Mit Solarmodulen die vorhandene Infrastruktur nutzen

Die Energiewende stellt uns vor Herausforderungen in Bezug auf Flächennutzungskonflikte. Es ist offenkundig, dass eine verstärkte dezentrale Energieproduktion mehr Platz benötigt. Dennoch bietet Solarenergie einen entscheidenden Vorteil, da sie vielfach mit bereits bebauten Flächen kombiniert werden kann - und dabei sogar zusätzlichen Nutzen erzeugen kann. Im Folgenden präsentieren wir einige Beispiele aus dem Bereich der Mobilitätsinfrastruktur.

Inhaltsverzeichnis

Solarmodule als Fahrbahnüberdachung

Die kontinuierliche Weiterentwicklung von Solarmodulen ermöglicht es, sie immer besser mit bereits bebauten Flächen zu kombinieren, ohne zusätzlichen Raumbedarf zu beanspruchen. Fahrbahnen für KFZ beanspruchen einen erheblichen Teil unserer des zur Verfügung stehenden Platzes. Neben den Straßen selbst bietet auch der Raum über ihnen ein beträchtliches Potenzial für die Installation von Solarmodulen. Eine Überdachung der Straßen bietet nicht nur die Möglichkeit der Stromproduktion, sondern bringt auch weitere Vorteile wie zusätzlichen Lärmschutz, Schutz des Straßenbelags vor Witterungseinflüssen und Überhitzung sowie die Integration von Straßenbeleuchtung mit sich.

Trotzdem wurden Photovoltaikanlagen über Autobahnen, Kanälen oder Bahntrassen bisher in Deutschland kaum erforscht. Ein erster Prototyp wurde erst 2020 an einer Autobahn installiert und vom Freiburger Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) in Zusammenarbeit mit dem Austrian Institute of Technology untersucht.

Ein wesentlicher Nachteil bei der Errichtung solcher Überdachungen aus Solarmodulen sind die notwendigen massiven Fundamente, die nicht nur aus wirtschaftlicher Sicht problematisch sind, sondern auch ökologische Bedenken aufwerfen. Zudem steigen mit der Länge der Überdachung die Sicherheitsanforderungen erheblich. Daher wurde dieser Ansatz bisher auch nicht weiterverfolgt und es wird nach sinnvolleren Standorten gesucht.

Solarmodule als Überdachung für Radwege

Die Überdachung von Radwegen ist weniger komplex als bei Autostraßen und bietet gleichzeitig einen bedeutenden Mehrwert durch den damit einhergehenden Witterungsschutz, der das Radfahren attraktiver macht.

Im April 2023 wurde die erste dieser Art in Deutschland in Freiburg eröffnet. Der Weg ist auf einer Strecke von 300 Metern mit einer Dachsolaranlage ausgestattet, die mit lichtdurchlässigen Glas-Glas-PV-Modulen arbeitet und eine Leistung von bis zu 283 kW liefern kann. Dies entspricht einem jährlichen Energieertrag von rund 280.000 Kilowattstunden. Die Stadt stellte das Grundstück zur Verfügung und investierte Geld aus dem städtischen Klimaschutzfonds, während die Firma Badenova für den Bau verantwortlich war. Die Anlage wird vom Fraunhofer Ise gepachtet und wissenschaftlich ausgewertet. Ein Ziel dieses Pilotprojekts war die Entwicklung eines skalierbaren Standard-Tragesystems, um solche Solaranlagen weitläufiger einzusetzen. Oberbürgermeister Martin Horn äußerte sich anlässlich der Eröffnung optimistisch: "Wir haben jetzt schon Anfragen aus ganz Deutschland."

Radwege mit Dachsolaranlagen scheinen weltweit noch selten zu sein. Einige wurden jedoch in Südkorea ab 2014 neben Autobahnen errichtet. Ein weiteres bahnbrechendes Projekt wurde 2022 in Hyderabad, Indien, angekündigt. Dort soll in eine solche Anlage neben einer Schnellstraße auf 21 Kilometern Länge eröffnet werden. Medienberichten zufolge wird die Spitzenleistung 16 Megawatt (MW) betragen.

