Erneuerbare Energien: Mehr als Windpark und Solardach

Solarfolien, Energieinseln, Mini-Windkraft und Stromzapfsäulen – welches Potenzial steckt in den neusten Energieinnovationen?

Das Konzept
Erneuerbare Energien sind in Deutschland Vorzeigeobjekte, die Bundesrepublik ist unangefochtener Spitzenreiter. Doch nicht mehr lange. Ausgerechnet China zieht vorbei. Das Land mit einem der größten CO2-Ausstöße der Welt. Woran liegt das? Ein Grund: Wind- und Solarenergie werden grundsätzlich gefördert, neue Innovationen der Branchen kaum bis gar nicht beachtet. Ein Fehler?

Die Novelle des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEGDas EEG trat 2000 in Kraft und zielt auf die Förderung der Erzeugung erneuerbarer Energien, wie Windkraft, Wasserkraft und Solarenergie ab. Das erklärte Ziel ist ein Anteil von 80% Erneuerbarer Energien an der Stromversorgung im Jahr 2050.) trat im August dieses Jahres in Kraft. Mit dem Beschluss ist auch der Ausbau von Solar- und Windparks an Land gedeckelt – und zwar auf jeweils 2,5 Gigawatt. Unter die Förderung durch die Bundesrepublik fallen vor allem Großwindparkanlagen; Nicht neue Innovationen der Wind- und Solarenergie. Warum bleibt die nötige Förderung seitens der deutschen Politik aus?

Kinderleicht erklärt, kritisch hinterfragt

Die Autorinnen Friederike Schicht und Lisa Kettwig haben sich dafür mit fünf exemplarischen Innovationen auseinandergesetzt. Wie funktionieren sie? Sind es notwendige Erfindungen für die Zukunft oder experimentelle Energie- und Kostenschlucker, ohne erfolgsversprechende Perspektive? Eine saubere Stadt der Zukunft versus Luxusprojekte für reiche Staaten. Eine Annäherung.

1 Solarinsel

„The Kagoshima Nanatsujima Mega Solar Power Plant“: Der Off-Shore-Solarpark – Kein Platz mehr an Land?

Foto: Kyocera

Foto: Kyocera

Auf den ersten Blick scheint es, als habe Japan aus der Katastrophe von Fukushima nichts gelernt: Das Land setzt weiterhin auf Atomkraft. Doch im Bereich der Solarförderung eifert es dem deutschen Modell nach und so wächst der PhotovoltaikDer Begriff Photovoltaik beschreibt die Umwandlung von Sonnenenergie in Strom mithilfe von Solarzellen. Sie produzieren unter Nutzung des photoelektrischen Effektes Gleichstrom. Dieser wird dann mittels eines Wechselrichters in Wechselstrom umgewandelt und kann so ins öffentliche Stromnetz eingespeist werden. Eine Photovoltaik-Anlage kann je nach Hersteller ungefähr 20 Jahre lang Strom produzieren. Ihr Leistungsvermögen ist abhängig vom Wirkungsgrad der Solarzellen.-Markt in Japan stetig. Dennoch bleibt ein Problem: Genügend Platz. Das hat der Technologie-Konzern „Kyocera“ geschickt umgangen und einen Solarpark ins Meer gebaut. Eine Alternative, wenn an Land einfach kein Platz mehr ist?

Im September 2012 war Baubeginn. In der Bucht von Kagoshima City, im Süden Japans. Hunderte Techniker von „Kyocera“ rückten an und installierten insgesamt 290.000 Solarpanels, die zu Solarmodulen verschmolzen. Der Solarpark erhielt so eine stattliche Größe von mehr als 1,3 Millionen Quadratmetern. Das ist dreimal so groß wie der Vatikan. Mit Abschluss der Bauarbeiten im Oktober 2013 beliefen sich die Kosten deswegen auch auf 275 Millionen US-Dollar. Doch der Stromertrag kann sich sehen lassen. Die produzierten 70 Megawatt sollen 22.000 Haushalte der nahegelegenen Stadt Kagoshima City versorgen. Am ersten November vergangenen Jahres ging der Solarpark ans Netz; Als der größte von Japan, mit einem Makel.

