Tesla-Wissenschaftler und andere Forschungsteams erfinden neue Wege, die versprechen, nicht nur die Kosten für Solarenergie zu senken, sondern auch den Anwendungsbereich deutlich zu erweitern. Experten gehen davon aus, dass die Kapazität von Anlagen zur Erzeugung von Energie aus erneuerbaren Quellen im Zeitraum 2019-2024 um 50 % wachsen wird.
Im Oktober brachte Tesla die dritte Version seiner Solardachziegel für Wohnzwecke auf den Markt. Teslas Solardachziegel namens Solarglass sind ein Gerät, das wie gewöhnliche Dachziegel aussieht, aber gleichzeitig wie ein echtes Solarpanel zur Stromerzeugung funktioniert.
Das Solarglass-Konzept wurde drei Jahre zuvor, im Oktober 2016, angekündigt. „In der ersten und zweiten Version haben wir noch überlegt, wie die neue Technologie besser funktionieren könnte“, sagte Tesla-Chef Elon Musk. "Die dritte Version ist endlich reif für den Langzeiteinsatz."
Auf der Solar Roof-Website von Tesla können Sie die ungefähren Kosten für die Installation dieses Geräts ermitteln. Es wird 42,5 Tausend Dollar für ein Haus mit einer Fläche von 2000 Quadratmetern kosten. Fuß (fast 610 m²) und seine Leistung beträgt 10 kW. Auf dem Gelände können Einwohner der USA, Kanadas und Mexikos ein Solardach für sich und in Europa – Belgier, Dänen, Spanier, Deutsche und Tschechen – bestellen.
Tesla geht davon aus, dass neue Dachtypen gefragt sein werden, wenn Dachreparaturen erforderlich sind und wenn ein neues Zuhause gebaut wird. „Ein Solarglas-Dach ist nur für diejenigen, die ein relativ neues Dach installiert haben, finanziell nicht sinnvoll“, erklärt Musk. „Mit unserer neuen Fertigungstechnologie konnten wir einen Preis erreichen, der unter den durchschnittlichen Kosten für ein Dach mit darauf installierten Solarmodulen liegt.“
Techcrunch weist darauf hin, dass das Unternehmen noch viel Forschung und Entwicklung betreiben muss, um die Technologie für die Installation eines Solardachs zu verfeinern. Daran werden bei Tesla zwei Teams gleichzeitig arbeiten, und zwar nicht gemeinsam, sondern im Wettbewerb miteinander. Dazu gehören qualifizierte Installateure, die von Tesla selbst eingestellt und geschult werden. Sie stehen zunächst vor der Aufgabe, die Montagezeit so zu verkürzen, dass sie unter der Montagezeit von herkömmlichen Dachziegeln und darüber liegenden Solarpaneelen liegt. Musk fügte hinzu, dass sein ultimatives Ziel darin besteht, Solarglass schneller als herkömmliche Schindeln zu installieren.
Langfristig soll aber nicht nur gelernt werden, wie man Solardächer schnell installiert, sondern damit letztlich auch erfahrene und qualifizierte Personen Fremdfirmen ausbilden können – und so die Zahl der Fachkräfte mit den richtigen Fähigkeiten erhöhen. „Wir werden die Installation so schnell wie möglich durchführen“, sagte Musk und fügte hinzu, dass das Unternehmen in den „nächsten Monaten“„1000 Dächer pro Woche erreichen“will.
Auf das installierte Dach von Tesla gibt es 25 Jahre Garantie. Ein Solardach bietet einem Haus eine schützende Isolierung, die nicht nur Regen, Schnee und Hagel, sondern auch Windgeschwindigkeiten von bis zu 130 mph (ca. 290 km / h) standhält. Es erzeugt mehr Energie als ein ähnlich großes Dach, das mit herkömmlichen Sonnenkollektoren ausgestattet ist. Bisher ist nur eine Solarglass-Variante erhältlich – mit dunklem Tempered Glass-Finish. Er hoffe jedoch, "alle sechs bis neun Monate" neue Optionen vorlegen zu können, sagte Musk.
