Mein Beitrag zum Klimaschutz: Ein ZEBRA auf dem Dach

Die ZEBRA-Solarzelle versorgt Autos und Gebäude mit Sonnenenergie – und das hocheffizient. Hinter ihr steht ein Netzwerk von Entwickelnden, das die Solarzellen-Produktion zurück nach Europa holen möchte.

Degrees Building , Viale Restelli 1a in Mailand
2 Degrees Building , Viale Restelli 1a in Mailand © Rellidue S. R. L.

Schon lange setzen viele Menschen im Kampf gegen den Klimawandel ihre Hoffnungen auf erneuerbare Energien aus Sonnen- und Windkraft. Allerdings gestaltet sich der weitreichende Einsatz von klimaneutraler Strom- und Wärmeerzeugung noch immer zäh und langwierig. Umso mehr rücken einzelne Haushalte mit ihren persönlichen Beiträgen zum Klimaschutz in den Vordergrund: Das können Mieterinnen und Mieter, Eigentümerinnen und Eigentümer und Fahrende von Elektroautos sein, die zum Schutz der Umwelt ihr Domizil oder ihr Fahrzeug mit Wärme oder Strom aus Sonnenenergie versorgen möchten.

Lange Zeit war der Einsatz von Privathaushalten für die Umwelt kostspielig – und meist nur mit staatlicher Förderung möglich. Doch das könnte sich bald ändern: Denn Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben jetzt Hochleistungs-Solarzellen entwickelt, die möglichst stabil und effektiv sind, aber zugleich so kostengünstig hergestellt werden können, dass eine Anschaffung sowohl für Privatleute als auch für die Industrie interessant wird. Die Hochleistungs-Solarzelle „ZEBRA“ unterscheidet sich von Standard-Solarzellen in erster Linie durch den höheren Wirkungsgrad. Sie fängt möglichst viele Sonnenstrahlen ein und wandelt sie in besonders viel Energie um. Das gelingt ihr vor allem durch die Position ihrer Anschlüsse: Die liegen nämlich auf der Rückseite, wodurch eine teilweise Verschattung der Zelle vermieden wird.

Eine Hochleistungs-Solarzelle vergrößert die „Ernte“ und eröffnet vielseitige Einsatzbereiche

Die ZEBRA-Solarzelle ist sehr schmal und ihre Vorderseite vergleichsweise unauffällig, weil ihre Kontakte und Anschlüsse auf der Rückseite angebracht sind.
Die ZEBRA-Solarzelle ist sehr schmal und ihre Vorderseite vergleichsweise unauffällig, weil ihre Kontakte und Anschlüsse auf der Rückseite angebracht sind. © ISC Konstanz

Im Eurostars-Projekt „ModerN-Type“ haben das International Solar Energy Research Center Konstanz (ISC) und die niederländische Firma Eurotron wichtige Forschungsarbeit für die Herstellung einer großen und besonders leistungsfähigen Rückkontakt-Solarzelle (156 x 156 mm2) geleistet. Dabei haben die Entwickelnden die Positionen von Einzelteilen einer kristallinen Silizium-Solarzelle präzisiert und möglichst dünne und damit lichtdurchlässige Einkapsel-Folien benutzt.

Der Wirkungsgrad der ZEBRA-Solarzelle konnte damit schrittweise (auch über das Förderprojekt hinaus) von den sonst üblichen 22,5 Prozent auf inzwischen 23,5 Prozent erhöht werden. Das klingt zunächst wenig, aber das ist es keinesfalls: Denn je mehr Sonnenstrahlen pro Quadratmeter „geerntet“ werden, umso größer ist der tägliche Gesamtertrag an Strom. Das rechnet sich für die Stromerzeugenden: Im Vergleich zu derzeitigen Standardmodulen können ZEBRA-Solarzellen einen bis zu zehnprozentigen Mehrertrag auf derselben Dachfläche generieren. Das liegt nicht nur am höheren Wirkungsgrad (da dieser nur knapp um 5% relativ höher ist), sondern auch an einer besseren Schwachlichtempfindlichkeit (hauptsächlich im Winter) und einer höheren Stromgeneration bei erhöhter Temperatur (hauptsächlich im Sommer).

Die ZEBRA-Solarzellen lohnen sich vor allem auf kleinen Dachflächen.
Die ZEBRA-Solarzellen lohnen sich vor allem auf kleinen Dachflächen. © Soli Tek Cells, UAB

Weil ZEBRAs pro Zelle mehr leisten und deshalb weniger von ihnen gebraucht werden, sind sie vor allem für Einsatzorte interessant, an denen wenig Fläche zur Verfügung steht: Nämlich für überschaubare Dachflächen in der Stadt, für durchfensterte Bürohausfassaden und sogar für die Karosserien von Elektrofahrzeugen.

