Aktuelle europäische Trends bei Solarmodulen

Angesichts der Dringlichkeit des Umweltschutzes und des ständig wachsenden Bedarfs an sauberer und erneuerbarer Energie sowie des politischen und gesetzgeberischen Drucks, den die Europäische Union auf ihre Mitgliedsländer ausübt, überrascht es nicht, dass die Solarenergiebranche ständig wächst und sich entwickelt. Sonnenkollektoren gewinnen nicht nur immer mehr an Marktanteilen gegenüber den “traditionelleren” (auch umweltschädlicheren) Energiequellen, sondern erleben auch einige aufregende technologische Fortschritte und neue Anwendungen. 

Solarmodule – die neuesten Statistiken in den EU-Ländern 

Laut dem EU Market Outlook For Solar Power 2020 – 2024, der im Dezember 2020 von der SolarPower Europe Association veröffentlicht wurde, hat die durch die COVID-19-Pandemie verursachte Weltwirtschaftskrise den Solarenergiemarkt in deutlich geringerem Maße belastet als zuvor andere Branchen.Obwohl sich sein schnelles Wachstum im Vergleich zu den Trends vor der Pandemie verlangsamte, blieb es nur um 12% hinter den vorherigen Prognosen. Allein im Jahr 2020 gab es in den meisten EU-Ländern einen nicht zu vernachlässigenden Anstieg der Errichtung von Solarprojekten um 11%. Das ist definitiv ein Ergebnis, für das andere Märkte gerne sterben würden! 

SOLARMODULE IN DER EUROPÄISCHEN UNION – ÜBERSICHT: 

✅ Einige der wichtigsten Hersteller: REC Group (Norwegen), Kioto Solar (Österreich), PhotoWatt (Frankreich), 

✅ Die kumuliert installierte Solarstromleistung stieg im Jahr 2020 um 15 % (auf 137,2 GW) an. 

✅ Es wurden 18,7 GW neue PV-Installationen im Jahr 2020 innerhalb der EU hinzugefügt. 

✅ Deutschland positioniert sich weiterhin als größter Markt (4,8 GW neu installierte PV-Produkte), gefolgt von den Niederlanden (2,8 GW), Spanien (2,6 GW) und Polen (2,2 GW). 

✅ Der Beitrag anderer EU-Länder nimmt zu. 

✅ Die zusätzliche Wachstumsprognose beträgt 22,4 GW für 2021, 27,4 GW für 2022, 30,8 GW für 2023 und 35 GW für 2024. 

✅ Es ist zu erwarten, dass der Arbeitsmarkt im Solarpanel-Sektor sich erholen wird und bis 2021 insgesamt 174.682 Vollzeitstellen umfasst. 

✅ Die Mitgliedsländer prognostizieren in ihren Nationalen Energie- und Klimaplänen für das nächste Jahrzehnt ein durchschnittliches Solarwachstum von 19,8 GW/Jahr. 

Der neueste EU-Wiederherstellungsplan lässt die Zukunft von Solarmodulen besonders positiv erscheinen. Die im Plan aufgelisteten Punkte sind im Artikel “Langfristiger EU-Haushalt 2021-2027 & NextGeneration EU” enthalten.Der Plan ist nicht nur eine starke Bestätigung dafür, wie wichtig es für die EU ist, ihren Wiederaufbau und ihre Fortschritte so grün wie möglich zu halten, sondern stellt auch einen beeindruckenden Geldbetrag für die sogenannte Wiederaufbau- und Widerstandsfähigkeitsfazilität bereit. 

Quelle: The EU’s 2021-2027 long-term Budget and NextGenerationEU, Facts, and Figures 

Was ist neu in der Solartechnik? 