Der gesamte adressierbare Markt, den Musk für Solarglass sieht, umfasst rund 100 Millionen Haushalte weltweit. Musk betonte, dass das Unternehmen wirklich beabsichtige, dieses Produkt weltweit verfügbar zu machen.
Mit der Entwicklung grüner Energie (Solar und Wind) benötigt der Markt neue Lösungen, die es ermöglichen, große Mengen Strom zu speichern. Vor zwei Jahren baute Tesla nämlich im Streitfall in 100 Tagen in Südaustralien die weltweit größte Lithium-Ionen-Batterie mit einer Energiekapazität von 129 MWh auf Basis des Tesla Powerpack-Energiespeichers. Die Anlage sparte allein im ersten Jahr fast 40 Millionen US-Dollar ein und trug dazu bei, das unzuverlässige Stromnetz der Region zu stabilisieren und auszugleichen. Aber das Unternehmen beschloss, damit nicht aufzuhören und stellte im Juli 2019 ein neues System zur großflächigen Energiespeicherung vor. Das Projekt heißt Megapack.
Tesla begann seine Reise in der Entwicklung von Energiespeichersystemen im Jahr 2015 mit der Entwicklung und Produktion von Powerwall-Heimbatterien, die es ermöglichen, den Strom aus Sonnenkollektoren auf den Dächern von Häusern zu speichern. Für geschäftsorientierte Lösungen wurde wenig später das Powerpack-System eingeführt. Nach der jüngsten Ankündigung zu urteilen, hat das Unternehmen nun beschlossen, sich ernsthaft auf Energiespeichersysteme für Projekte im Versorgungsmaßstab zu konzentrieren.
Tesla sagt, dass der Megapack ein modulares Batteriesystem ist, das nicht größer als ein Versandbehälter ist. Die Batterien können direkt von Sonnenkollektoren gespeist werden. Die Energiekapazität jedes Megapack-Akkus beträgt 3 MWh. Das ist etwa das 14-fache der Kapazität des Powerpack-Speichers, der etwa 210 kWh Energie speichern kann.
Das Unternehmen weist darauf hin, dass Megapack-Batterien schlüsselfertige Lösungen sind, die mit allen zusätzlichen Geräten ausgestattet sind, die zum Speichern und Umverteilen von Strom erforderlich sind. Der Hauptvorteil der Megapack-Batterien besteht nach Angaben des Unternehmens darin, dass sie zu großen Speichern von umweltfreundlich gewonnener Energie mit einer Gesamtenergiekapazität von bis zu 1 GWh kombiniert werden können.
Laut Tesla wird ein solches System eine Fläche von 1,2 Hektar einnehmen und seine Installation und Verbindung wird weniger als drei Monate dauern. Das Unternehmen schätzt, dass beispielsweise 1 GWh Standby-Energie ausreichen wird, um alle Haushalte in San Francisco sechs Stunden lang mit Strom zu versorgen.
Megapack ist kein vollständiger Ersatz für konventionelle Kraftwerke, aber dieses System kann als temporäre Backup-Energiequelle bei Spitzenlasten und Stromausfällen verwendet werden. Typischerweise werden in solchen Fällen spezielle mit Erdgas betriebene Spitzenkraftwerke eingesetzt. Sie gelten laut der Tesla-Website als eine der am wenigsten effizienten und schmutzigsten.
Für Megapack hat das Unternehmen eine eigene Software entwickelt. Alle Batterien im Megapack sind mit Powerhub, einer fortschrittlichen Projektmanagement-Plattform für Versorgungsunternehmen, verbunden und können auch in Autobidder, Teslas Machine-Learning-Plattform für den automatisierten Energiehandel, integriert werden.
„Der Markt für fortschrittliche Energiespeicherlösungen wächst rasant. Allein im letzten Jahr haben wir mit unseren aktuellen Powerwall- und Powerpack-Speicherprodukten über 1 GWh globale Speicherkapazität installiert, wodurch unser globaler Gesamtspeicher auf über 2 GWh kumuliert angestiegen ist. Mit Megapack wird diese Zahl in den kommenden Jahren exponentiell wachsen“, versprach Tesla.
