Integrierte Photovoltaik: »Wir werden überall Solarzellen sehen«

Integrierte Photovoltaik (IPV) könnte ein wichtiger Baustein für eine klimaneutrale Energieversorgung werden, die zudem unabhängig von fossilen Rohstoffen ist. Speziell in eng besiedelten Ländern wie Deutschland. Die Anwendungen reichen von schwimmenden Solarkraftwerken auf Seen über aufgestelzte Module über Ackerflächen bis zu Solarzellen in Fassaden, Dachziegeln und Fahrzeug-Karosserien.

 

Abb.: Gebäude-integrierte Photovoltaik-Zellen am Forschungszentrum Jülich (Copyright: Forschungszentrum Jülich / Ralf-Uwe Limbach)

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Dr. Kaining Ding vom Forschungszentrum Jülich (IEK-5) spricht im Interview über den aktuellen Stand und das Potenzial, das in dieser Technik steckt.

 

Dr. Ding, was versteht man unter Integrierter Photovoltaik?

Bisher finden wir Solarzellen meist auf Fabrikhallen und Hausdächern oder in Solarparks, die sich über große Flächen erstrecken. Die Integrierte Photovoltaik (IPV) wird dagegen in eine Umgebung eingebettet, die bereits einen anderen Zweck erfüllt. IPV liefert also zusätzlich zur eigentlichen Nutzung Solarstrom. So können Solarmodule auf Wasserflächen schwimmen (Floating-PV) oder auf hohen Gerüsten über die Nutzpflanzen von Weinbergen, Weizenfeldern oder Obstplantagen installiert werden (Agri-/Horti-PV).

In zwei Bereichen wird die Doppelnutzung besonders deutlich, da die Solarzellen direkt in Bauteile integriert werden können: Bei der Gebäude-integrierten PV (BIPV – Building integrated PV) wandeln sich beispielsweise Fassaden in Solarkraftwerke. Und bei der Fahrzeug-integrierten PV (VIPV – Vehicle integrated PV) erzeugen Dächer und Türen von Autos oder Lastwagen Solarstrom.

 

Welche Vorteile bietet Integrierte Photovoltaik?

Integrierte Photovoltaik hat das Potenzial, einen großen Anteil zur klimaneutralen Stromversorgung eines Landes beizutragen. Gerade für die Energiesicherheit Deutschlands ist das interessant. Je mehr Energie wir selbst produzieren, desto eher sinkt die Abhängigkeit vom Ausland. Deutschland hat verglichen mit anderen Ländern vergleichsweise wenig frei nutzbare Flächen. Seen und Ackerland wollen und sollten wir nicht reduzieren. Dagegen gibt es viele Gebäude und Fahrzeuge auf unseren Straßen. So könnten von der Landwirtschaft über die Baubranche bis zur Automobilindustrie viele Wirtschaftszweige von der Integrierten Photovoltaik profitieren.

 

Aber liefern die Solarmodule in diesen Anwendungen wegen einer schlechteren Ausrichtung zur Sonne nicht viel zu wenig Sonnenstrom?

Tatsächlich sind die Module nie so perfekt ausgerichtet wie in einem Solarpark. Nur bei Agri-/Horti-PV und floating PV klappt das. In Hausfassaden, Carport-Dächern oder Autos muss man anders kalkulieren. Aber schon bald wird der Preisunterschied zwischen Bauteilen mit und ohne integrierte Solarzellen klein sein. Und dann bietet die Erzeugung von Solarstrom – auch wenn nicht die optimale Stromausbeute erreicht wird – einen echten Zusatznutzen. Ein Haus wird damit eher energieautark und ein Fahrer eines Elektroautos muss seltener zum Aufladen an die Ladesäule.

 

Wie weit ist die Entwicklung von Integrierter Photovoltaik heute?

Strom aus großen Solarparks ist heute schon billiger als Kohlestrom und damit der günstigste Strom überhaupt. Das gilt zunehmend auch für Solarstrom von Hallen- oder Supermarktdächern. Auch für kleinere Solaranlagen fallen diese Erzeugungskosten stetig. Das gleiche wird in den kommenden Jahren wahrscheinlich für die Integrierte Photovoltaik passieren. Denn je mehr von solchen speziellen Modulen produziert wird, desto günstiger werden sie. Diese Lernkurve setzt sich – gerade mit neuen Tandem-Solarzelltypen mit einem Wirkungsgradpotenzial von über 30 Prozent – fort. Es ist heute vorhersehbar, dass das bis 2030 passieren wird. Und dann werden wir Solarzellen überall sehen. Es ist nur eine Frage von einigen Jahren.

 

Und wo steht Deutschland im globalen Wettlauf der Integrierten Photovoltaik?

Bei schwimmenden Solarkraftwerken – Floating PV – ist China schon sehr weit vorangeschritten. Da entstehen derzeit große Projekte mit bis zu 100 Megawatt Leistung. Bei Agri-/Horti-PV dagegen stehen deutsche Entwickler – beispielsweise in Freiburg (Fraunhofer ISE) und am Forschungszentrum Jülich – mit an der Spitze.

An Solarzellen für die Integration in Gebäude – vom Solarziegel über Fassadenelemente bis zum Carport-Solardach – wird in aller Welt gearbeitet. Da gilt es, Produktstandards und angepasste Bauvorschriften zu entwickeln. PV in Fahrzeugen ist auch klar ein Trendthema, doch verglichen mit Gebäude-integrierter PV noch in den Anfängen. Als erste werden wohl Lastkraftwerke und Nutzfahrzeuge diese zusätzlichen Stromquellen nutzen. Die Anwendung in Personenfahrzeugen gilt noch als »Heiliger Gral«, doch viele Start-ups, besonders in Europa und den USA, gehen dieses Thema engagiert an.

 

Demonstrationsanlage zur Nutzung von Photovoltaik über landwirschaftlichen Flächen (Agri-PV) im Rahmen der Strukturwandelinitiative BioökonomieREVIER des Forschungszentrums Jülich

Copyright: Forschungszentrum Jülich / Ralf-Uwe Limbach

 

An diesem Donnerstag beginnt der weltweit erste internationale IPV-Workshop.

Solarfachleute aus Europa, Asien und den USA tauschen sich auf dem zweitägigen Online-Treffen über die jüngsten Fortschritte auf diesem sehr dynamischen Entwicklungsfeld aus. Die Anwendungen reichen von schwimmenden Solarkraftwerken auf Seen über aufgestelzte Module über Ackerflächen bis zu Solarzellen in Fassaden, Dachziegeln und Fahrzeug-Karosserien. Organisiert wurde der Workshop vom Forschungszentrum Jülich. Die Teilnahme steht für jeden offen und ist kostenlos. (Anmeldung unter https://go.fzj.de/ipv_workshop2022 )