Als in den 1955er Jahren die ersten technologischen Lösungen zur Gewinnung von Energie aus dem Sonnenlicht (Solarzellen) auf den Markt kamen, galten sie eher als futuristische Nischenprodukt. Von Mainstream-Produkten war hier nicht die Rede. Kohle, Öl und Erdgas waren damals stark vertreten und nur wenige sprachen über ihre ökologischen Auswirkungen.In den folgenden Jahrzehnten haben sich die Spielregeln jedoch dramatisch geändert und der technologische Fortschritt hat der Solarmodul-Industrie einen Boom ermöglicht. Heutzutage ist die Klimakriese so weit vorangeschritten, dass die Stimmen, die saubere Energie fördern wollen, immer lauter werden und Europa automatisch dadurch in ein wahres Solarenergie-Zeitalter übertritt. PV-Energie wird günstiger, nutzerfreundlicher, effizienter und vielseitiger denn je.Zu den jüngsten Trends auf dem PV-Solarmarkt gehören: Neue Materialien und Gebäudeintegrierte Photovoltaik-Anlagen. Einer der Faktoren, die bei der Auswahl der bevorzugten Energiequelle häufig berücksichtigt werden, ist die Ästhetik. Wie werden diese Paneele an meinem Haus oder Gebäude aussehen? Werden sie sich mit der Gesamtästhetik verbinden? Schließlich berücksichtigte das ursprüngliche Design diese nicht. Mehr als einmal hat das ästhetische Problem die endgültige Entscheidung behindert, Solarmodule zu installieren oder eine traditionellere Energiequelle zu verwenden. 

Das Konzept der gebäudeintegrierten Photovoltai (BIPV)-Produkte hat das Potential, dieses Problem zu umgehen, indem die neue Architektur es ermöglicht, maßgeschneiderte Solarmodule in die ursprünglichen Gebäudepläne einzubeziehen und diese als Baumaterial zu verwenden. Auf diese Art und Weise können Module nicht nur auf Dächern, sondern auch auf anderen Gebäudeteilen (wie Fassaden, Verglasungen, Terrassen usw.) angebracht werden, ohne die Gesamtästhetik zu beeinträchtigen. 

Black BIPV façade with laminated glass on children’s day-care centre in Marburg
© Eibe Sönnecken   

Technisch lässt sich der BIPV-Markt in Europa einteilen in: 

  • Lösungen aus kristallinem Silizium (C-Si) – mit dem größten Anteil dank ihrer überlegenen Festigkeit, Witterungsbeständigkeit und Wirtschaftlichkeit. 
  • Dünnschichtlösungen – reduzieren das Gewicht von Solarmodulen erheblich, was in Gebäuden mit Gewichtsbeschränkungen eine wichtige Nachfrage findet. 
  • Andere Lösungen, wie farbstoffsensibilisierte (DSC) und organische Photovoltaik (BIOPV). 

Die Vorteile der BIPV-Technologie (bessere Energieeffizienz, erhöhte Wärme- und Schalldämmung, niedrigere Betriebs- und Wartungskosten und null CO2-Bilanz) lassen eine sehr positive Wachstumsprognose zu. 

Source: Data Bridge Market Research   

Die wichtigsten Marktteilnehmer (z.B. AGC Inc., Heliatek GmbH, ISSOL SA, Tesla oder Canadian Solar) haben Grund zum Feiern. 

Solar Skins 

Die revolutionäre Solar-Skin-Technologie geht Hand in Hand mit dem BIPV-Konzept und verspricht, stumpfe und schwarze Module in Kunstwerke zu verwandeln und ihre Einsatzmöglichkeiten zu vervielfachen. 

Das Konzept der Solar-Skin-Technologie umfasst eine sehr dünne und flexible Folie, die mit Milliarden von kolloidalen Quantenpunkten (winzigen, photoelektrischen Halbleiterpartikeln) durchzogen ist. Bei Bestrahlung mit UV-Licht werden die Elektronen dieser lichtempfindlichen Nanopartikel in einen Zustand höherer Energie angeregt und erzeugen Strom. Die Forscher der Universität Toronto haben herausgefunden, dass die n-Typ-Halbleiter im Freien arbeiten können, was für andere Materialien schon immer ein Problem war. 

