Im August wird auf dem Brightlands-Chemelot-Campus die zweite Pilotstrecke mit Dünnschichtmodule installiert (Foto: Jonathan Vos)

Die Integration von Lärmschutzwänden mit Photovoltaik kann einen wesentlichen Beitrag zur Energiewende leisten. Im Rahmen des Projekts Rolling Solar untersuchen verschiedene Forschungsinstitute und Unternehmen das Potenzial dieser Anwendung und entwickeln Lösungen. Zwei Testanlagen mit verschiedenen Typen von Solarzellenmodulen wurden in der belgischen Stadt Genk und der niederländischen Gemeinde Rosmalen errichtet. An beiden Standorten hat mittlerweile die Testphase begonnen. In Belgien melden sich nun die ersten privaten und öffentlichen Interessenten für groß angelegte Pilotprojekte. Damit ebnet Rolling Solar den Weg für eine kostengünstige kommerzielle Einführung dieser Technologie.

Bifaziale Solaranlagen
Die EnergyVille befindet sich auf dem Thor Park in Genk. Hier forschen die Rolling-Solar-Partner Universität Hasselt (UHasselt) und imec (sowie KU Leuven und VITO) an nachhaltiger Energie und intelligenten Energiesystemen. Am Rande des Geländes erhebt sich eine 13 m breite und 5 m hohe Lärmschutzwand.

„Die Lärmschutzwand wird entlang einer Nord-Süd-Straße gebaut“, sagt Michaël Daenen, Professor für Ingenieurtechnik an der UHasselt, einer der Teilnehmer an Rolling Solar. Der Teil aus Beton steht bereits jetzt. Auf der Ostseite befinden sich drei Varianten von Solarzellenmodulen: kristallines Silizium im PERC-Design (passivated emitter and rear cell = Zelle mit passiviertem Emitter und passivierter Rückseite), Dünnschicht-Cadmiumtellurid (CdTe) und Dünnschicht-Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS). Die ersten zwei Varianten sind auf Rahmen montiert. Die CIGS-Module, eine Entwicklung von TNO/Solliance, sind direkt auf den Beton geklebt. Es wird nicht mehr lange dauern, bis die verbleibenden 8 m der Lärmschutzwand vom neuen Projektpartner Group Ceyssens, einem Entwickler und Hersteller von Fenstern, realisiert werden. Dieser Abschnitt wird aus Metallrahmen bestehen, in die CdTe- und CIGS-Solarzellenmodule und bifaziale, also zweiseitige, kristalline Silizium-PERC-Solarzellenmodule eingeschoben werden.

Energieertragsmodell
Obwohl die Lärmschutzwand in Genk noch im Bau ist, haben die Messungen an dem bereits in Betrieb befindlichen Teil begonnen. Die Daten zum Energieertrag werden gesammelt, wobei die Leistungsoptimierer von SolarEdge, mit denen die Solarzellenmodule ausgestattet sind, als Quelle dienen. Die ersten gesammelten Daten lassen schließen, dass alles ordnungsgemäß funktioniert und im kommenden Jahr planungsgemäß überwacht werden kann. Doch laut Prof. Daenen reicht das für weitere Forschungen nicht aus.

Das Forschungszentrum für Nanoelektronik und Digitaltechnik imec spielte eine wichtige Rolle bei der Entscheidung für die Solarzellentechnologie. Die Wissenschaftler haben ein wunderbares Werkzeug zur Modellierung der Energieausbeute entwickelt. Dabei werden alle möglichen Faktoren berücksichtigt – das Material, die Umgebung, die Ausrichtung, die Temperatur, die Albedo usw. Um dieses Modell jedoch optimal zu füttern, sind die Daten über Strom und Spannung, die man jetzt über die Überwachungsfunktion der Leistungsoptimierer erhalten, suboptimal. Die Leistungsoptimierer von haben eine Abtastzeit von etwa 10 Minuten. „Wir wollen, dass sie 1 Minute oder weniger beträgt. Auf diese Weise können wir uns z. B. ein viel detaillierteres Bild vom Einfluss der Abschattung durch Wolken und vorbeifahrende Radfahrer oder Autos auf die erzeugte Leistung machen“, erläutert Daenen und fährt fort: „Derzeit wird die Elektronik installiert, die das möglich macht. Neben dem Wirkungsgrad der Solarzellenmodule untersuchen wir auch die Stabilität der Materialien mit allerlei Sensoren, die Verformung und Temperatur messen.“