Noch sind Solarmodule nicht so stabil, dass sie dem täglichen Wellengang und auch den alljährlichen Tsunamis trotzen können. Deswegen wurden Tonnen von Sand und Erde angefahren, um den Untergrund der Bucht aufzuschütten. Der Solarpark schwimmt damit nicht frei im Meer, sondern ist eigentlich auf vorgelagertes Land gebaut.

Schwimmende Solarparks also doch Zukunftsmusik?

Die Auslagerung von PhotovoltaikDer Begriff Photovoltaik beschreibt die Umwandlung von Sonnenenergie in Strom mithilfe von Solarzellen. Sie produzieren unter Nutzung des photoelektrischen Effektes Gleichstrom. Dieser wird dann mittels eines Wechselrichters in Wechselstrom umgewandelt und kann so ins öffentliche Stromnetz eingespeist werden. Eine Photovoltaik-Anlage kann je nach Hersteller ungefähr 20 Jahre lang Strom produzieren. Ihr Leistungsvermögen ist abhängig vom Wirkungsgrad der Solarzellen.-Anlagen auf Gewässer ist mit einigen Risiken verbunden. Um permanente Kurzschlüsse zu vermeiden, könnten die Solarmodule nur in ruhige Buchten gebaut werden, damit die Panels vor starkem SeegDas EEG trat 2000 in Kraft und zielt auf die Förderung der Erzeugung erneuerbarer Energien, wie Windkraft, Wasserkraft und Solarenergie ab. Das erklärte Ziel ist ein Anteil von 80% Erneuerbarer Energien an der Stromversorgung im Jahr 2050.ang geschützt sind. Das Wasser wiederum kühlt die Panels, was deren Effizienz erhört und sie vor Überhitzung schützt. Dennoch gestaltet sich der Stromtransport äußerst schwierig. Durch den ständigen Wasserkontakt müssen die Verkabelungen viel hochwertiger sein als an Land, das verteuert das Projekt. Wenngleich sich die höheren Investitionen in die Technik durch den fehlenden Flächenpreis an Land aufheben. Bei technischen Problemen allerdings gelangen die Wartungsteams nur schwerlich zu den Panels, da diese wie Legosteine miteinander verzahnt sind.

Das Binnengewässer macht’s möglich

„Kyocera“ plant nach dem Erfolg des „Kagoshima Nanatsujima Mega Solar Power Plant“ weitere Solaranlagen auf dem Wasser und auch im Wasser. Genauer gesagt auf zwei Binnenseen in der Nähe der Stadt Kato. Hier soll der weltweit größte schwimmende Solarpark der Welt entstehen. Die Konstruktion ist möglich, weil der Wellengang im stehenden Gewässer fehlt. Noch in diesem Jahr sollen die Bauarbeiten beginnen. Die Fertigstellung ist für April 2015 geplant. Der Konzern rechnet mit einer Leistung von 2,9 Megawatt, durch die 920 Haushalte mit Strom versorgt werden können.

2 Kleinwindkraft

Kleinwindkraftanlagen zur Selbstversorgung: Erfolgsversprechende Theorie, nicht subventionierte Praxis

Windkraft zählt als kostengünstigste Form der Energieerzeugung. Doch Deutschlands Windpotential wird nicht genutzt. Denn die Förderung seitens der Politik bleibt aus. Ihr Fokus liegt auf prestigeträchtigen Großprojekten.
Windrad in Miniatur. Foto: Comrade Foot flickr.com CC BY-SA 2.0

Windrad in Miniatur. Foto: Comrade Foot flickr.com CC BY-SA 2.0

Laut Energiebericht des Beratungsunternehmens Ecofys ist Windkraft die billigste Form der Energieerzeugung. In den USA ist sie so günstig wie noch nie. Beste Voraussetzung dafür, die Kosteneffizienz in Mikroform zu übernehmen? An der Quantität des Produkts kann es jedenfalls nicht scheitern: Kleinwindkraftanlagen gibt es mittlerweile zu genüge – nur eben nicht in deutschen Vorgärten. Hierzulande finden sich gerade einmal 10.000 Stück. In Großbritannien sieht das ganz anders aus. Hier existieren fast doppelt so viele Kleinwindanlagen wie in Deutschland. Denn die Entscheidung für eine private Windanlage wird gefördert. Dafür fehlen in Deutschland die Rahmenbedingungen. Dabei wäre es so einfach: Der Endkunde bekommt seine Energie von vor der Haustür ins Haus. Doch wann lohnt sich der Aufwand?

