Erneuerbare Energien im Fokus: Solarenergie
Die Sonne spendet Licht und Wärme – so viel ist klar. Aber wie wird überhaupt elektrischer Strom aus Licht? Antworten auf diese Fragen hat Prof. Dr. Ulf Blieske vom Cologne Institute for Renewable Energy (CIRE). Er spricht zudem darüber, wie das Thema in Studium und Forschung an der Hochschule behandelt wird.
Energie durch Sonne – wie geht das?
Es gibt zwei Möglichkeiten, Sonnenenergie zu nutzen: Bei der Photovoltaik wird Sonnenlicht durch den inneren Photoeffekt in einem Halbleiter in elektrische Energie transformiert. Die andere Möglichkeit ist Solarthermie. Das ist die Umwandlung in Wärme, also in Warmwasser oder Heizenergie. Vor 20 Jahren war die Solarthermie noch preiswerter als die Photovoltaik. Heute hat sich das komplett umgedreht, Photovoltaik ist eine der günstigsten Energiequellen, die uns zur Verfügung stehen. Das hängt auch damit zusammen, dass die Menschheit durch Innovationen und durch die zunehmende Massenproduktion gelernt hat, Solarmodule viel effizienter und damit preiswerter zu produzieren als noch vor 20 Jahren. Dadurch ist der Wirkungsgrad, also die Effizienz, mit der Sonnenlicht in Strom umgewandelt wird, heute fast doppelt so hoch wie noch vor 20 Jahren.
Prof. Dr. Ulf Blieske, Direktor des Cologne Institute for Renewable Energy
(Bild: Manfred Stern / TH Köln)
Wie wird dieses Thema in Lehre und Studium vermittelt?
Im Bachelor Erneuerbare Energien werden schon im ersten Semester physikalische Grundlagen der Solarenergie vermittelt. Im sechsten Semester lernen die Studierenden dann in Projekten, wie man Solaranlagen plant, von den Grundlagen bis zur Nutzung der wichtigsten Software. Im Master Erneuerbare Energien behandeln wir im weiterführenden Kurs „Entwicklung von Photovoltaik“ neue Technologien, aber auch Spezialthemen wie Agri-Photovoltaik, also die gleichzeitige Nutzung von Flächen für Landwirtschaft und Stromproduktion, oder gebäudeintegrierte Photovoltaik. In der Fakultät für Informations-, Medien- und Elektrotechnik sowie der Fakultät für Raumentwicklung und Infrastruktursysteme wird die Solartechnik in den Modulen „Solarenergie“ und „Photovoltaik“ auch vermittelt. Da nutzen wir die Synergien.
Was leistet die Hochschule in der Forschung in diesem Bereich?
In Wohngebäuden macht Strom höchstens ein Drittel der benötigten Energie aus, der Rest ist Heizenergie. Deshalb arbeiten wir in mehreren Projekten an der gleichzeitigen Nutzung von Photovoltaik und Solarthermie, also einer Kombination aus Photovoltaikanlage und Wärmepumpe. Durch die Verwendung von Wärme aus der Photovoltaikanlage erhöhen wir die Effizienz einer Luft-Wasser-Wärmepumpe gegenüber Wärmepumpen, die die Wärme nur aus der Umgebungsluft ziehen. Außerdem beschäftigen wir uns mit dem Recycling von Solarmodulen. Momentan wird hauptsächlich der Aluminiumrahmen wiederverwendet, aber das Glas mitsamt dem wertvollen Silizium, Silber und Kupfer gelangt oft im besten Fall in Dämmstoffe oder sogar nur in Straßenschotter. In einem Forschungsprojekt mit der deutschen Solarindustrie und dem Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme wollen wir erreichen, dass z. B. das Spezialglas aus dem Solarmodul auch wieder in einer Solarglaswanne verwendet werden kann.
Wie sieht die Zukunft der Solarenergie aus?
Global gesehen ist das Potenzial von Sonnenenergie 7.000 Mal größer als der Energieverbrauch der Weltbevölkerung. Technologisch haben wir da das Ende noch nicht erreicht. Wir werden in Zukunft Tandemsolarzellen sehen, also gestapelte Zellen, die unterschiedliche Wellenlängen von Licht absorbieren. In der Forschung gibt es zudem Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von 47 Prozent, kaufen kann man Solarmodule mit Wirkungsgraden von immerhin 23 Prozent. Grundsätzlich ist das Potenzial noch nicht ausgeschöpft. Die Bundesregierung hat auch klare Ziele gesetzt: Bis 2030 soll die installierte Leistung der Solarenergie in Deutschland gegenüber 2020 vervierfacht werden. 2010 wurde die Photovoltaik in Deutschland noch zu stark subventioniert. Von 2011 bis 2016 wurde dann die Förderung von Photovoltaik zu drastisch gekürzt, der Markt ist fast vollständig zusammengebrochen, es wurden in der Solarbranche 100.000 Arbeitsplätze abgebaut. Das müssen wir jetzt langsam wiederaufbauen. Dazu leistet die TH Köln einen Beitrag.
April 2023