Solarmodule in Kombination mit Linienbussen

Die Integration von Solarzellen in Fahrzeuge liegt im Trend, insbesondere im städtischen Linienbusverkehr, der einen bedeutenden Hebel für öffentliche Initiativen darstellt.

Seit März 2022 testet die Münchner Verkehrsgesellschaft (MVG) diese innovative Technologie. Ein Dieselbus zieht einen sogenannten Busanhänger, der mit Solarmodulen ausgestattet ist und eine Leistung von zwei Kilowatt (kW) erzeugt. Dieser Anhänger dient auch dem Personentransport.

Der Hauptzweck besteht darin, die Klimaanlage des Busses mit selbst erzeugtem Strom zu betreiben, was die Reichweite eines Elektrobusses erhöhen würde. Die direkte Nutzung des Solarstroms zur Energieversorgung des Elektrobusses gestaltet sich hingegen als aufwendiger, wie die MVG mitteilt.

Ihr vorläufiges Fazit lautet: "Die Anlage funktioniert wie erwartet und erzeugt kontinuierlich Strom. Wir erreichen jedoch noch nicht das erforderliche Niveau. Weitere Verbesserungen sind notwendig, beispielsweise Solarzellen mit höherer Leistungsdichte oder zusätzliche Zellen."

Solarzellen im Straßenbelag

Die Idee, Solarzellen in Straßenbeläge zu integrieren, ist bereits seit einiger Zeit bekannt. Die kleine US-amerikanische Firma Solar Roadways erregte 2009 viel Aufmerksamkeit und erhielt eine Förderung des Verkehrsministeriums für einen Prototyp. Der 2016 installierte Prototyp, der nur wenige Quadratmeter als Teil eines Gehwegs umfasste, wurde jedoch nach zwei Jahren aufgrund technischer Probleme als gescheitert erklärt. Zudem produzierte er nur sehr wenig Strom. Die Firma konzentrierte sich anschließend auf die Weiterentwicklung der sechseckigen Bodenelemente, die jeweils mit einem Mikroprozessor und einer Funkeinrichtung zur Kommunikation untereinander und mit Fahrzeugen ausgestattet sind. Mittlerweile kündigt sie auf ihrer Website ein Nachfolgemodell an, das für eine kommerzielle Nutzung geeignet sein soll.

In den Niederlanden wurde 2014 der erste Radweg mit integrierten Solarzellen eröffnet. Im Laufe der Jahre gab es jedoch zu viele Schäden und zu wenig Stromertrag. 2020 wurden die speziellen Bodenplatten abgeschafft. Die Firma Solaroad, die hinter dem Projekt steht, arbeitete jedoch weiterhin an der Idee, unter anderem im Rahmen des EU-finanzierten Konsortiums Rolling Solar, das im September 2022 seinen Abschlussbericht vorstellte und an dem auch deutsche Forschungseinrichtungen beteiligt waren.

Das Konzept, Solarstrom in Bodenplatten zu erzeugen, wird auch in Barcelona verfolgt. Dort wurden auf dem Placa de les Glòries Pflastersteine mit integrierten PV-Modulen auf einer Fläche von 50 Quadratmetern verlegt, die einen Fünf-Personen-Haushalt ein Jahr lang mit Strom versorgen können.

Schienen als PV-Anlage

Bahntrassen bieten nicht nur Platz neben den Schienen, auf Schallschutzwänden oder ungenutztem Land, sondern auch zwischen den Schienen, kann Solarstrom erzeugt werden. Die Schweizer Firma Sun-Ways entwickelt seit 2021 eine Technologie dafür. Das Prinzip: Standardsolarmodule werden von einem Spezialzug wie ein Teppich zwischen den Gleisen verlegt. Die Stromgestehungskosten sollen bei zehn Cent pro Kilowattstunde liegen. Allein im Schienennetz der Schweiz könnte Sun-Ways zufolge so eine Terawattstunde Strom pro Jahr erzeugt werden, was 30 Prozent des Verbrauchs des öffentlichen Transportsektors des Landes entspreche. Ob der Strom wirklich der Versorgung der Züge dienen sollte oder besser ins allgemeine Stromnetz eingespeist wird, muss noch erforscht werden.