Hier ist Vorwissen gefragt

„Prinzipiell nur bei Eigenverbrauch des erzeugten Stromes“, stellt Bernhard Stoevesandt vom Fraunhofer Institut für Windenergie voran. Er beschäftigt sich schon seit vielen Jahren mit Miniwindrädern und warnt vor voreiligen Käufen. Denn der Verbraucher müsse seinen Stromverbrauch ganz genau kennen und das Windpotenzial am Standort. Nur so könne er das richtige Modell auswählen. Denn die Kleinwindkraftanlagen unterscheiden sich nicht nur in Größe und Kaufpreis, sondern vor allem in ihrer Leistung. Ein normaler Privathaushalt benötigt laut Stoevesandt nicht mehr als fünf Kilowatt. Kleinere Firmen könnten dagegen schon ein Miniwindrad mit 50 Kilowatt Leistung einsetzen, da hier der Verbrauch deutlich größer sei. „Dabei wird der Strom aus Windenergie meist nur ergänzend benutzt“, erklärt Stoevesandt. Muss er aber nicht.

Ohne Netzanschluss eine gute Alternative

Private Haushalte können sich mit Miniwindkraftanlagen auch autark versorgen. Dafür brauchen sie aber hochleistungsfähige Windräder und einen Speicher, sodass der Haushalt auch bei schlechten Windlagen dauerhaft mit Strom versorgt werden kann. Im Energielabor Oldenburg wird das seit über 30 Jahren erfolgreich demonstriert. Eine sinnvolle Alternative gerade bei Objekten ohne Netzanschluss wie zum Beispiel Gartenhäuschen oder Segelyachten; Aber auch in Ländern mit einer schlechten Stromversorgung. „Deswegen sind Miniwindräder in Entwicklungsländer sehr beliebt“, weiß Stoevesandt. „Sie ermöglichen den Bewohnern trotz schlechter Infrastruktur eine gute Stromversorgung.“ Die hohen Kosten müssten aber durch staatliche Förderprogramme gedeckelt werden, so Stoevesandt.

Insgesamt müsse sich die Politik stärker für Kleinwindkraftanlagen interessieren und ihr Potenzial besser fördern. Fehlendes Interesse wirft Bernhard Stoevesandt vom Fraunhofer IWES vor allem der deutschen Regierung vor.

3 Solarradweg

„SolaRoad“: Ein Radweg aus Solarmodulen – Versorgungsnetz für Häuser und Autos?

Krommenie, ein kleiner Stadtteil von Zaanstad im Norden Hollands, hat im Herbst dieses Jahres Geschichte geschrieben. Denn seit dem 12. November 2014 gibt es dort den ersten solarbetriebenen Radweg der Welt. Eine aufwendige und teure Innovation, die die Entwickler sowohl als zukünftigen Stromersatz im Haushalt als auch für das Volltanken von Elektroautos sehen. Welches Potential steckt im Radweg der Zukunft?

Zusammengesetzt haben sich Fachmänner aus dem Straßenbau erstmals 2009. Genauer gesagt die niederländische Industrieforschungsorganisation TNO, die Provinz Nordholland, der niederländische Straßenbauspezialist Ooms Civiel und das Verkehrs- und Infrastrukturunternehmen Imtech. Herausgekommen ist „SolaRoad“: Ein 70 Meter langer Radweg aus Solarmodulen, zweieinhalb mal dreieinhalb Meter groß, aus Beton, bestückt mit Solarmodulen aus Silizium, bedeckt von einer speziellen Hartglasschicht. Was kompliziert klingt, ist es auch – und stößt in der Realität auf einige Probleme.