Credits: Sistine Solars 

Stelle Dir nun vor, Du hältst ein Solar-Skin-Blatt in Deinen Händen. Was kannst Du damit machen? Sein Marktpotenzial ist enorm. Du kannst sie nicht nur mit Designs drucken (z. B. die Dachziegel imitieren), die diese schwarzen Platten effektiv vor dem Auge verbergen, sondern Du kannst sie auch auf Bänken, Strommasten oder auf jede Art von biegsamen Oberflächen platzieren. Beispiele hierfür sind Werbetafeln, Fensterwerbung, benutzerdefinierte Kunstwerke und vieles mehr. 

Credits: Enova SF. 

Während die verbesserte Ästhetik und die schienenlosen Regalsysteme sicherlich einige der Hauptvorteile von dieser Solar-Skin-Technologie darstellen, dürfen wir nicht ihre überraschend guten Ergebnisse bei der Umwandlungseffizienz, insbesondere nachdem es den Ingenieuren der University of Queensland gelungen ist, sie auf 16,6% zu erhöhen, vergessen. 

Wie sieht es mit den Kosten aus? Laut dem von SolarPower Europe unter dem Titel „Solar Skins: An chance for greener Cities“ veröffentlichten Bericht sind Solar Skins und andere BIPV-Materialien bei Dächern deutlich teurer als einfache klassische Materialien. In den meisten Fällen werden diese Mehrkosten jedoch vollständig durch den zusätzlich erzeugten Strom kompensiert. 

Transparente Solarmodule 

Fenster zur Energiegewinnung? Warum nicht! Photovoltaik-Glas ist eine Spitzentechnologie, die die Solarpanel-Industrie auf ein ganz neues Niveau hebt und eng mit dem gebäudeintegrierten Photovoltaik-Trend verbunden bleibt.Transparente PV-Zellen haben das Potenzial, jede Glasscheibe in ein stromerzeugendes Gerät zu verwandeln und werden in einer Vielzahl von Umgebungen eingesetzt. Von Fenstern über Auto-Schiebedächer bis hin zu mobilen elektronischen Geräten ist alles dabei. 

Credits: Richard Lunt / Michigan State University

Sie fragen sich wahrscheinlich, wie eine transparente Zelle es schafft, Sonnenlicht zu absorbieren, anstatt alles durchzulassen. Nun, es ist der transparente lumineszierende Solarkonzentrator (TLSC), der den Unterschied macht. 

Diese Technologie verwendet organische Salze, um bestimmte unsichtbare UV- und Infrarotlichtwellenlängen einzufangen und sie dann als andere unsichtbare Wellenlänge zum Leuchten zu bringen. Diese neue Lichtwelle wird dann durch durchsichtigen Kunststoff, der mit ultradünnen Photovoltaikstreifen eingebettet ist, umgeleitet. 

Auch wenn die Effizienzschätzungen für transparente Solarmodule alles andere als beeindruckend sind (nur 10 % im Vergleich zu 15 bis 22 % bei herkömmlichen Modulen), ist das Einsatzpotenzial enorm und die Produktionskosten relativ niedrig. 

Wer stellt in Europa transparente Solarmodule her? Vorreiter ist das niederländische Unternehmen Physee. Die SmartSkin-Fensterlinie ermöglicht eine Reduzierung des Energieverbrauchs um bis zu 30 %. 

Credits: Physee

Perowskit-Solarzellen 

Ein weiteres Beispiel für sogenannte Dünnschicht-PVs der 3. Generation ist die neuartige Technologie auf Basis von Perowskit, einem Material, das manche als die Zukunft der Solarmodule betrachten. 

