Unter Strom statt unter Hitze – Die Straßenbahnscheibe der Zukunft

Wie wäre es, wenn sich klimafreundliche Mobilität und Hitzeschutz im Nahverkehr kombinieren ließen? Ein Traum? Sicherlich! Und technisch vielleicht bald schon Realität im modernen und nachhaltigen Nahverkehr. Forschende vom Fraunhofer ISE und der Universität Freiburg veröffentlichten im August in der Fachzeitschrift Joule eine Studie zu organischen semitransparenten Photovoltaikmodulen. Diese Technologie könnte den geschilderten Traum wahr werden lassen. Von Johann Rauhaus

Kurz zum Hintergrund: Semitranssparente Photovoltaikmodule sind nicht gänzlich neu. Zwei Technologien beherrschen hier aktuell den Markt: Kristalline Dickschichtzellen und sogenannte Solarfolien. Photovoltaikmodule auf Basis kristalliner Dickschichtzellen erreichen die Semitransparenz durch Hohlräume zwischen den aktiven Bereichen. Es gibt also aktive undurchsichtige Bereiche, die Licht in elektrische Energie wandeln und Hohlraume dazwischen, die Licht durchlassen. Der Lichtdurchlass hängt vom Verhältnis aus durchsichtigen und undurchsichtigen Bereichen und kann nahezu frei gewählt werden. Oft liegt er zwischen 40 bis 50 %. Solarfolien nutzen sehr dünne Halbleiter auf einem transparenten Trägermaterial. Je dünner die Halbleiterschicht, desto höher der Lichtdurchlass, der hier typischerweise im Bereich 10 bis 20 % liegt.

Die in der Studie vorgestellten organischen semitranssparenten Photovoltaikmodule lassen knapp über 50 % des sichtbaren Lichts durch und führen gleichzeitig die Energieumwandlung durch. Dies wird durch den Einsatz organischer Halbleiter ermöglicht. Deren einzigartige optische Eigenschaften ermöglichen es, Strahlung im nahen Infrarotbereich stark zu absorbieren und gleichzeitig ein hohes Maß an Transparenz im sichtbaren Spektrum aufzuweisen. Durch die Absorption der Infrarotstrahlung ist der Hitzeschutz bei diesen multifunktionalen semitransparenten Photovoltaikmodulen gleich inklusive. Damit ausgerüstete Scheiben wären kaum von marktüblichen Hitzeschutzverglasungen zu unterscheiden.

So reduziert sich das Aufheizen des Fahrgastraums, was wiederum den Strombedarf der Klimaanlage senkt. Zusätzlich können weitere Nebenverbraucher wie Infodisplays und die Innenbeleuchtung elektrisch unterstützt werden. In die Fenster integrierte Solarmodule verändern das Design und die Aerodynamik der Fahrzeuge nicht, wie es bei Solarmodulen auf dem Fahrzeugdach der Fall wäre und sind zudem um ein Vielfaches leichter als klassische Photovoltaikmodule.

Im Gegensatz zu klassischen Photovoltaikmodulen, die durch weltweite Massenfertigung günstig verfügbar sind, fehlt es aktuell noch an marktreifen Lösungen bei organischen Photovoltaikmodulen. Dennoch bietet die Technologie enorme ökonomische und ökologische Potenziale. Die Materialbasis organischer Photovoltaikmodule sind Kohlenstoff-Polymere, deren Rohstoffpreise um ein Vielfaches geringer sind als die Rohstoffe klassischer Solarzellen wie Silizium, Silber und Kupfer sowie Cadmium und Tellur bei den Solarfolien. Auch die zunehmend in den Fokus geratenden Herausforderungen geopolitischer und geologischer Knappheit, können durch den Einsatz der Kohlenstoff-Polymere gelöst werden.

So bietet die Technologie organischer Photovoltaikmodule enormes Potenzial für eine saubere und nachhaltige Mobilität der Zukunft - und zwar nicht nur im täglichen Betrieb in unseren Städten, sondern entlang der gesamten Wertschöpfungskette.