergie zu erfassen, während Ihre Fenster transparent bleiben. Die Beschichtung enthält die kleinsten Solarzellen der Welt – weniger als ¼ der Größe eines Reiskorns. Es ist nicht notwendig, neue Fenster zu installieren, alles, was Sie tun müssen, ist, sie auf die Glasoberfläche aufzutragen.

Solare Fenster haben unbegrenztes Potenzial. “Allein in den USA gibt es schätzungsweise zwischen fünf und sieben Milliarden Quadratmetern Glasoberfläche.” Stellen Sie sich die Menge an erneuerbarer Energie vor, die wir erzeugen könnten, wenn nur ein Bruchteil dieser Flächen solare Glasur nutzen würde! Da immer mehr Städte auf das Ziel der CO2-Neutralität hinarbeiten, könnten solare Fenster eine Revolution auslösen. Obwohl diese Technologie noch in den Kinderschuhen steckt, hoffen viele Unternehmen wie Solar Window Technologies und Ubiquitous Energy, ihre Produkte in naher Zukunft auf den Markt zu bringen.

2 | Solarkugeln

Selbst an den sonnigsten Orten der Erde können Wolken immer noch vorbeiziehen und die Produktion von Solarenergie unterbrechen. Wissenschaftler entwickeln Ballons, die buchstäblich Solarmodule über den Wolken tragen. Forscher an der Universität von Tokio arbeiten an der Entwicklung von Hochleistungsballons, die große Solarmodule tragen können. Diese Ballons sollen in einer Höhe von etwa 20 Kilometern über dem Boden schweben – über den meisten Wolkenformationen.

Obwohl die Technologie für diese Ballons nicht zu weit von der kommerziellen Produktion entfernt ist, gibt es immer noch einige Hürden zu überwinden. Das Hauptproblem ist, dass diese Ballons wahrscheinlich teuer sein werden, aber es gibt auch Sicherheitsbedenken. Solarkugeln würden in Höhen fliegen, in denen sie ein Risiko für den Luftverkehr darstellen könnten. Darüber hinaus könnten sie bei Fehlfunktionen und Abstürzen Menschen am Boden gefährden. Dennoch könnten diese Ballons, wenn sie richtig eingesetzt werden, ein Game Changer für die solar erzeugte Energie an Orten sein, die oft von Wolken bedeckt sind.

3 | Haarige Solarmodule

Nein, diese Solarmodule werden Ihre Dusche nicht verstopfen. Die Technologie der haarigen Solarmodule verwendet Nanotechnologie: winzige lichtabsorbierende Nanodrähte auf einem Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Gewebe. Diese Nanodrähte, obwohl viel kleiner als die Breite eines menschlichen Haares, können mehr Energie absorbieren als Siliziumzellen (die in herkömmlichen Solarmodulen verwendet werden). Tatsächlich können haarige Solarmodule bis zu 96% des auf sie fallenden Sonnenlichts absorbieren. Diese hoch effiziente Technologie bietet auch mehr strukturelle Flexibilität als herkömmliche Solarmodule, was ihre Platzierung in verschiedenen Situationen einfacher und kostengünstiger macht.

Haarige Solarmodule sind noch nicht auf dem Markt, aber wenn sie es sind, bieten sich viele Möglichkeiten. Zum Beispiel könnten haarige Solarmodule Elektrofahrzeuge in die Lage versetzen, Solarenergie zu nutzen und weniger effiziente Solarmodule auf Dächern zu ersetzen. Aufgrund ihrer Flexibilität könnten sie sogar an großen Gebäuden und Denkmälern angebracht werden. Die größte Einschränkung für diese sich entwickelnde Technologie ist die Haltbarkeit. Haarige Solarmodule sind nicht so stark und langlebig wie normale Solarmodule.