Die Probleme: Schmutz und Energieverlust

Das erste Ziel des Unternehmens klingt auf den ersten Blick ebenso unspektakulär wie realistisch: Bis 2016 drei Haushalte durch die gewonnene Energie des Radwegs mit Strom versorgen. Um dieses erreichen zu können, ist bei genauerer Betrachtung jedoch einiges zu leisten. Ein erstes Problem stellt die Anordnung der Solarmodule zur Sonneneinstrahlung dar. Diese müsste eigentlich rechtwinklig erfolgen. Bei den Schrägen von Solardächern ist das beispielsweise der Fall. Der Straßenoberfläche geht durch die ineffizientere Anordnung hingegen einige Energie verloren.

Hinzu kommt, dass die Solarmodule, die unterhalb der Straßenoberfläche angebracht wurden, einiges aushalten müssen: Schmutz und die Belastung der Fahrzeuge von oben, Wurzeln, die sich an die Oberfläche drücken wollen, von unten. Auch die Schatten, die durch alle möglichen Objekte auf der Straßenoberfläche entstehen, sind ein gravierender Nachteil zu Solarmodulen auf Wohnhäusern – und sorgen für weiteren Energieverlust.

Die gravierenden Anfangsprobleme werfen die berechtigte Frage auf, ob „SolaRoad“ das nächst höher gesteckte Ziel – zukünftig Elektro-Autos den Strom zurückgeben, den sie auf der Straße verbrauchen – überhaupt erreichen kann.
Wie das SolaRoad-Team mit den Problemen umgeht, wie genau der Radweg funktioniert und ob solche Innovationen nicht eher Luxusideen statt lukrative erneuerbare Energien sind, darüber hat Christoph Dziedo von detektor.fm mit Paul Rutte gesprochen. Er ist Manager bei der Provinz Nordholland, einem der vier Partner, die hinter SolaRoad stecken.

4 Solarfolien

Heliathek Solarfolien“: Die 3. Generation der Solarenergie – Auch für zu Hause?

Sonnenlicht birgt ein unerschöpfliches Energiepotenzial. Deswegen gehört die Solarbranche zu den Schlüsseltechnologien der Energiewende und entwickelt sich rasant weiter. Dabei spielt vor allem das Material eine entscheidende Rolle. Während die Solarmodule auf Hausdächern noch mono- oder polykristallin sind, tüfteln Forscher heute an organischen Solarfolien. Sie sind die dritte Generation der Solartechnik. Vorerst für die Industrie oder auch für den Privathaushalt?

Das Dresdner Unternehmen „Heliathek“ forscht seit 2006 in Kooperation mit Wissenschaftlern der Technischen Universität Dresden an der organischen PhotovoltaikDer Begriff Photovoltaik beschreibt die Umwandlung von Sonnenenergie in Strom mithilfe von Solarzellen. Sie produzieren unter Nutzung des photoelektrischen Effektes Gleichstrom. Dieser wird dann mittels eines Wechselrichters in Wechselstrom umgewandelt und kann so ins öffentliche Stromnetz eingespeist werden. Eine Photovoltaik-Anlage kann je nach Hersteller ungefähr 20 Jahre lang Strom produzieren. Ihr Leistungsvermögen ist abhängig vom Wirkungsgrad der Solarzellen.. Die hauchdünnen Solarfolien basieren auf Kohlenstoffverbindungen, kleinste Moleküle, sogenannte Oligomere. Mithilfe einer Tandemzellen-Technologie werden zwei SolarzellenSolarzellen oder photovoltaische Zellen sind elektrische Bauteile, die Sonnenstrahlen in einen Fluss von Elektronen umwandeln. Meist bestehen sie aus einem Halbleitermaterial wie Silizium und sind nicht dicker als 0,35 Millimeter. Ihr Wirkungsgrad ist abhängig von den Eigenschaften des verwendeten Materials. Häufig liegt er zwischen 13 und 17 Prozent. Monokristalline Solarzellen sind dabei leistungsfähiger als polykristalline, dafür aber auch deutlich teurer. Sie werden deswegen meist auf kleinen Dachflächen verbaut. übereinandergelegt, sodass ein möglichst breites Sonnenspektrum eingefangen werden kann. Dabei ist die Tandemzelle nicht dicker als 500 Nanometer. Das sind weniger als 0,0005 Millimeter. Ihre Zelleffizienz liegt aber bei zwölf Prozent. Das heißt, sie wandeln zwölf Prozent der Sonne in Strom um. Bei voller Sonneneinstrahlung bringt ein Quadratmeter damit eine Leistung von 120 Watt.

