Photovoltaische Module und Kraftwerke

Die Integration von Photovoltaik-Kraftwerken in Gebäudehüllen, an Fahrwegen, über Parkplätzen, in Agrar- und Wasserflächen erschließt ein riesiges Flächenpotenzial. Am Fraunhofer ISE untersuchen wir die Potenziale für Integrierte PV und für PVFreiflächenanlagen auf lokaler, regionaler und nationaler Ebene.

In den vergangenen Jahren sind Photovoltaik-Module durch stark gesunkene Kosten und Technologieinnovationen für die Transportbranche immer attraktiver geworden. Besonders die großen Dachflächen von Nutzfahrzeugen eignen sich für integrierte Photovoltaikmodule in Leichtbauweise.

Gebäude haben einen hohen Anteil am Gesamtenergiebedarf und an den Treibhausgasemissionen. Die bauwerkintegrierte PV (BIPV) kann die CO2-Bilanz eines Gebäudes wesentlich verbessern, idealerweise bis zum Nullenergie- oder Plusenergiegebäude.

Auf Deutschlands Dächern haben Photovoltaiksysteme laut einer Studie des Fraunhofer ISE ein technisches Potenzial von ca. 560 GWp. Bisher werden meist Aufdachanlagen auf Hausdächern errichtet. Bei einem breitflächigen Ausbau der Solar-dachanlagen besteht jedoch die Gefahr, dass die Akzeptanz der Bevölkerung für Photovoltaiksysteme schwinden könnte. Eine Lösung können integrierte Solarmodule statt Dachziegel für die Dacheindeckung sein, die sich optisch kaum von herkömmlichen Dachziegeln unterscheiden und dabei Solarstrom produzieren.

In Merdingen, 15 km westlich von Freiburg, entsteht derzeit eines der größten Testfelder für solare Energiesysteme in Europa. Auf einer Fläche von drei Hektar prüft das Fraunhofer ISE die Leistung und Zuverlässigkeit von Komponenten und Systemen im praxisnahen Betrieb.

Die Photovoltaik gilt als eine der wichtigsten Säulen der zukünftigen Energieversorgung. Ende 2021 waren in Deutschland ca. 59 GWP Photovoltaik installiert, für die Vollendung der Energiewende wird die 6- bis 8-fache Leistung benötigt. Die Bundesregierung plant als Zwischenziel für den PV-Ausbau mit 200 GWP installierter Leistung bis Ende 2030. Das heißt, die pro Jahr installierte Leistung muss kurzfristig um den Faktor 3-4 gesteigert werden. Die Integration von PV-Technologie in Gebäuden, Fahrzeugen und Fahrwegen und ihre Einbindung in Agrar- und Wasserflächen sowie an Plätzen des öffentlichen Lebens im urbanen Raum erschließt riesige Ertragsflächen mit einem hohen wirtschaftlichen Potenzial.

Matrix-Schindelmodule bieten mit ihrer hohen Effizienz auf einem begrenzten Flächenangebot maximalen Ertrag. Werden Module in die Hülle von Fahrzeugen oder Gebäuden integriert, sind neben der Effizienz auch eine hohe Ausbeute der Leistung bei Teilverschattungen sowie ein optisch ansprechendes Erscheinungsbild gefragt. Speziell für solche Anwendungen hat das Fraunhofer ISE die Matrix-Schindeltechnologie entwickelt.

Nach aktuellen Schätzungen werden in Deutschland ab 2028 über 70 % aller neu zugelassenen Fahrzeuge elektrisch angetrieben, ein Teil davon als HybridFahrzeuge. Integrierte Solarzellen erzeugen on-board Strom und erhöhen die Reichweiten von Elektro- und Wasserstofffahrzeugen spürbar.

Die Energiewende erfordert einen massiven Ausbau der Solarstromproduktion. Das Problem für Freiflächenanlagen: Landwirtschaftliche Flächen sind eine sehr begrenzte und wertvolle Ressource. Die AgriPhotovoltaik (Agri-PV) löst diesen Konflikt, indem sie Lebensmittel- und Stromproduktion auf derselben Fläche ermöglicht.

Strom aus Photovoltaikanlagen ist ein unverzichtbarer Baustein für die Energiewende. Um ausreichend Energie zu erzeugen, müssen große Flächen mit Solarmodulen ausgestattet werden. Hier liefern die Verkehrswege ein großes Flächenpotenzial.