Transparent, flexibel und organisch – neue Solarzellen für das Autodach

Teuer, aufwändig, schwierig zu integrieren – trotz ihres hohen Potenzials hatten Solaranlagen auf Autodächern bisher einen schweren Stand. Doch mit der Entwicklung flexibler und unsichtbarer Solarzellen könnte sich das bald ändern.

Der Verkauf von E-Autos und Hybriden boomt: Lag die Zahl neu zugelassener Stromer 2019 in Deutschland noch bei knapp 7 Prozent, stieg sie bis zum Jahr 2021 auf deutlich über 13 Prozent. Ein Trend, der bei der Gesamtstrategie zur Dekarbonisierung des Mobilitätssektors eine wichtige Rolle spielt, vorausgesetzt er basiert auf der Verwendung von Grünstrom. Dabei helfen könnten E-Autos mit eingebauten Photovoltaikanlagen, die durch die Kraft der Sonne Energie erzeugen. Ob auf dem Dach, der Motorhaube oder in der Windschutzscheibe – neue Technologien sollen eine nahezu unsichtbare und hocheffiziente Integration von Solarzellen möglich machen. Für E-Autos würde das zusätzliche Reichweite und eine noch größere Unabhängigkeit bedeuten.

Die Idee, E-Autos mit Solarpanels zu betreiben, ist nicht neu. Erste Versuche gehen auf den amerikanischen Ingenieur Charles Alexander Escoffery zurück, der bereits 1956 mit diesem Konzept experimentierte. Seitdem sind ihm viele namhafte Automobilhersteller gefolgt. Ob Mercedes, Maybach oder Volkswagen – fahrtüchtige Prototypen mit integrierten Solarpanels gab es bereits viele. In die Serienproduktion schafften es allerdings nur die wenigsten von ihnen. Zurzeit ist Toyota der einzige Hersteller, der ein Auto mit Solarpanels auf der Straße hat. Dabei handelt es sich um den in Serie gefertigten Prius Plug-in, den Kunden optional auch mit Solardach bestellen können. Die Ausstattungsvariante im Wert von knapp 3.000 Euro soll für etwa sechs Kilometer zusätzliche Reichweite am Tag sorgen. Und es geht noch mehr: Das Solarfahrzeug Sion vom Münchner Start-up Sono Motors schafft sogar bis zu 35 Extra-Kilometer pro Tag. Ein ordentliches Reichenweitenplus, das zeigt, wie viel Potenzial in der Technologie steckt. Den Verkaufsstart plant das Unternehmen für die zweite Jahreshälfte 2023. Mit dem finnischen Auftragsfertiger Valmet soll es auch schon einen Vertrag über die Produktion geben.

Doch warum konnten sich die Solar-Autos trotz ihres Potenzials in Sachen Reichweite bisher nicht am Markt durchsetzen? Der Grund: Neben den Kosten und der aufwändigen Integration der Solarpanels dürfte das vor allem auch an den hohen Designansprüchen der Käufer liegen. Doch dafür gibt es bereits Lösungen, wie deutsche Technologieunternehmen und Forschungseinrichtungen zeigen. Ob hinter speziellen Lackierungen oder versteckt im Glas – die Solarzelle der Zukunft glänzt durch Unsichtbarkeit.

Autos sind mehr als nur Gebrauchsgegenstände. Auch ihr Design spielt eine wichtige Rolle. Aus diesem Grund hat das Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme (ISE) vor einigen Jahren eine neue Beschichtungstechnologie entwickelt. Mit ihr lassen sich Solarzellen quasi unsichtbar in die Außenhülle von Autos integrieren. Der Clou: Die Solarzellen verschwinden hinter einer Lackierung, die einen Großteil des Sonnenlichts durchlässt, während sie gleichzeitig nach außen in brillanter Farbe erstrahlt. Möglich ist das durch einen Interferenz-Effekt, bei dem lediglich die ganz feinen Wellenlängenbereiche des Lichts reflektiert werden. Der Rest geht durch die Beschichtung hindurch und wird von den Solarzellen absorbiert. Ein Trick, den sich die Freiburger Forscher beim amerikanischen Morpho-Schmetterling abgeschaut haben und zusammen mit laminierten Solarzellen in handelsüblichen Panorama-Glasdächern verbauen.

Laut ISE lässt sich die als Morpho-Color bezeichnete Beschichtung in beliebigen Farben und mit hoher Sättigung produzieren. Dabei soll der Wirkungsgrad der Solarzellen nur durchschnittlich sieben Prozent geringer ausfallen als bei Solarmodulen mit gewöhnlichen Glasabdeckungen. Nachdem das Fraunhofer ISE die unsichtbaren Solarmodule bereits 2019 auf der IAA ausgestellt hat, geht die Entwicklung in eine nächste Forschungsphase. Dafür wurden 100 Fahrzeuge mit den unsichtbaren Solarpanels ausgerüstet und durchlaufen einen dreijährigen Praxistest, der noch bis zum Ende dieses Jahres läuft. Die Daten der Studie sollen realistische Langzeitwerte liefern und könnten Herstellern den Schritt zur Anwendung im Massenmarkt erleichtern. Immerhin: Die Forscher gehen davon aus, dass ihr Solardach an einem sonnigen Tag Energie für bis zu 10 km Fahrstrecke liefert.

Einen völlig anderen Ansatz verfolgt das Dresdner Technologieunternehmen Heliatek. Als international führender Hersteller von organischen Solarzellen ist das Spin-Off der TU Dresden auf die Herstellung von Solarfolien spezialisiert. Die biegsamen Folien sind superdünn, leicht und basieren auf Kohlenstoffverbindungen, die wesentlich günstiger und nachhaltiger sind als die Materialien herkömmlicher Solarzellen. Bei Haus- und Gebäudefassaden kommt die Technologie bereits erfolgreich zum Einsatz. Seit 2020 produziert Heliatek die biegsamen Folien in Serie. Da sie sich problemlos auf verschiedensten Materialien aufkleben lassen, sind die Folien auch für die Anwendung auf Automobilen geeignet. Und das nicht nur auf dem Dach oder der Motorhaube, sondern auch im Glas. Möglich machen das sogenannte opake Zellen, also organische Halbleiter, die nur einen gewissen Anteil des einfallenden Lichts absorbieren und den Rest durchlassen. Eine Technologie, die auch das Fraunhofer ISE aus Freiburg hat aufhorchen lassen. In einem Projektteam erforscht sie derzeit die Möglichkeit, organische Solarpanels über Autobahnen anzubringen. Laut ISE-Ingenieur Martin Heinrich noch ein langer Weg, doch das Beispiel zeigt, dass die neuen Solar-Technologien vielfältige Anwendungsmöglichkeiten abseits der üblichen Pfade ermöglichen.