4 | Dünnschicht-Solarmodule

Diese kostengünstigen Solarmodule sind nicht nur praktisch dünn und flexibel, sondern auch die einfachsten und schnellsten herzustellen. Dünnschicht-Solarmodule bestehen aus vielen extrem dünnen (weniger als die Breite eines menschlichen Haares!) elektrizitätserzeugenden Schichten. Da sie so flexibel sind, können sie in Rollen hergestellt und bequem verschickt werden, was ihre Bewegung und Verteilung erleichtert.

Obwohl sie etwas weniger effizient sind als herkömmliche Solarmodule, gleichen dünnschichtige Solarmodule dies durch ihre einfache Herstellung, Flexibilität und Erschwinglichkeit aus. Dünnschicht-Solarmodule könnten die Solarenergie für viele weitere Menschen zugänglich machen und somit unseren kollektiven CO2-Fußabdruck reduzieren.

5 | Schwimmende Solarkraftwerke

Formell als schwimmende photovoltaische Systeme bekannt, sind schwimmende Solarkraftwerke im Wesentlichen Gruppen von Solarmodulen, die auf der Oberfläche eines Gewässers installiert sind. Schwimmende Solarkraftwerke können auf Seen, Stauseen, Teichen und sogar im Meer installiert werden. Der Hauptvorteil von schwimmenden Solarkraftwerken besteht darin, dass sie Platz auf dem Land sparen. Dies ist besonders wichtig in landwirtschaftlichen Gebieten und Städten, wo Land knapp und wertvoll ist.

Solarmodulkraftwerke sparen jedoch nicht nur Platz, sie können auch äußerst vorteilhaft für die Umwelt sein. Laut einer Studie in Nature.com könnten schwimmende Solarmodule, wenn 10% der weltweiten Wasserkraftreservoirs solche Module hätten, so viel Elektrizität produzieren wie alle fossilen Kraftwerke der Welt. Bereits heute entstehen weltweit viele schwimmende Solarmodulkraftwerke, angefangen beim Heroldsberg Solar Farm in Kalifornien bis hin zur Dezhou Dingzhuang Floating Solar Farm in der Provinz Shandong in China.

6 | Solartechnik als Farbe

Können Sie sich vorstellen, Ihr Haus mit einer Schicht Farbe mit Strom zu versorgen? Wissenschaftler entwickeln drei verschiedene Arten von Farbe, die eines Tages Energie aus der Sonne erzeugen könnten:

• Solartechnik als Wasserstoff erzeugende Farbe: Diese Art von Farbe absorbiert Feuchtigkeit aus der Luft und verwendet Solarenergie, um Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufzuspalten. Nun, da Wasserstoff getrennt ist, kann es zur Erzeugung von sauberer Energie verwendet werden. Ziemlich erstaunlich!
• Photovoltaikfarbe: Photovoltaikfarbe verwendet “Quantenpunkte”, die im Wesentlichen winzige Halbleiter sind, um Licht einzufangen und in Energie umzuwandeln. In der Theorie könnten wir Quantenpunkte in Farbe für Wände, Dächer und andere Oberflächen integrieren.
• Perowskitfarbe: Auch als Spray-Solarmodule bekannt, handelt es sich um ein sich entwickelndes Material für Solarenergie, das als Perowskit bezeichnet wird. Perowskit, ein Material, das aus Titandioxidmineralien gewonnen wird, kann Solarzellen in flüssiger Form herstellen. Obwohl es sich noch in einem sehr frühen Entwicklungsstadium befindet, konnten Wissenschaftler diese Solarzellen auf eine Oberfläche auftragen, indem sie sie mit einem Flüssigkeitsspray versprühten. In Zukunft könnten diese Zellen dazu beitragen, Solartechnik als Farbe nutzbar zu machen.

Obwohl es sich um eine der weniger entwickelten Technologien auf dieser Liste handelt, ist allein die Vorstellung von Solartechnik als Farbe aufregend. Wenn sie zu einem zuverlässigen Solarmaterial wird, könnten wir Gebäude, Fahrzeuge und sogar Straßen mit Solarfarbe sehen.

