Ansatz
Solarmodule sind ein großer Hoffnungsträger für die nachhaltige Energieerzeugung. Doch mit ihrer Herstellung gehen Herausforderungen hinsichtlich Energieverbrauch und der Nutzung seltener Rohstoffe einher. Um dem zu begegnen haben Forscher nun organische Photovoltaik-Schichten aus natürlich vorkommenden Elementen entwickelt.
Die Solarfolien werden CO₂-arm hergestellt und können einfach aufgeklebt werden. Im Vergleich zu herkömmlichen PV-Modulen sind die Folien leicht (unter 2 kg), dünn (unter 2 mm) und flexibel. Da keine Durchdringung des Untergrundmaterials oder eine Hinterlüftung der Module notwendig ist, können sie unkompliziert auf verschiedenen Materialien angebracht werden.
Durch diese innovative Art der Stromerzeugung lassen sich bisher unerreichbare Potenziale erschließen. Die Solarfolien können Photovoltaik an Gebäuden und Fassaden nutzbar machen, an denen herkömmliche Module nicht in Frage kommen, wir z.B. ältere Gebäude mit statischen Problemen im Dachbereich.
Die leichten und flexibel anzuordnenden Solarfolien stellen eine optimale Lösung auf ebenen oder schrägen Dächern dar. Architektonisch anspruchsvolle Formen wie gewölbte Dächer können ebenfalls genutzt werden. Gleiches gilt für Materialien, die nicht durchdrungen werden können, wie Membranen. Sogar eine direkte Integration der Solarfolien in Fassaden und Fensterscheiben ist machbar.
- 65% Erneuerbare Energien
- Innovation
Datenblatt:
Themenfeld
Anlagentechnik / Erneuerbare Energien
Art der Innovation
Bauteil / Technologie
Reifegrad
Marktreife
Initiator
Unternehmen
Herausforderungen
Für die Entwicklung der Solarfolien wurde auf die Fortschritte der organischen LED-Herstellung zurückgegriffen. Jedoch mussten für die Nutzung funktionierende organische Verbindungen und die passende Zusammensetzung der Solarfolie entwickelt werden. Aufgrund der Eigenschaften von organischen Materialien ist es wichtig, die Solarschicht vor Umwelteinflüssen zu schützen und die Haltbarkeit der Verbindungen zu gewährleisten. Dazu wurde eigens ein Verkapselungsverfahren in Zusammenhang mit zwei Schutzschichten entwickelt.
Für den Markteintritt wurden neuartige Produktionsverfahren für die Serienproduktion von großen Mengen konzipiert. Außerdem spielen Zertifizierungsprozesse und Qualitätskontrollen eine große Rolle, da nur so ein nachhaltiges Produkt hergestellt werden kann.
Durch neue Kombinationen organischer Elemente könnten in Zukunft die Eigenschaften der Solarfolien, im Gegensatz zu den anorganischen PV-Modulen, um weitere Farben, Transparenz und eine gesteigerte Nutzung des Lichtspektrums ergänzt werden.
Ziele & Erfolge
Die CO₂-Einsparungen bei den Solarfolien gelingen im gesamten Lebenszyklus von Herstellung und Materialien über den Transport und die Installation bis zur Entsorgung. Durch die Nutzung von organischen Materialien wird auf energieintensiven Bergbau verzichtet. Da die Materialien zur Herstellung überall vorhanden sind, können die Solarfolien vor Ort produziert und dadurch auch lange Lieferketten vermieden werden. Im Vergleich zu herkömmlichen Solarmodulen wird für die Solarfolien nur ein Bruchteil der Materialien benötigt. Die Folien können leicht entsorgt werden, da sie keine Giftstoffe oder Schwermetalle enthalten. In Zukunft werden die Kosten für diese Technologie der Solarstromerzeugung sinken und durch ihre vereinfachte Herstellung und Installation den Anstieg der PV-Stromerzeugung weiter beschleunigen. Außerdem lassen sich die Solarfolien gut mit anderen klimafreundlichen Methoden der Energieerzeugung verknüpfen, wie zum Beispiel durch Befestigung an den Türmen von Windkraftanlagen oder Biogasspeichern.
Zahlen & Daten
Über ihren gesamten Lebenszyklus haben die Solarfolien eine Ökobilanz von 14,52 Kilogramm CO2-Äquivalent pro Quadratmeter Solarfolie. Dies macht den ökologischen Fußabdruck etwa sechsmal niedriger als bei konventionellen PV-Modulen auf Silizium-Basis.
Abhängig vom Standort und der Sonneneinstrahlung liegen die CO2-Emissionen nur bei 3 bis 15 Gramm CO2-Äquivalent pro erzeugter Kilowattstunde. In Deutschland liegt der CO2-Fußabdruck bei etwa 8 Gramm CO2-Äquivalent. Zum Vergleich: Erdgas liegt bei über 400 Gramm CO2-Äquivalent pro erzeugte Kilowattstunde und der deutsche Strommix 2020 bei fast 500 Gramm CO2-Äquivalent pro erzeugte Kilowattstunde. Die investierte Primärenergie zu erzeugter Energie, auch Energy Return on Investment (EROI) genannt, wird abhängig vom Standort zwischen zwei und sieben Monaten zurückgezahlt. Bei 20 Jahren Lebensdauer wird also bis zu 100-mal mehr Energie erzeugt, als ursprünglich verwendet.
Mehr Detailinformationen zu den Umweltauswirkung der Solarfolie HeliaSol bietet die Firma Heliatek in einem Factsheet:
HeliaFact - Ultra-niedriger Carbon Footprint (PDF / 404 KB).
Akteure, Links & Praxis
Weiterführende Informationen
Praxisbeispiele
OPV-Installation auf gewölbten Hafendächern in Barcelona
Auf den gewölbten Dächern der drei Hafengebäude wurden insgesamt 584 Solarfolien HeliaSol 436-200 installiert, die zusammen eine Leistung von 29,5 kWp erzeugen können. Dieses Beispiel zeigt, wie bisher ungenutzte Potenziale erschlossen werden können.
OPV-Installation auf einer Bushaltestelle in Japan
Das dichtbebaute Japan ist besonders abhängig von der effizienten Nutzung aller verfügbaren, urbanen Flächen. In diesem Pilotprojekt im Zuge der “Japan Energy Challenge 2019” wurde das Dach einer Bushaltestelle mit organischen Dünnschicht-Solarmodulen belegt.