Das erste derartige Projekt wird bereits umgesetzt. Die in San Francisco ansässige PG&E (Pacific Gas and Electric Company), einer der größten Erdgas- und Stromanbieter in den USA, hat die Inbetriebnahme eines Megapack-Speichers in Kalifornien an der Küste von Monterey Bay bis Ende 2019 angekündigt. Es muss eine Leistung von 182,5 MW für vier Stunden bereitstellen, das heißt, sein Energieverbrauch beträgt mindestens 730 MWh. Die geplante Lagerdauer beträgt 20 Jahre. „Wir glauben, dass Energiespeicherung wichtig sein wird, um die allgemeine Netzzuverlässigkeit zu verbessern, erneuerbare Energien zu integrieren und Kunden dabei zu helfen, Energie und Geld zu sparen“, sagte Roy Kuga, Vice President von PG&E.
Solarheizung
Heute können Häuser nicht nur mit Kohle- und Gasöfen, sondern auch mit Sonnenenergie unabhängig beheizt werden. Und wir sprechen nicht von Sonnenkollektoren, die Strom erzeugen, um Heizungen anzutreiben, sondern von Sonnenkollektoren, die das Wasser, das zum Heizen von Häusern verwendet wird, direkt erhitzen. Dank Wissenschaftlern des Massachusetts Institute of Technology (MIT) können diese Geräte günstiger und effizienter werden und sich dadurch weiter verbreiten.
Die Arbeit der Wissenschaftler wurde durch ein Programm des US-Energieministeriums gefördert. Die Ergebnisse sind im ACS Nano Journal beschrieben. Miterfinderin Professorin Evelyn Wang erklärt, dass man zum effizienten Sammeln von Sonnenwärme ein Gerät braucht, das sich im Inneren erwärmt, während es draußen kalt bleibt. Eine Möglichkeit besteht darin, zwischen der Glasschicht und dem dunklen wärmeabsorbierenden Material ein Vakuum zu erzeugen. Allerdings sind solche Kollektoren zu teuer. Daher suchen Hersteller seit langem nach einem alternativen Wärmeisolator.
Das von den MIT-Forschern entwickelte Material war perfekt für diese Rolle. Es ist im Wesentlichen ein transparentes Aerogel. Aerogele werden zwar schon lange als hocheffiziente und ultraleichte Wärmedämmstoffe eingesetzt, hatten aber bisher eine geringe Transparenz für sichtbares Licht. Professor Wang sagt, dass die Entwicklung eines Aerogels, das für Solarkollektoranwendungen transparent genug ist, ein langer und mühsamer Prozess war, an dem mehrere Forscher über vier Jahre beteiligt waren. Das Ergebnis ist jedoch ein Aerogel, das mehr als 95 % des einfallenden Sonnenlichts durchlässt und gleichzeitig hohe Wärmedämmeigenschaften behält.
Der Aerogel-Kollektor wurde auf dem Dach des MIT-Campus mitten im Winter bei Außentemperaturen unter 0 °C getestet und zeigte hervorragende Ergebnisse. Das Gerät erhitzte das wärmeabsorbierende Material auf 220 °C. Solch hohe Temperaturen waren bisher nur durch Kollektoren mit Spiegeln erreichbar, um das Sonnenlicht auf einen einzigen Punkt zu fokussieren. Der am MIT erfundene Kollektor erfordert jedoch keine Fokussierung von Lichtstrahlen, was ihn einfacher und kostengünstiger macht. Dies könnte es möglicherweise für eine Vielzahl von Anwendungen nützlich machen, die eine höhere Heizleistung als die Heizung von Wohngebäuden erfordern. Großformatige Versionen dieser Kollektoren können in chemischen, Lebensmittel- und anderen industriellen Prozessen verwendet werden.