Schallschluckendes Material
Die Energiewende wird weitgehend mit Hilfe der Sonnenenergie realisiert. Laut Daenen schränkt jedoch die geografische Struktur Belgiens die Möglichkeiten zur Entwicklung großer Solarparks ein. Der Einsatz von Lärmschutzwänden zur Erzeugung von erneuerbarem Strom ist daher vielversprechend, da sie doppelt genutzt werden können und eine große Gesamtfläche haben. Aber das Fernhalten von Lärm bleibt die primäre Funktion. In Belgien, wo Autobahnen oft Städte durchqueren, werden Lärmschutzwände in einem Winkel von 90 Grad gebaut. Deshalb sind alle Typen von Solarzellenmodulen der Lärmschutzwand in Genk in Duos angeordnet. Vor einem der beiden wird ein transparentes schallabsorbierendes Material platziert. So kann die akustische Wirkung und der Unterschied in der Energieausbeute ermittelt werden. Das erste gelieferte Material hat den Praxistest jedoch nicht bestanden; im Labor wurde ein Verlust von 30 % der möglichen Energieausbeute festgestellt. Das Bau- und Infrastrukturunternehmen Habenu-van de Kreeke, der Projektpartner, der die Pilotanlage in Genk installiert hat, arbeitet deshalb nun mit einem Unterauftragnehmer an der Entwicklung eines neuen transluzenten Materials.

Interessenten für Großprojekte
Über Medienaufmerksamkeit kann sich Daenen nicht beklagen. Nicht nur die Fachpresse, sondern auch überregionale Zeitungen und Fernsehsender berichteten großzügig über die Aktivitäten des Rolling-Solar-Konsortiums im Thor Park. Das hat inzwischen zu mehreren Gesprächen mit interessierten Bauherren und Regierungen geführt. „Wir hatten mehrere Treffen mit der Stadt Antwerpen bezüglich der Erneuerung der Umgehungsstraße. Darüber hinaus sind wir in Gesprächen mit dem öffentlichen Dienst für Umwelt und Energie der Region Brüssel-Hauptstadt Leefmilieu Brussel. Dies sind ebenfalls Sondierungsgespräche, aber es zeigt, dass es Interesse für die Einführung größerer Projekte gibt. Dazu gehört auch die Einrichtung eines funktionierenden Kooperationsmodells zwischen allen Beteiligten, was die Beantwortung komplexer Fragen erfordert: Wer ist der Eigentümer, wie organisieren wir die Bürgerbeteiligung, wer macht die Wartung usw.? Es ist auch wichtig, die Parteien zusammenzubringen und Vertrauen zu schaffen“, beschreibt Daenen die aktuelle Situation.

Lärmschutzwand aus fünf Kassetten
Auf dem Gelände des Bauunternehmens Heijmans in Rosmalen in den Niederlanden wurde im Rahmen des Rolling-Solar-Projekts ebenfalls eine PV-integrierte Lärmschutzwand errichtet. Das Unternehmen für Immobilien-, Bau-, Infrastruktur- und Installationstechnik realisierte diese gemeinsam mit Soltech, Sanko Solar, Solliance und TNO EnergyTransition. Der Testaufbau ist 12 m breit. Auf einem Betonsockel sind insgesamt fünf Kassetten von je einem Meter Höhe gestapelt, in denen Solarzellenmodule eingebaut sind. Die zwei unteren enthalten beidseitig kristalline Silizium-Solarzellenmodule. Die obere ist mit Dünnschicht-CdTe-Solarzellenmodulen bestückt, die mittleren 2 mit doppelseitigen Dünnschicht-CIGS-Solarzellenmodulen.

Bestrahlungsmuster 
Die Tests haben Anfang dieses Jahres begonnen und verlaufen laut Innovationsmanager Stijn Verkuilen van Heijmans gut. Die kristallinen Silizium-Solarzellenmodule dienen als Referenz für die Messungen. Das Hauptinteresse gilt der Herstellung und dem Verhalten der Dünnschicht-PV-Technologien in dieser speziellen Anwendung mit ihren einzigartigen Einstrahlungsmustern und Strukturschatten. Die CdTe- und CIGS-Solarzellenmodule werden paarweise angeordnet, um zwei verschiedene Tests durchzuführen. An einer Hälfte des Systems werden IV-Kurvenmessungen durchgeführt, um zu sehen, wie sich das Modul bei diesen ungewöhnlichen Einstrahlungsmustern verhält. Die andere Hälfte des Systems wird über Wechselrichter an das Stromnetz angeschlossen, um die Leistung im Energieertrag zu überwachen. „So können wir untersuchen, ob das System als Ganzes – die PV-Module und der Wechselrichter – gut zusammenarbeitet und funktioniert“, schildert Verkuilen.