ZEBRA-Stärken im Detail

Im Elektroauto Sion von Sono Motors sind die handlichen ZEBRA-Solarzellen ein wesentlicher Bestandteil, denn sie sind flächendeckend in die Karosserie integriert.
Im Elektroauto Sion von Sono Motors sind die handlichen ZEBRA-Solarzellen ein wesentlicher Bestandteil, denn sie sind flächendeckend in die Karosserie integriert. © Sono Motors GmbH

Damit die Entwicklung auch erschwinglich bleibt, ist das Design der ZEBRA-Solarzelle präzise gehalten und teure Materialien, wie zum Beispiel Silber, werden nur sehr gezielt eingesetzt. Außerdem sorgt ein vollautomatisierter Herstellungsprozess für günstige Verkaufspreise. Aber was bedeutet das im Detail? Standard-Dachmodule haben eine Leistung von 310-330 Watt. Sie kosten circa 25 Cent pro Watt, also zwischen 77 und 83 Euro. Ein ZEBRA-Modul mit 360 Watt ist nur etwas teurer, aber eben auch wirkungsvoller.

Und wie viele Module sind für eine gute Stromversorgung nötig? Das kommt auf den Standort und das Wetter an: Während zum Beispiel Hamburg einen durchschnittlichen Jahresertrag von 900 Kilowattstunden Strom pro installiertes Kilowatt erbringt, kommt Konstanz schon auf 1100 Kilowattstunden pro Kilowatt im Jahr. Durchschnittlich verbraucht eine Person pro Jahr ungefähr 1000 Kilowattstunden Strom.

Ein Drei-Personen-Haushalt würde also im Schnitt 3000 Kilowattstunden jährlich benötigen. Um diesen Bedarf zu decken, bräuchte ein Drei-Personen-Haushalt also acht 360-Watt-ZEBRA-Module – oder neun bis zehn Standard-Module mit 310-330 Watt Leistung. Wichtig ist natürlich auch die Speicherung des Stromes, egal welche Module verwendet werden: Es gibt Photovoltaik-Anlagen mit einem elektrischen Speicher von fünf Kilowattstunden. Damit könnte ein Fünf-Personen-Haushalt, über das ganze Jahr hinweg, bis zu 80 bis 90 Prozent unabhängig vom allgemeinen Stromnetz sein. Wollte dieser Haushalt eine hundertprozentige Unabhängigkeit erreichen, könnte er das System für die Wintermonate entsprechend überdimensionieren.

Die ZEBRA-Solarzelle soll künftig in Deutschland produziert werden

Im Vordergrund: Schwarze ZEBRA-Module auf dem Dach der Solarakademie der SPIC Group(Valley of Treasures) in Peking. Im Landschaftsbild fallen sie weniger auf, als die meisten Standardmodule (im Hintergrund).
Im Vordergrund: Schwarze ZEBRA-Module auf dem Dach der Solarakademie der SPIC Group(Valley of Treasures) in Peking. Im Landschaftsbild fallen sie weniger auf, als die meisten Standardmodule (im Hintergrund). © ISC Konstanz

Derzeit liegen die Solarzellenherstellung und die Zulieferung der dafür benötigten Teile größtenteils in den Händen asiatischer Länder. Zum Beispiel bietet China seine Produkte sehr günstig auf dem Weltmarkt an. Auf diese Weise sorgt das Land der Mitte mit dafür, dass sich viele Menschen für diese Art der privaten Stromerzeugung entscheiden können und Solarstrom mittlerweile zu den billigsten Energiegewinnungsmethoden weltweit gehört.

Allerdings zeigt die aktuelle Krisensituation, wie wichtig es sein kann, Stromerzeugungstechnologien unabhängig vom allgemeinen Stromnetz und vom weltweiten Energiemarkt zu betreiben und die dafür benötigte Technik an verschiedenen Orten herzustellen. Deshalb sorgen die Projektverantwortlichen dafür, dass die ZEBRA-Solarzelle, die vor allem für den europäischen Markt gedacht ist, in der Nähe ihrer Nutzenden hergestellt wird. Mitte Mai ist die erste ZEBRA-Zelle in Litauen vom Band gerollt. „Das war nach der langen Durststrecke für die Photovoltaik in Europa ein sehr gutes Gefühl“, sagt Radovan Kopecek vom ISC Konstanz. „Wir haben die Vision, die ZEBRA-Zelle zukünftig auch in Deutschland herzustellen. Die vollautomatisierten und damit günstigen Herstellungsprozesse machen das möglich.“ Das dafür benötigte Partner-Netzwerk ist bereits geknüpft. Nun wird gemeinsam nach einer Investorin oder einem Investor gesucht.