Sonnige Kleidung
Ein Forschungsteam aus Nürnberg und Erlangen (Bayern, Deutschland) gab am 11. November bekannt, dass es einen Weltrekord für die Effizienz der Umwandlung von Sonnenenergie in Strom mit einem organischen Photovoltaikmodul aufgestellt hat. Der Wirkungsgrad des neuen Moduls beträgt 12,6 % (auf einer Fläche von 26 qm), während der bisherige Rekord bei 9,7 % lag. Das erzielte Ergebnis wurde vom unabhängigen Zertifizierungslabor Fraunhofer ISE in Freiburg bestätigt.
Entwickelt wurde das Multi-Element-Modul in der Solarfabrik der Zukunft in Nürnberg, im Beschichtungslabor mit einer einzigartigen Pilotlinie für Dünnschicht-Photovoltaikgeräte, die mit finanzieller Unterstützung des Ministeriums für Wirtschaft, Entwicklung und Energie des Bayern. Der Chef dieses Ministeriums, Hubert Eivanger, sagte: "Dieser Durchbruch zeigt, dass Bayern nicht nur bei der Weiterentwicklung von Photovoltaikanlagen, sondern auch bei der Entwicklung von Zukunftstechnologien führend ist."
Organische Solarzellen bestehen meist aus zwei unterschiedlichen Komponenten, die die erforderlichen halbleitenden Eigenschaften aufweisen. Im Gegensatz zu herkömmlichem Silizium, das durch energieintensive Schmelzprozesse hergestellt wird, können organische Materialien direkt aus Lösungen auf Folien oder Glas aufgebracht werden. Die Flexibilität und Leichtigkeit organischer Solarzellen (bei geringeren Herstellungskosten im Vergleich zu Silizium) erweitert ihr Anwendungsspektrum auf mobile Geräte und Kleidung,auch wenn sie Silizium-Solarzellen in der Energieeffizienz noch unterlegen sind. Der wissenschaftliche Direktor der Solarfabrik der Zukunft, Professor Christoph Brabeck, behauptet, dass organische Solarzellen nach dem gezeigten Rekord bereits bereit seien, über die Laborforschung hinauszugehen.
Zwei Japan in fünf Jahren
Die Internationale Energieagentur (IEA) hat am 21. Oktober einen Bericht vorgelegt, in dem sie dies für 2019-2024 prognostiziert. Erneuerbare Kraftwerke werden um 50 % oder 1200 GW wachsen, was der derzeitigen Gesamtstromkapazität in den USA entspricht. Insbesondere die Solarenergiekapazität wird um fast 700 GW wachsen, was dem Doppelten der Gesamtkapazität Japans entspricht.
Die IEA prognostiziert, dass in den nächsten fünf Jahren fast die Hälfte des Wachstums der Solarenergie (genauer 320 GW) nicht aus traditionellen Solarkraftwerken, sondern aus sogenannten verteilten Photovoltaikanlagen stammen wird, die in Wohnhäusern, Gewerbegebäuden und Industriegebäuden installiert sind Anlagen. Die Kapazität dieser Systeme wird sich in fünf Jahren um mehr als das 2,5-Fache erhöhen und 500 GW überschreiten.
Die größten Treiber des Solarbooms werden Gewerbe- und Industrieunternehmen sein, die mit autarken Stromversorgungen Strom sparen wollen. Sie werden drei Viertel der Kapazität neuer dezentraler PV-Anlagen ausmachen. Aber auch die Bevölkerung wird einen wesentlichen Beitrag leisten. Bis 2024 werden sich die Häuser mit Sonnenkollektoren auf Dächern auf etwa 100 Millionen mehr als verdoppeln, wobei das höchste Pro-Kopf-Wachstum in Australien, Belgien, Kalifornien, den Niederlanden und Österreich erwartet wird.
Die Kosten für die Stromerzeugung aus verteilten PV-Anlagen liegen in den meisten Ländern bereits unter den Einzelhandelsstrompreisen. Die IEA prognostiziert, dass diese Kosten bis 2024 um weitere 15-35% gesenkt werden, was diese Technologie noch attraktiver macht und ihre weltweite Einführung fördert.
