Straßen liefern Energie

30.05.2016

RWTH-Institut für Straßenwesen forscht an Straßen mit integrierter Photovoltaik.

  Personen vor Autoreifen Urheberrecht: Peter Winandy Sie wollen Photovoltaikzellen in die Oberfläche von Straßen integrieren – Diplomingenieur Lukas Renken der RWTH, RWTH-Professor Markus Oeser und Donald Müller-Judex der Solmove GmbH (von rechts).

„In Deutschland gibt es rund 1,4 Milliarden Quadratmeter horizontale Flächen. Diese könnten für die Erzeugung von Strom genutzt werden, beispielsweise für das Betreiben von 20 Millionen Elektroautos“, errechnet Lukas Renken. „Es werden Module benötigt, die horizontal liegen, bruch- wie rutschfest sind und das Licht optimal zur Energiegewinnung nutzen“, so der Diplomingenieur weiterhin. Er forscht unter Leitung von Professor Markus Oeser am RWTH-Institut für Straßenwesen in einem Verbund, gefördert vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie. Im Fokus steht die technische Bewertung der Energiegewinnung durch Fahrbahnoberflächen mit integrierter Photovoltaik.

Derzeit existieren nur Photovoltaik-Module für Dächer, Freiflächen und Fassaden, die meist aufgeständert nach Süden zeigen. Es gibt keine Module, die horizontal ausgelegt sind, um einen hohen Energieertrag bei gleichzeitig Belastbarkeit zu erzielen. Eine Doppelnutzung von Straßen für Verkehr und als Energielieferant bietet aber ein größeres Flächenpotenzial als Photovoltaik auf dem Dach. Im Projekt werden daher in den nächsten zwei Jahren die technischen und wirtschaftlichen Risiken befahrbarer Solar-Module erforscht. So müssen sie zum Beispiel eine mechanische Belastbarkeit von bis zu 11,5 Tonnen Achsenlast haben, um auch LKWs tragen zu können.

Energiewende unterstützen

Zwei Aspekte prägen den kontinuierlich wachsenden Strombedarf: Die Energiewende mit Ausstieg aus dem Atomkraft macht alternative Stromquellen unverzichtbar. Außerdem steigert die zunehmende Elektromobilität den Verbrauch. „Wenn 15 Prozent der Verkehrsflächen mit den Solar-Modulen ausgestattet werden, sind in Deutschland keine Atomkraftwerke mehr notwendig“, erläutert Donald Müller-Judex von der Solmove GmbH als Forschungspartner. „Die lokalen Versorger können auf regenerative Alternativen umstellen und langfristig die Kosten für die Straßenerhaltung refinanzieren“, betont er. Der Energieaufwand für die Produktion der Module werde in drei Jahren ausgeglichen. Das System soll eine Lebensdauer von 25 Jahren haben – länger als konventioneller Asphalt, der in der Regel nach 20 Jahren grundsaniert werden muss. „Die Entwicklung einer Solarstraße ist ein wichtiger Baustein für die Straße der Zukunft “, ergänzt Professor Oeser.

Solarteppich wird ausgerollt

Die Solar-Module sind etwa fünf bis sechs Millimeter dick und bestehen aus zusammensetzbaren Elementen, die industriell vorgefertigt wie ein Fliesenteppich ausgelegt werden sollen. Die einzelnen Solar-Module können beliebig kombiniert und ausgetauscht werden. Sie sind mit einem besonders bruchsicheren und rutschfesten Spezialglas bedeckt. Das Besondere ist vor allem die Oberfläche: Das Glas lenkt einfallendes Licht optimiert auf die Photovoltaik-Schicht im Inneren, so dass ein hoher Energieertrag möglich ist. Gleichzeitig führt das Glas photokatalytische Effekte herbei. „Es kann zur Luftreinhaltung beitragen, indem Stickoxide abgebaut werden“, so Lukas Renken. Denn Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid kämen vor allem aus Abgasen von Industrieanlagen, Feuerungsanlagen und Verkehr. Stickstoffmonoxid ist instabil und reagiert mit Luftsauerstoff und Ozon zu Stickstoffdioxid. An warmen Sommertagen kann Stickstoffdioxid aber wieder zu Stickstoffmonoxid zerfallen und mit dem Luftsauerstoff bodennahes, schädliches Ozon bilden. Seit 2010 müssen deshalb in Deutschland die Luftqualitätsgrenzwerte der 39. Bundes-Immissionsschutzverordnung eingehalten werden. Über 40 Prozent dieser Emissionen verursacht der Straßenverkehr.

Demonstrator entwickelt

Die Oberflächen der Fahrbahnen sollen zudem selbstreinigende Eigenschaften erhalten, damit möglichst wenig Schmutz das Sonnenlicht von den Solarzellen abhält. Integrierte LED-Lampen lassen die Seitenstreifen nachts leuchten. Flüsterqualität bekommt die Solarstraße durch eine akustisch optimierte Struktur. Dank Induktionsschleifen versorgen die Photovoltaik-Fahrbahnen Autos während der Fahrt drahtlos mit Energie. Auch Ampelsysteme werden über die Module mit Energie versorgt. Außerdem sollen Zwischenspeichersysteme die überschüssige Energie speichern.

Ein erster Demonstrator eines Solar-Moduls wurde von der RWTH gemeinsam mit der Solmove GmbH entwickelt. Weiterhin involviert sind unter anderem zwei Fraunhofer-Institute, die Bundesanstalt für Straßenwesen, das Forschungszentrum Jülich und die Spezialglashersteller JSJ Jodeit GmbH. Zu klären sind noch mögliche Unfallsituationen: „Das Schaltsystem ist so zu wählen, dass nur Teile des Systems abgeschaltet werden müssen“, meint Renken. Da wenig frequentierte Straßen zugleich weniger beschattet sind, wären Zufahrtsstraßen oder Fußgängerüberwege besonders gute Einsatzbereiche. „Aber auch höherbelastete Verkehrsflächen können mit den Systemen ausgestattet werden. Wir werden die Technik in den nächsten zwei Jahren optimieren.“

Redaktion: Presse und Kommunikation

 

Verwandte Themen