7 | Solarmodule für nicht sichtbares Licht

Solarmodule für nicht sichtbares Licht oder Infrarotspektrum-Solarmodule sind Solarmodule, die in der Lage sind, nicht sichtbares Licht zu absorbieren. Das Sonnenlicht besteht tatsächlich “aus vielen verschiedenen Wellenlängen im elektromagnetischen Spektrum”. Allerdings ist nur etwa 40% dieses Lichts für das menschliche Auge sichtbar, und die meisten Solarmodule nutzen nur dieses sichtbare Licht. Dies lässt einen Großteil des Lichts aus dem restlichen Spektrum ungenutzt. Es gibt Forschungen zu einigen verschiedenen Arten von Solarmodulen, die einen Teil des übrigen Lichtspektrums nutzen könnten:

• Ultraviolettes Licht: Etwa 4% des auf die Erde treffenden Lichts ist ultraviolett. Da dies im Vergleich zum sichtbaren Licht eine geringe Menge ist, ist es nicht gerade praktikabel, ein Solarmodul nur für UV-Licht zu entwickeln – zumindest nicht auf der Erde. In Japan wurden jedoch bereits Solarmodule ausschließlich für UV-Licht entwickelt und könnten auf dem Mond, wo ultraviolettes Licht reichlich vorhanden ist, tatsächlich verwendet werden.
• Infrarotlicht: Obwohl etwa 50% des auf die Erde treffenden Lichts Infrarotlicht ist, enthält es pro Einheit weniger Energie als sichtbares Licht. Dennoch “entweicht jede Nacht Wärme in Form von Infrarotstrahlung von der Erde, um den Planeten auf einer konstanten Temperatur zu halten.” Wissenschaftler entwickeln derzeit eine Art Solarmodul – in Form einer Antenne -, das Infrarotlicht einfangen kann. Dies würde bedeuten, dass wir Solarenergie sogar in der Dunkelheit der Nacht in Elektrizität umwandeln könnten!

8 | Weltraumgestützte Solarmodule

Die revolutionärste Innovation in der Solartechnik könnte schneller kommen, als Sie denken. Wissenschaftler entwickeln weltraumgestützte Solarmodule, die einige unserer Klimaprobleme lösen könnten. Bald könnten Satelliten mit Solarmodulen ins All geschossen werden, um massive Mengen an Sonnenstrahlung zu sammeln und sie buchstäblich durch Mikrowellenstrahlen oder Laserstrahlen zurück zur Erde zu senden.

Laut energy.gov ist der Weltraum ideal für die Sammlung von Solarenergie, da Wolken, Atmosphäre und Nachtzeit nicht existieren. Dies gibt den Solarmodulen im Weltraum vollen, ungehinderten Zugang zu den Sonnenstrahlen. Wenn wir diese Satelliten-Solarmodule nutzen könnten, könnten wir so viel Solarenergie erzeugen wie Kernkraftwerke (Gigawatt anstatt Megawatt). Dies könnte ausreichen, um ganze Städte mit Strom zu versorgen! Es gibt jedoch Bedenken hinsichtlich der Technologie, wie der Sicherheit bei der Übertragung der Energie zur Erde und den Startkosten. Aber anders als viele andere Solartechnologien ist die Technologie der Solarsatelliten bereits seit den 1970er Jahren in irgendeiner Form vorhanden. Mit etwas mehr Anstrengung könnten diese Satelliten bald Ihr Zuhause mit Strom versorgen.

Mit dem wachsenden Bedarf an erneuerbarer Energie und der Abschaffung fossiler Brennstoffe könnten neue Solartechnologien der Schlüssel sein. Hoffentlich werden einige dieser Technologien in naher Zukunft verfügbar sein, um unsere Häuser und Städte mit Strom zu versorgen.