Mehrfach nutzbare Solarzellen aus dem Drucker

Dass die derzeitige Erderwärmung einen Umstieg auf erneuerbare Energien nötig macht, ist längst bekannt. Es geht dabei vorwiegend um einen Ausstieg aus der Abhängigkeit von Importen von Öl und Gas, den wesentlichen fossi­len Brennstoffen. Eine besondere Rolle unter den erneuerbaren Energiequel­len wie Wind, Erdwärme und Sonne kommt letzterer zu: Da die Produktion von Solarenergie weniger Energie verbraucht, als mit ihr wiederum erzeugt wer­den kann, ist die Ökobilanz positiv, Energie aus Photovoltaik also im Vergleich zu anderen erneuerbaren Energiequellen sehr attraktiv.

Aus diesem Grund ist in Deutschland ein starker Ausbau der Photovoltaikanlagen geplant – um etwa 330 Gigawatt bis zum Jahr 2040. Zwar braucht es Fläche, um Solarenergie herzustellen, doch bedeutet das nicht notwendigerweise, dass eine Steigerung der Energieausbeute allein durch den Bau neuer Photovoltaik-Freiflächenanlagen möglich ist. Vielmehr erlauben neue und flexible Solaranlagen, anderweitig genutzte Flächen zusätzlich für die Gewinnung von Solarenergie umzurüsten.

So haben sowohl Gebäude- als auch Agrarflächen ein beachtliches Poten­zial: Mit bis zu 3 Terawatt – das ist fast das Zehnfache der geplanten Kapazität – kann allein die Landwirtschaft in Deutschland aufwarten, ein weiteres Tera­watt ließe sich durch den Einbau von Solarzellen in bestehende Gebäudefas­saden erreichen. Diesem Potenzial steht ein Istwert von 0,1 Prozent gegen­über, das heißt, nur ein verschwindend geringer Anteil der Fassadenflächen wird derzeit für die Gewinnung von Solarstrom genutzt. Dabei würde sich ge­rade hier ein Ausbau besonders eignen, um die wachsende Zahl an Elektro­autos dezentral und bequem aufladen zu können.     

Multi-Benefit-Photovoltaik

Neben der bekannten Eigenschaft, umweltfreundliche Energie zu erzeugen, hat Photovoltaik noch weitere Vorzüge. Man spricht hier von „Multi-Benefit-Photovoltaik“ und versteht darunter Solarzellen auf der Basis neuartiger Tech­nologien, die leicht sowie äußerst flexibel einsetzbar sind, zum Beispiel sind die Farben frei wählbar, ebenso der Grad an Transparenz und die jeweilige Form. Die so individuell angepassten Zellen werden anschließend auf verschiedene Materialien aufgebracht ‒ Kunststoff, Metall oder Glas ‒ und sind so in vielen Bereichen einsetzbar. So ergeben sich, wie erwähnt, Potenziale für die Nut­zung an Gebäuden, aber auch im Verkehr und in der Landwirtschaft. 

Entwicklung flexibler, druckbarer Solarzellen für die Anwendung

Um die beschriebenen Anwendungen zu ermöglichen und dem Markt – Ge­sellschaft, Industrie und Endverbrauchern ‒ zugänglich zu machen, wurde eine Innovations-Plattform gegründet: Diese Solar TAP genannte Plattform widmet sich der Entwicklung von Multi-Benefit-Photovoltaik-Anwendungen. Das Besondere ist dabei, dass die so entstandenen Solarzellen aus dem Dru­cker kommen sollen.

Die in Langform „Solar Technology Acceleration Platform for emerging Photovoltaics“ heißende Plattform wird vom Helmholtz-Institut Erlangen-Nürnberg für Erneuerbare Energien (HI ERN) koordiniert und basiert auf dem Zusammenschluss des Helmholtz-Zentrums Berlin, des Karlsruher Instituts für Technologie sowie des Forschungszentrums Jülichs, von welchem das HI ERN eine Außenstelle bildet. Die drei Institute, in denen die führenden Helmholtz-Experten und -Labore auf dem Gebiet der Solartechnologie mitwirken, bilden eine geschlossene Wertschöpfungskette.

Verzahnung von Wissenschaft und Industrie im Reallabor

Damit die Plattform funktioniert und in der Lage ist, in kurzer Zeit ausgereifte Photovoltaik-Lösungen auf den Markt zu bringen, ist die Mitarbeit von Industriepartnern unabdingbar: Dabei findet ein Technologietransfer an ein Netz unterschiedlicher Unternehmen statt: Dazu gehören Hersteller, Anwen­der, Zulieferer und Gerätebauer, die die Absicht haben, sich ein Standbein auf dem Gebiet der Multi-Benefit-Photovoltaik aufzubauen. Die Zusammenar­beit ist insofern innovativ, als sie flankiert wird von dem direkten Kontakt zu Reallaboren, in denen die wissenschaftlichen Erkenntnisse in Verbindung mit den entsprechenden, in der Industrie entwickelten Technologien demonstriert und damit in ihrer unmittelbaren Anwendung vorgeführt werden können.

Enge Kooperation für schnelle, marktreife Lösungen

Neben Solar TAP, das während der dreijährigen Aufbau-Phase mit 15,1 Millio­nen Euro unterstützt wird, existieren noch zwei weitere von der Helmholtz-Gemeinschaft geförderte Innovationsplattformen; ihr Gesamtbudget beläuft sich auf 40 Millionen Euro.

Mit den im Rahmen des Pakts für Forschung und Innovation geförderten Pro­jekten wird das Ziel verfolgt, den Transfer von Technologie über die Schaffung geeigneter Strukturen zu erleichtern und Möglichkeiten zu schaffen, for­schungsbezogene Infrastrukturen und Daten sowie Großgeräte gemeinsam zu nutzen. Die enge Zusammenarbeit verschiedener Partner aus Wirtschaft, For­schung und Gesellschaft soll Innovationen fördern und die Entwicklung lang­fristiger, zukunftstauglicher Lösungen für den Markt beschleunigen. 

Quelle: elektronikpraxis.de, Thomas Kuther, 13.04.2023
Bild: EnCN/Kurt Fuchs