Was genau ist Perowskit? In der Natur kommt es in Form eines Minerals namens Calciumtitanoxid (CaTiO3) vor. Die Wissenschaft hat den Namen jedoch für jedes Material übernommen, dessen Struktur der von CaTiO3 ähnelt. 

In der Solarindustrie ist das am häufigsten verwendete perowskitartige Material, das als Energiesammelschicht dient, ein organisch-anorganisches Hybridmaterial auf Blei- oder Zinnhalogenidbasis. 

Warum ist das Interesse an Perowskit-Schichtsolarzellen so groß? Es geht um die spannenden Eigenschaften dieses Materials, nämlich: 

  • Supraleitung 
  • hohe Schwachlichtleistungsfähigkeit 
  • Licht über fast alle sichtbaren Wellenlängen zu absorbieren, daher sehr vielversprechender Wirkungsgrad der Leistungsumwandlung (20%+) 
  • geringe Herstellungsschwierigkeit (gutes Kostensenkungspotenzial) 
  • genügend Flexibilität, um eine Freiformgestaltung zu ermöglichen 
  • halbtransparent 
  • Leicht 
Quelle: https://www.perovskite-info.com/perovskite-solar 

Trotz des großen Potentials befinden sich Perowskit-Solarzellen noch in einem frühen Stadium ihrer Kommerzialisierung, da noch bestimmte Nachteile gelöst werden müssen (insbesondere die Toxizität ihrer Bruchprodukte sowie Bedenken hinsichtlich der Bleiverschmutzung).Einer der wichtigsten Perowskit-Player auf dem europäischen Markt ist das polnische Unternehmen Saule Technologies, das sich auf die Herstellung von Perowskit-Solarzellen spezialisiert hat, die bei niedrigen Temperaturen auf dünne, flexible Substrate gedruckt werden. 

Quelle: https://sauletech.com/product/ 

Planar Optical Micro-Tracking-Technologie von Insolight 

Insolight ist ein junges Schweizer Unternehmen, das eine einzigartige Technologie entwickelt und patentiert hat, bei der sechseckige Linsen in das Schutzglas der Solarmodule eingebaut werden. Sein Zweck besteht darin, das Licht zu konzentrieren und die Umwandlungseffizienz zu erhöhen. 

Quelle: https://insolight.ch/technology/   

Die ersten Ergebnisse sind außergewöhnlich (30% Wirkungsgrad für die Umwandlung von Sonne in Strom), was eine viel höhere Kapitalrendite verspricht. Nach Berechnungen von Insolight sollen die mit ihrer Technologie hergestellten Panels 40 % mehr Einnahmen für Solarentwickler und Einsparungen für die Verbraucher auf Dächern bringen. 

Insolight-Module haben den Anspruch, einfach montierbar und zuverlässig zu sein. Zudem sollen sie extrem witterungsbeständig und immun gegen Teilverschattung sein. Sie ermöglichen auch eine dynamische Regulierung des durchlässigen Sonnenlichts und können von einem Stromerzeugungsmodus in einen Maximallichtübertragungsmodus (sog. Smart Translucency) umgeschaltet werden. 

Quelle: https://insolight.ch/technology/  

Ein weiteres interessantes Einsatzpotenzial für die planaren optischen Micro-Tracking-Solarmodule (THEIA) neben der Aufdach-PV ist die Landwirtschaft, wo – laut Hersteller – die Agrivoltaik-Anlagen die Energieproduktion um 160 % steigern und gleichzeitig den Ertrag maximieren sollen. 