Seit 2012 produziert „Heliathek“ seine Solarfolien in der werkseigenen Fabrik. Und geht noch einen Schritt weiter. Um flexible organische Folien herstellen zu können, werden die Moleküle in einem sogenannten Rolle-zu-Rolle-Verfahren auf das Substrat gebracht. Damit sind sie fast überall einsetzbar; auf Stahl, Beton, Membranen und Glas.

Technologie auch für zu Hause?

Strategisch strebt „Heliathek“ die gebäudeintegrierte PhotovoltaikDer Begriff Photovoltaik beschreibt die Umwandlung von Sonnenenergie in Strom mithilfe von Solarzellen. Sie produzieren unter Nutzung des photoelektrischen Effektes Gleichstrom. Dieser wird dann mittels eines Wechselrichters in Wechselstrom umgewandelt und kann so ins öffentliche Stromnetz eingespeist werden. Eine Photovoltaik-Anlage kann je nach Hersteller ungefähr 20 Jahre lang Strom produzieren. Ihr Leistungsvermögen ist abhängig vom Wirkungsgrad der Solarzellen. und den Automobilbereich an. Bis die Folien von Verbrauchern ins Fenster geklebt werden können, vergeht noch Zeit. Bisher werden sie entweder zwischen zwei Gläser oder auf ein Glas laminiert. Das schließt ihren privaten Gebrauch erst einmal aus. Und so verkauft „Heliathek“ bislang auch nur an industrielle Kunden, die noch an der Verarbeitung der Folien tüfteln. Den Preis hält das Unternehmen geheim. Eine Produkteinführung auf dem Markt steht noch aus. Doch lange soll es nach Konzernangaben nicht mehr dauern.

Hohe Flexibilität Foto: Heliathek

Rolle-zu-Rolle-Verfahren Foto: Heliathek


Anwendung auf Beton Foto: Heliathek

Anwendung in der Automobilbranche Foto: Heliathek

Anwendung auf Glasflächen Foto: Heliathek

BILDERGALERIE KOMMT NOCH „1966,1962,1967,1965,1964,1963,1961,1968“

Von allem weniger

Aufgrund der geringen Größe der Solarfolien ist zum einen der Rohstoffeinsatz kleiner und somit auch der Flächenbedarf. Zum anderen werden die Folien unter geringem Energieaufwand und mit einer niedrigen Prozesswärme hergestellt. Ihr Substrat besteht zudem aus PET-Folie, einem kostengünstigen RecyclingRecycling ist das Sammeln und (teilweise) Verwerten von gebrauchten Gegenständen und Materialien als Rohstoffe für neue Produkte. Der Begriff hat seinen Ursprung im Griechischen und bedeutet "Wiederverwertung". Gesetzlich wird erst von "Recycling" gesprochen, wenn der Rohstoff zuvor als "Abfall" eingestuft war, andernfalls handelt es sich um "Wiederverwendung". Der umgangssprachliche Gebrauch des Begriffs Recycling umfasst oft beide Bedeutungen. In der wirtschaftlichen Bedeutung ist Recycling die Rückführung von Produktions- und Konsumabfällen in den Wirtschaftskreislauf.produkt. Daneben entstehen bei der Fertigung keine Gefahrenstoffe wie zum Beispiel bei der Dünnschicht-Solartechnik, der zweiten Generation der Solarmodule. Doch eines bleibt gleich: Die Lebensdauer. Organische Solarfolien sollen laut Herstellerangaben 20 Jahre lang Strom produzieren, ähnlich der kristallinen Solarmodule.

