Wer heute bereits Solarzellen auf dem Dach hat und seine elektrischen Geräte mit der Kraft der Sonne betreibt, ist in solchen Fällen ganz schön aufgeschmissen. Strom gibt es praktisch nur, wenn die Sonne zufällig gerade auch scheint. Auf den Strom aus dem Atomkraftwerk kann aus diesem Grund bis jetzt kaum verzichtet werden. Aber wie kann man Sonnen- oder Windenergie auch bei Nacht und Windstille verwenden?

Ionen wandern hin und her

Stationäre Energiespeicher funktionieren ähnlich wie ein Handyakku

Einer von zahlreichen Ansätzen kam vor gar nicht allzu langer Zeit auf den Markt: der „stationäre Energiespeicher“. Das sind Lithium-Ionen-Akkus und ist nichts anderes, als das, was auch in Handys und anderen modernen elektronischen Geräten eingebaut ist.

Bevor wir uns nun weiter um die stationären Energiespeicher kümmern, schauen wir uns erst einmal diese Lithium-Ionen-Akkus genauer an. Wie funktioniert so ein Akku eigentlich?

Ein Lithium-Ionen-Akku besteht aus vielen kleineren Batterien, sogenannten Zellen. Sie bestehen aus verschiedenen Schichten aus elektrisch leitfähigem Material. Außerdem haben sie wie eine herkömmliche Batterie, einen positiven Pol (+) und einen negativen Pol (-). Beide Pole sind durch einen sogenannten Separator voneinander getrennt. Bei der Auf- und Entladung der Zelle wandern Lithium-Ionen zwischen den Polen hin und her. Für sie ist der Separator durchlässig. Damit die Lithium-Ionen allerdings wandern können, müssen sie sich in einer wasserfreien Substanz bewegen. Die Zwischenräume der Schichten sind daher mit einem wasserfreien Elektrolyt gefüllt. Wenn der Akku nun aufgeladen wird, wandern die Ionen vom Plus-Pol zum Minus-Pol und lagern sich dort ein. Wenn der Akku entladen wird, wandern sie in die andere Richtung zurück.

Energie abspeichern

Mit einem solchen Lithium-Ionen-Akku ist es möglich, die Energie, die von Solarzellen produziert, aber nicht verwendet wurde, zu erhalten. Um sie zu einem anderen Zeitpunkt abzurufen, wird sie in elektrische Energie umgewandelt und abgespeichert. In Zukunft könnte man so die Sonnenenergie immer dann verwenden, wenn man sie braucht. Und das unabhängig davon, ob die Sonne scheint oder nicht.

Stationäre Energiespeicher
Daimler stellt stationäre Energiespeicher für elektrische Autos, Industriebetriebe und Haushalte her / Foto: Daimler AG

Vom Auto nach Hause

Der Autobauer Daimler hat diese Technologie bei den elektrischen Autos umgesetzt. Auch hier werden Lithium-Ionen-Akkus eingesetzt, die die elektrische Energie in mechanische Energie umwandeln, um das Auto zum Laufen zu bringen. Und die Technologie hat einen großen Vorteil: Sie ist sehr sicher. Deshalb entwickelt der Autobauer auch zusätzlich stationäre Energiespeicher für Industriebetriebe und Haushalte, die man bereits kaufen kann.

Beitragsbild: www.shutterstock.com /  geniusksy

Riesiges Potential

Solarstraßen
In Zukunft sollen Solarzellen nicht mehr nur auf Dächern zu finden sein 

Die Grundidee klingt eigentlich erstmal ziemlich unkompliziert: Man baut Solarzellen, die du bestimmt von vielen Hausdächern kennst, einfach in Straßen ein. Das wären kilometerweite Strecken, die in vielen Fällen sogar direkt der Sonne ausgesetzt sind. Würde man beispielsweise in den Amerika alle vorhandenen Straßen durch Solarzellen ersetzen, könnte man allein dadurch drei Mal so viel Strom erzeugen, wie aktuell im Land verbraucht wird. Auch in Deutschland gibt es insgesamt etwa 18.000 Quadratkilometer an Straßen und anderen Verkehrsflächen, die fast fünf Prozent der Gesamtfläche der Bundesrepublik ausmacht. Entsprechend viel Energie könnte also auch hier erzeugt werden.