Die britische Firma Bankset Energy verfolgt seit 2012 eine ähnliche Idee wie Sun-Ways. Es werden kleine, längliche Module einzeln auf den Bahnschwellen angebracht. Im Sommer 2022 wurde berichtet, dass die Technologie derzeit auf einem Testgelände der Deutschen Bahn im Erzgebirge erprobt wird. Bankset denkt bereits an den Weltmarkt und gibt an, die patentierte, besonders effiziente Technologie auf viele verschiedene Schienenstandards ausgerichtet zu haben.

Solarmodule als Lärmschutz

Die Nutzung von Solarzellen entlang von Lärmschutzwänden ist weniger aufwendig als auf der Straße und bietet eine vielversprechende Möglichkeit zur Energieerzeugung. Das Fraunhofer Ise erforscht derzeit diesen Ansatz in Zusammenarbeit mit einigen Unternehmen im Auftrag des Bundeswirtschaftsministeriums. Das technische Potenzial entlang Deutschlands Kraftfahrstraßen und Bahngleisen wird auf fünf Gigawatt geschätzt. Eine Variante besteht darin, dass die Solarmodule selbst den Schall absorbieren, was bedeutet, dass sie nicht zusätzlich mit einer Lärmschutzwand kombiniert werden müssen. Im Frühjahr 2023 wurde eine Demonstrator-Lärmschutzwand von 16 Metern Länge errichtet, an der die Forscher sowohl die Akustik als auch den Stromertrag untersuchen.

Im Juni 2022 gab die kanadische Firma Mitrex, die auf die Integration von PV in Gebäudehüllen spezialisiert ist, bekannt, dass sie zusammen mit zwei führenden Unternehmen im Bereich Lärmschutzwände, Durisol und Silentium, die erste PV-Lärmschutzwand zur Marktreife gebracht hat. Verschiedene Designs und Solarzellentypen stehen zur Verfügung. Es wird geschätzt, dass pro Kilometer Straße durchschnittlich 1,2 Megawatt Spitzenleistung möglich sind.

Solarmodule als Zaun

Zu guter Letzt bietet sich entlang von Gehwegen ebenfalls die Möglichkeit zur Solarstromproduktion an. Es stehen verschiedene Arten von Solarmodulen zur Auswahl. Auch eine diebstahlsichere Befestigung für einen klassischen Stabgitterzaun steht zur Auswahl. Darüber hinaus ist ein Speicher erhältlich. Selbst bei kleinen Zäunen mit begrenzter Fläche, die daher nur wenig Strom erzeugen können, könnte dieses Angebot interessant sein, da die Solaranlage gleichzeitig auch als Sichtschutz eingesetzt werden kann.

Ausblick

Die Integration von Solarenergie entlang von Verkehrswegen wie Busstrecken, Straßen, Radwegen, und Bahngleisen zeigt ein vielversprechendes Potenzial für die Zukunft der nachhaltigen Energieerzeugung. Die verschiedenen Anwendungen, von solaren Busanhängern über Straßenüberdachungen bis hin zu Solaranlagen entlang von Schienen, verdeutlichen die vielfältigen Möglichkeiten, um erneuerbare Energie zu nutzen und gleichzeitig die Infrastruktur zu optimieren.

Der Weg zur breiten Anwendung solcher Technologien erfordert jedoch weitere Forschung, Entwicklung und Investitionen. Es müssen Herausforderungen wie die Effizienzsteigerung, die Integration in bestehende Infrastruktur sowie wirtschaftliche und ökologische Aspekte bewältigt werden.

Mit zunehmendem Interesse an nachhaltigen Lösungen und der fortschreitenden Technologieentwicklung ist es jedoch wahrscheinlich, dass solare Integrationen entlang von Verkehrswegen in Zukunft eine bedeutende Rolle in der Energiewende spielen werden.