5 Stromzapfen

Ubitricity: Tanken wie Stromzapfen – Alltag der Zukunft oder Zukunftslosigkeit?

Das Berliner Start-UpDer Begriff beschreibt ein neues und schnell wachsendes Unternehmen. Sie
versuchen, einen Marktbedarf zu erfüllen und bieten ein innovatives Produkt, Prozess oder
Service. Häufig nutzen Startup-Unternehmen das Internet, E-Commerce, Computer und
Telekommunikation.
-Unternehmen „Ubitricity“ garantiert ausreichend Strom für alle jetzigen und zukünftigen Elektro-Autos in Deutschland. Was den umweltfreundlichen Fahrzeugen den Durchbruch verschaffen könnte, scheitert bereits an einer Etablierung in der Hauptstadt. Starrköpfigkeit der Stadtentwickler oder Energieidee ohne Zukunftschance?
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Strom aus der Steckdose Foto: Ubitricity

Während des Parkens gleich Tanken. Foto: Ubitricity

Während des Parkens gleich Tanken. Foto: Ubitricity

Die Hersteller von Elektroautos stehen vor vielen Problemen. Keines aber ist so marktübergreifend wie das Stromtank-Desaster. „Vollgetankte“ Batterien geben grundsätzlich nach mehr als 150 Kilometer Fahrtweg den Geist auf. So müssten tausende Stromtankstellen in Deutschland verteilt werden. Doch das bleibt Utopie. Für das Berliner Start-UpDer Begriff beschreibt ein neues und schnell wachsendes Unternehmen. Sie
versuchen, einen Marktbedarf zu erfüllen und bieten ein innovatives Produkt, Prozess oder
Service. Häufig nutzen Startup-Unternehmen das Internet, E-Commerce, Computer und
Telekommunikation.
-Unternehmen „Ubitricity“ ist der nächste Strom-Nachschub kein Problem. Ganz im Gegenteil.

Das Konzept: Strom aus der Steckdose

Der Firmenname entspricht einer Komposition, die sich aus „ubiquitous“ und „electricity“ zusammensetzt. Übersetzt heißt das so viel wie „allgegenwärtiger Strom“, gemeint ist natürlich die Elektrizität für E-Autos. Ginge es nach „Ubitricity“, könnten diese den Strom sowohl aus Sonder-Steckdosen als auch aus Straßenlaternen mit eingebautem Ladesystem ziehen. Jeder Endkunde müsste über ein entsprechendes Ladegerät und einen Stromzähler verfügen.

Trotz Auszeichnung: Förderung durch die Hauptstadt bleibt aus

Mit diesem Konzept wurde „Ubitricity“ im Oktober dieses Jahres mit dem „Energy Award“ ausgezeichnet. Während die für den Preis zuständige internationale Jury „Ubitricity“ als zukunftsweisend betitelt, scheint die Hauptstadt kein Interesse an der direkten Förderung der Innovation zu haben. Stattdessen haben Berliner Stadtentwickler ein Förderungsvergabeverfahren auf den Weg gebracht, aus dem ist „Ubitricity“ bereits in einer der ersten Runden ausgeschieden ist. Die Stadtentwickler bezweifeln unter anderem die Massentauglichkeit des Unternehmens. So gebe es in Berlin circa 188.000 Straßenlaternen, von denen lediglich 5.000 für das Tanken nach „Ubitricity“-Art in Frage kämen.

Bis heute erhielten nur 19 Laternen eine Steckdosenlizenz. Die einzig zentrale Laterne befindet sich neben dem Bundesverkehrsministerium – beantragt hatte „Ubitricity“ hier drei Genehmigungen. Die restlichen lizenzierten Laternen-Steckdosen befinden sich in den Randgebieten Berlins.
Zu viel Gegenwind für die Elektro-Tank-Revolution? Christoph Dziedo von detektor.fm hat mit Nina Keim von Ubitricity gesprochen. Im folgenden Audio wird sowohl die Technik hinter dem Konzept als auch die Förderungs-Problematik aus der Hauptstadt beleuchtet.