Mosaik aus Solarzellen

Solarstraße
Das amerikanische Tüftler-Paar Brusaw hat bereits einen Parkplatz mit ihren eigenen Solarmodulen ausgestattet /Bild: Solar Roadways

Bei den Solarstraßen soll die Technik von ganz normalen Solarzellen übertragen werden. Dabei treffen die unzähligen winzigen Energieträger im Sonnenlicht auf eine Zelle aus Silizium und werden durch mehrere Schichten in Strom umgewandelt. Um diese Technologie nun straßentauglich zu machen, gibt es verschiedene Ansätze.

Ein Ansatz stammt von einem Ehepaar aus den USA, das bereits über eine Millionen Dollar an Fördergeldern für die Entwicklung gewinnen konnte. Bei ihren Einzelmodulen in Form von Sechsecken besteht die Oberfläche aus einer Art Glas, das so hart wie Stahl, aber gleichzeitig nicht glatt ist – für die Verwendung im Straßenbau eine enorm wichtige Eigenschaft. Direkt darunter befinden sich die eigentlichen Solarzellen sowie LED-Leuchten und eine Heizung. Darunter folgt eine weitere Schicht, die alles kontrolliert und auch mit den anderen Modulen kommunizieren kann. Die unterste Schicht ist schließlich dafür zuständig, den gewonnenen Strom weiterzuleiten – an Häuser oder Ladesäulen für Elektroautos. Die einzelnen Module lassen sich zu einem kompletten Straßennetz verknüpfen.

Verschiedene Ansätze

Solarstraße
In Frankreich werden bereits Straßen mit besonders dünnen Solarzellen bedeckt /Bild: Wattway, COLAS, Joachim Bertrand

Die Alleskönner aus den USA könnten natürlich alle deine Vorstellungen wahr machen und würden sogar komplett als Asphaltersatz dienen. Doch die Technik ist kompliziert und der Preis hoch. Daher existiert bislang nur ein Parkplatz, der mit den Solarmodulen als Pilotprojekt ausgestattet wurde.

Einen Schritt weiter ist man in Frankreich. Dort wird bereits die erste Solarstraße gebaut – allerdings unter der Verwendung einer deutlich einfacheren Technik. Die Module bestehen hier nur aus den Solarzellen und sind so dünn, dass sie direkt auf den Straßenbelag aufgebracht werden können. Bis 2020 sollen eintausend Straßenkilometer mit ihnen bedeckt werden. Auch in Deutschland arbeitet man bereits an einer eigenen Technologie für Solarstraßen: Die Hochschule Aachen steckt mitten in der Entwicklung eines Prototyps. Ihr Modell orientiert sich jedoch eher an dem der Amerikaner.

SONNIGE AUSSICHTEN?

Die Erfindung der Solarstraße existiert also bereits. Doch noch gibt es einige Herausforderungen zu bewältigen. Vor allem der Aufwand und die extrem hohen Kosten für eine wirklich flächendeckende Verwendung ist den Experten aktuell noch ein Dorn im Auge – auch weil auf vielen Straßen vermutlich gar nicht so viel Strom gewonnen werden kann. Vor allem Autobahnen sind die meiste Zeit von Autos bedeckt. Somit ist die Sonneneinstrahlung entsprechend gering. Daher macht der Einsatz der Module auf weniger befahrenen Landstraßen oder Parkplätzen aktuell mehr Sinn.

Letztlich wird man dem Projekt jedoch ein bisschen Zeit geben müssen. Sind die ersten Pilotprojekte erfolgreich, könnte der Ausbau schon schnell zu einem Selbstläufer werden. Wenn wir zurückdenken, waren auch Solaranlagen mal ein Experiment. Heute sind sie ein wichtiger Energielieferant. In Form von Straßen könnten sie vielleicht schon bald einen extrem positiven Einfluss auf unsere gesamte Umwelt haben.

 

Beitragsbild: Solar Roadways