Positives Geschäftsszenario
„Dies ist nicht die erste PV-Schallschutzwand, die wir realisiert haben“, sagt Verkuilen. „Im Rahmen des Projekts Solar Highways haben wir eine 400 m lange Lärmschutzwand mit 136 kristallinen Silizium-Solarmodulen entlang der A 50 bei Uden gebaut. Dabei haben wir uns für zweiseitige Solarzellen entschieden, um einen maximalen Energieertrag zu erzielen, und das bleibt auch in Zukunft die logische Wahl für diese Anwendung. Diese Erfahrung hat uns gelehrt, dass es technologisch machbar ist; die Lärmschutzwand funktioniert nun schon seit fast 3 Jahren einwandfrei. Das heißt aber nicht, dass eine großflächige Markteinführung unmittelbar bevorsteht. Es gibt noch kein positiven positives Geschäftsszenario; die Amortisationszeit muss reduziert werden. Um das zu erreichen, ist die Reduzierung der Investitionskosten die große Aufgabe, die vor uns liegt. Wir sehen das, neben unserem Engagement für mehr Designfreiheit, um mehr ästhetischen Wert zu schaffen, als das Hauptziel unserer Bemühungen innerhalb von Rolling Solar.“

Massenanpassung
In den Niederlanden sind die Konstruktionsvorgaben für Lärmschutzwände reglementiert, z. B. in Bezug auf die Neigung, den Abstand zwischen den Pfeilern und die Dicke des Glases. So wird sichergestellt, dass die Lärmbelästigung angemessen verhindert wird. Das Hinzufügen einer zusätzlichen PV-Funktion ist demgegenüber sekundär und erfordert daher den Einsatz geeigneter Solarzellenmodule. Wenn man über Kostenreduzierung spricht, ist die Anwendung einer modularen PV-Lärmschutzwand, die so schnell gebaut werden kann wie die in Rosmalen, von zusätzlichem Wert, wie Verkuilen unterstreicht. Seiner Meinung nach müssen aber erst einmal die Preise der speziellen PV-Module gesenkt werden, um die Gesamtprojekt rentabel zu machen.

„Deshalb sehen wir große Chancen bei Dünnschichtanwendungen, vor allem angesichts der Entwicklungen bei TNO. Wir arbeiten jetzt an der Massenfertigung: ein flexibles Rolle-zu-Rolle-Produktionsverfahren, bei dem Dünnschicht-Solarzellenmodule in großen Stückzahlen und in jeder gewünschten Größe hergestellt werden können. In dieser Hinsicht ist das Mineral Perowskit sehr vielversprechend, und wir hoffen, dass wir diese Solarzellentechnologie in Zukunft in unsere Testanlage aufnehmen können. Die Möglichkeiten zur kommerziellen Einführung von PV-Lärmschutzwänden hängen natürlich auch stark von den Tarifen ab, zu denen man Strom verkaufen kann. Die Versorgung des Stromnetzes ist nicht die interessanteste Option, das ist eine Lektion, die wir in Uden gelernt haben.

Entwicklung voranbringen
Das Tal des Todes. So charakterisiert Verkuilen den aktuellen Stand der Entwicklung von PV-Lärmschutzwänden in den Niederlanden. Das Rolling-Solar-Projekt soll helfen, diese Phase zu überwinden, nicht nur durch Technologieentwicklung und Kostensenkung, sondern auch durch die Motivation aller Arten von öffentlichen und privaten Interessengruppen.

„Die Infrastrukturgemeinschaft ist ziemlich konservativ. Nicht, dass es keine Innovationen gäbe, aber sie verzetteln sich zu oft in kleinen Versuchen. Nachdem wir unser Projekt in Uden abgeschlossen hatten, besuchten uns mehrere Unternehmen und Straßenbehörden. Ihre Begeisterung wurde jedoch gedämpft, als die Kosten aufkamen. Dieses Problem muss angegangen werden, um voranzukommen. Im Moment pflücken wir die niedrig hängenden Früchte der Solarrevolution. Wenn wir damit fertig sind, müssen wir immer noch weitermachen, um unsere Klimaziele zu erreichen. Die Integration von PV in die Infrastruktur kann dazu einen wichtigen Beitrag leisten, aber dafür muss jetzt kräftig investiert werden, auch in groß angelegte Pilotprojekte. Die Öffentlichkeitsarbeit rund um die Lärmschutzwand in Genk scheint die Dinge in Belgien in Bewegung zu bringen. Das ist ermutigend und ein guter Ansporn für uns, in den Niederlanden schneller zu werden“, sagt Verkuilen.