Neue Anwendungen und Konzepte 

Schwimmende Solarparks / Floatovoltaics 

Auf Wasserbetten installierte Solarmodule sind ein neuer Trend, der zuerst in Asien auftauchte und jetzt in Europa seine Runden macht. Ihr Hauptvorteil ist die Maximierung der Raumnutzung, die auf unserem Kontinent immer knapper wird.Der größte schwimmende Park Europas wurde von einem deutschen Unternehmen BayWa r.e. im Jahr 2020 auf einem künstlichen See in der Nähe von Zwolle, Niederlande erbaut. Es vereint 73.000 Solarmodule, 13 Transformatoren und über 300 Wechselrichter und verspricht, Teil einer echten Öko-Energie-Revolution zu sein.Heute deckt es bereits 6 % des Energiebedarfs von Zwolle und bietet eine neuartige und revolutionäre Energielösung für andere europäische Länder mit geringer Landverfügbarkeit. 

Quelle: https://www.offshore-energy.biz/first-insights-into-floating-solar-show-no-adverse-environmental-impacts/ 

Ein weiteres Beispiel für einen schwimmenden Solarpark ist das Projekt Lac des Toules Lake (Schweiz) 2019 von Romande Energy. Es liegt auf einer Höhe von 1810 Metern über dem Meeresspiegel und besteht aus 2240 m2 Sonnenkollektoren. 

Was mit einer solchen Höhenlage und Bergumgebung, in der die Sonneneinstrahlung viel stärker ist, einhergeht, ist ein erhöhtes Effizienzpotenzial (geschätzt auf 50 % mehr als bei niedrigen gelegenen Modulen). 

Credits: Romande Energie

 Wie sieht es mit den Umweltauswirkungen schwimmender Solarparks aus? Die bisher durchgeführten Studien zeigen, dass die Auswirkungen eher niedrig sind. Im Fall von Zwolle hat sich der Sauerstoffgehalt des Seewassers nur geringfügig verringert, da Wind und Sonnenlicht immer noch das Wasser unter den Platten erreichen können. 

Darüber hinaus reduzierten die auf der Seeoberfläche eingesetzten Solarmodule die Windaktivität, welches zu einer geringeren Ufererosion führte und so die Vegetation schützt und stimuliert. 

Hier nennen wir Dir einige weitere Vorteile: 

  • Die Installationskosten sind niedriger als bei landgestützten PV-Modulen 
  • Durch die Kühlwirkung des Wassers ist die Stromproduktion bis zu 10 % höher 
  • reduzierte Wasserverdunstung 
  • schädliche Algenbeseitigung, welche die Wasseraufbereitungskosten senkt 
  • verbesserte Wasserreinheit 

Photovoltaik-Solar-Lärmschutzwände (PVNB) 

Ein weiterer interessanter Trend bei der Anwendung von Solarmodulen ist zweifellos die Idee, sie als Bestandteil von Autobahn- und Straßenlärmschutzwänden – ob bereits vorhanden oder geplant – in das Stadtbild zu integrieren. 

Da immer weniger Platz für die Solarenergieernte übrigbleibt, ist das Photovoltaik-Lärmschutzsystem nichts weniger als das sprichwörtliche „Zwei Fliegen mit einer Klappe schlagen“. Es ermöglicht Städten, die Lärmbelästigung zu mindern und gleichzeitig ihre saubere Energieproduktion zu steigern und ihre CO2-Emissionen zu reduzieren. 

Die endgültige Wirkung der PVNB-Barrieren hängt natürlich von mehreren Faktoren ab, wie der Anzahl der Staubpartikel in der Umgebung und der effektiven Sonneneinstrahlung (Ausrichtung und Neigung). Letzteres wird derzeit erfolgreich durch die Installation von bifazialen Solarmodulen angegangen, die jährlich 30 % mehr Strom produzieren können als Standardmodule mit weißer Rückseite. 

Ein Beispiel für die reale Anwendung von PVNB ist Rijkswaterstaat – ein LIFE Solar Highways-Projekt, das in den Niederlanden eingesetzt wird. Das Hauptziel bestand darin, die technische Machbarkeit und die ökologischen, sozialen und finanziellen Vorteile der Integration von Sonnenkollektoren mit Lärmschutzwänden zu demonstrieren. 

