Die Zukunft von Photovoltaik und Stromspeichern

Dass Solaranlagen auch nachts Strom produzieren, klingt wie ein Traum, der die erneuerbare Stromerzeugung auf ein neues Level hebt. Zukünftig könnte ein Durchbruch in der Halbleiter- und Photovoltaikforschung Grund für diese Revolution sein: Während herkömmliche Photovoltaikanlagen meist Sonnenlicht brauchen und auf das Spektrum des sichtbaren Lichtes beschränkt sind, kann das Halbleitermaterial Quecksilber-Cadmium-Tellurid (HgCdTe) auch Infrarotstrahlung zur Stromerzeugung nutzen.  

Das zugrundeliegende Prinzip ist dabei die sogenannte Wärmestrahlung. Demnach strahlen alle Körper eine gewisse Wärme an ihre Umgebung ab, auch unser Planet. Das funktioniert in einem Kreislauf: Während jeder Körper Wärme abgibt, nimmt er genauso Wärme von anderen umgebenden Körpern auf. Während die Erde sich tagsüber durch die Sonneneinstrahlung erwärmt, muss sie diese Wärme nachts wieder abgeben. Das ist Teil der Energiebilanz der Erde, um die Temperatur des Planeten mehr oder weniger konstant zu halten – bei etwa 15° Celsius. 

Das Problem bei dieser Variante zeigt sich allerdings bereits bei den Bestandteilen des Halbleitermaterials: Quecksilber und Cadmium sind beides giftige Schwermetalle, die wieder recycelt werden müssen, wenn die Solarzellen ausgedient haben. Außerdem, wie so oft, steht diese Technologie noch am Anfang der Forschung. Obwohl Quecksilber-Cadmium-Tellurid schon vor mehr als 60 Jahren zum ersten Mal synthetisiert wurde, und seitdem vor allem in Infrarotsensoren verwendet wird, ist der Nutzen in der Stromerzeugung noch weitgehend unerforscht. Sollte sich die Wärmestrahlung dennoch als valide Form der Stromerzeugung erweisen, würde dies die Notwendigkeit von großen Stromspeichern als Unterstützung erneuerbarer Energien reduzieren. 

Stromspeicher müssen in einem modernen Stromsystem möglichst jederzeit flexible Kapazitäten bereitstellen können, um die Schwankungen erneuerbarer Energien zu kompensieren. Dafür werden in Deutschland bereits große Speicher und Batterieparks gebaut. Eine weitere Variante ist es, bereits bestehende, wenn auch vergleichsweise kleinere Batterien, zu nutzen und in das Stromnetz zu integrieren. Vor allem E-Autos würden dadurch zu einem Teil der Stromversorgung werden. E-Autos und Benziner bzw. Dieselautos haben nämlich eines gemeinsam: Die meiste Zeit, im Durchschnitt sogar mehr als 23 Stunden pro Tag, stehen sie, sind geparkt, bewegen sich nicht. Welchen Vorteil E-Autos gegenüber Autos mit Kraftstoff dagegen haben: Auch während sie geparkt sind, können sie noch nützlich sein. Es geht dabei um bidirektionales Laden.  

Dafür gibt es zwei verschiedene Konzepte von bidirektionalem Laden: 

1. Vehicle-to-Grid (V2G): Je nach Strombedarf speisen E-Autos Strom ins Stromnetz zurück. Auf diese Weise können sie das Netz in Schwachlastzeiten stabilisieren. 
2. Vehicle-to-Home (V2H): Dieses Modell ist ähnlich dem V2G-Modell, nur dass der Strom nicht ins Stromnetz zurückgeführt wird, sondern in den eigenen Haushalt. 

Das V2G-Modell ist aktuell in Deutschland noch nicht flächendeckend verfügbar, vor allem müssen noch die richtigen Bedingungen geschaffen werden. Dazu ist eine passende Ladeinfrastruktur notwendig, z.B.Wallboxen mit bidirektionaler Ladefähigkeit und Software zur Steuerung und Verwaltung des Ladevorgangs. Ebenso muss die Kommunikation zwischen Fahrzeugen, Ladeinfrastruktur und Stromnetz reibungslos funktionieren. 

Die technischen Voraussetzungen für V2H sind ähnlich, es braucht ein Fahrzeug mit bidirektionaler Ladefähigkeit oder eine bidirektionale Ladestation und eine Kommunikation zwischen E-Auto und Stromzähler. Außerdem ist ein intelligentes Energiemanagementsystem hilfreich, um zu ermitteln, wie hoch der Stromverbrauch im Haushalt ist.  

Stromkosten sparen mit bidirektionalem Laden

V2H ist allerdings nur dann wirklich sinnvoll, wenn Sie durch die Stromversorgung durch das E-Auto Strom bzw. Stromkosten sparen können. Laden Sie das Auto zuhause und nutzen die Batterie dann, um Haushaltsgeräte zu betreiben, hat der Strom eigentlich nur einen Umweg genommen und sie haben letztendlich nichts gewonnen. Deswegen ist es sinnvoll, bidirektionales Laden mit Stromtarifen zu verbinden, die solches Verhalten belohnen: 

1. Ein Tarif mit festem Preis pro Kilowattstunde aber einem Nachtladebonus. 
2. Ein dynamischer Stromtarif, der sich nach den Börsenstrompreisen richtet. 

In beiden Fällen nutzen Sie den Strom aus dem E-Auto idealerweise, um weniger teuren Strom aus dem öffentlichen Stromnetz zu beziehen. Mit einer PV-Anlage können Sie das E-Auto als Stromspeicher noch besser nutzen. Wird überschüssiger kostenloser Strom aus der PV-Anlage vorübergehend im Auto gespeichert, können Sie diesen später nutzen. 

Bidirektionales Laden und Lebensdauer der Batterie

Viele Ladezyklen wirken sich negativ auf die Lebensdauer von Batterien aus. Das kennen alle von Smartphones oder Laptops. Eine von der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen und The Mobility House durchgeführte Studie hat allerdings ergeben, dass bidirektionales Laden nur einen sehr kleinen Einfluss auf die Alterung der Batterie hatte. Die zusätzliche Alterung betrug nach zehn Jahren zwischen 1,7 und 5,8 Prozent.