Quelle: https://www.solarhighways.eu/ 

Der 18-monatige Beobachtungszeitraum (Jan 2019 – Juni 2020) brachte optimistische Ergebnisse: 

  • zusätzliche Energieproduktion von 325,5 MWh (genug, um 60-70 Haushalte mit Strom zu versorgen) 
  • eine jährliche Reduzierung der C02-Emissionen um 121 Tonnen 
  • reduzierte Reinigungskosten 
  • hohe Akzeptanz bei Gemeinde und Behörden 

Speichertechnologie für geschmolzenes Eis

Seit der Einführung der Solartechnologie zerbrechen sich Wissenschaftler und Forscher den Kopf über das Thema Speicher. Energie aus Sonnenlicht zu gewinnen ist eine Sache und eine ganz andere, den ungenutzten Strom für später aufzubewahren. 

Solarstromspeicher sind zwar schon seit einiger Zeit auf dem Markt, aber sie sind alle ziemlich ineffizient und teuer und ihre Haltbarkeit ist nicht lang genug. Zum Glück sieht es so aus, als könnten wir gerade einen Durchbruch erleben. 

Die Molten Salt Storage Technology ist eine vielversprechende Lösung, die vom deutschen Unternehmen Novatec Solar entwickelt wurde. Die Technologie nutzt anorganische Salze, um die von Sonnenkollektoren erzeugte Energie in Solarthermie umzuwandeln. Ja, wir haben das bereits mit Öl gesehen, aber stattdessen mit Flüssigsalz-Wärmeträgerflüssigkeit, was es viel umweltfreundlicher macht. 

Solaranlagen mit Molten Salt Storage-Technologie können bei über 500 Grad Celsius arbeiten und so viel mehr Strom erzeugen. Dies bietet in der Folge eine enorme Reduzierung der Lagerkosten, die sowohl Versorgungsunternehmen als auch Verbraucher sicherlich zu schätzen wissen. 

Credits: Andasol 3  

Künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen bei Solarmodulen 

Künstliche Intelligenz (KI) und maschinelles Lernen (ML) bieten der Solarpanel-Industrie beispiellose Möglichkeiten, Daten zu sammeln und zu analysieren, die Leistung zu optimieren und genaue Vorhersagen zu treffen, um Notfälle zu minimieren. 

Ein gutes Beispiel dafür, wie KI-Nutzer von Solarmodulen profitieren können, sind intelligente eingebaute Zähler, die nicht nur dazu beitragen können, den Gesamtenergieverbrauch zu senken, sondern auch Änderungen der Wetterbedingungen aufzuzeichnen. Machine Learning ermöglicht es dann, mit Hilfe verschiedener Vorhersagemodelle mögliche meteorologische Notfälle vorherzusagen und Paneleinstellungen automatisch anzupassen. 

Auch unterschiedliche Arten von KI-Lösungen können genutzt werden, um Stromnetze oder Speicher effizienter zu managen. 

Auf der anderen Seite trägt die Automatisierung der Ausrüstung dazu bei, die Wartungs- und Reinigungszeiten zu reduzieren, und die Drohnentechnologie, die bei der Platteninspektion eingesetzt wird, verringert den Personalbedarf. 

Quelle: https://www.eletimes.com/robotics-and-ai-in-solar-energyhttps://www.eletimes.com/   

Solartechnologie ist zu einem untrennbaren Bestandteil unseres Lebens geworden und zu einem der wesentlichen Werkzeuge, die wir haben, um unseren Planeten vor der Klimakatastrophe zu schützen, welche wir selbst verursacht haben. Moderne Lösungen wie die oben beschriebenen und noch futuristischeren Ideen – wie zum Beispiel die Solarspace-Technologie – tragen dazu bei, Solarmodule immer erschwinglicher zu machen und noch besser in unseren Alltag zu integrieren. Grüne Energie ist keine Option mehr, sondern ein Muss. 

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