Solarzelle statt Ladesäule

Das Potenzial der Solarenergie

Wie viel Gratis-Energie die Sonne für den Verkehr liefern kann, berechnen zurzeit Forschende am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in einem Computermodell aus Strahlungsdaten von Satelliten. In Deutschland waren Anfang 2021 etwa 48 Millionen Pkw angemeldet. Würde man die Dachflächen aller Autos mit Solarzellen bestücken, ergäbe sich eine Fläche so groß wie die von Bremen. Damit liegt eine riesige Energiequelle brach. Welches Potenzial darin steckt, ist noch unklar. Die regionalen Gegebenheiten liefern häufig andere Werte als die Theorie. Die Wissenschaftler am ISE haben deshalb 80 Autos mit Messzellen ausgerüstet, die bis Mai 2022 über einen Zeitraum von einem Jahr die Sonneneinstrahlung auf den Fahrtwegen der Pkw messen. Die Messwerte sollen die Wetterdaten ergänzen und Aufschluss geben, in wie weit der Schattenwurf von Bäumen oder Gebäuden die Ausbeute an Sonnenenergie verringert. Zahlen wie die des Fraunhofer-Instituts werden benötigt, um die Chancen der Solarautos in Deutschland besser abschätzen zu können.

Selbst wenn der Lightyear One nicht völlig energieautark ist, bringen die Solarzellen einen Fortschritt für die Elektromobilität. „Wir benötigen viel weniger Infrastruktur als herkömmliche E-Autos“, sagt Lammers. Bei einer konsequenten Nutzung der Sonne müssten erheblich weniger Ladestationen gebaut werden. Das könnte die Kosten für die Mobilitätswende senken. Immerhin will allein das Bundesverkehrsministerium bis Ende 2025 für den Aufbau von Ladesäulen rund sechs Milliarden Euro ausgeben. Muss der One doch mal ans Stromkabel, begnügt er sich wie viele andere Elektroautos mit einer gewöhnlichen Haushaltsteckdose und lädt dort pro Stunde umgerechnet 35 Kilometer Reichweite.

Geld sparen können die ersten Kunden durch den Betrieb des Autos mit gratis Solarstrom allerdings nicht. Schließlich kostet das Fahrzeug 150.000 Euro, zuzüglich des landesüblichen Steuersatzes. Trotzdem konnten die Niederländer bereits viele der 946 vorbestellbaren Autos verkaufen. Bei der limitierten Stückzahl der ersten Serie stand übrigens eine Naturkonstante Pate: 9,46 Billionen Kilometer lang ist die Strecke, die Licht in einem Jahr zurücklegt.

Eine zweite Serie soll aufgelegt werden, wenn die Erfahrungen der ersten Besitzer des One in die neue Produktion eingeflossen sind. Der günstigere Lightyear Two in größerer Stückzahl ist erst für das Jahr 2024 geplant: Er soll etwa 30.000 Euro kosten. Bis dahin will man versuchen, den Anteil der teuren Handarbeit in der Fertigung, die in Finnland stattfindet, deutlich zu verringern, sagt Lammers.

Von der Rennstrecke auf die Straße

Für den Ingenieur und die vier anderen Gründer geht mit der Serienreife des Lightyear One ein Traum in Erfüllung. Lex Hoefsloot, Arjo van der Ham, Martijn Lammers, Qurein Biewenga und Koen van Ham haben sich durch den Bau von Solarautos kennengelernt. Sie gehörten zu den Studierendenteams der Technischen Universität Eindhoven, die von 2013 bis 2019 viermal nacheinander die Weltmeisterschaft für Solarfahrzeuge, die World Solar Challenge, in Australien gewonnen haben. (Mehr zum Wettrennen im Beitrag „Mit Sonnenenergie durch die Wüste“ ab Seite 86.) Eindhoven ist der bisher einzige Sieger in der sogenannten Cruiser-Klasse für Fahrzeuge mit mindestens zwei Sitzplätzen. Dieser Wettbewerb wurde erst 2013 als Ergänzung zu den Einsitzern eingeführt. „Das hat uns im Team angespornt, nicht nur an spezielle Rennwagen, sondern auch an Autos für den Alltag zu denken“, erzählt Martijn Lammers. „Das war der Start von Lightyear.“ Im September 2016 bezogen die Gründer den Firmensitz in Helmond. Dass sie schon sechs Jahre später das erste Solarauto auf den Markt bringen, belegt, wie sehr Solar-Konstrukteure von den Erfahrungen aus dem Bau der Rennwagen profitieren können.

Beim Übergang von der Rennstrecke zur Verkehrstauglichkeit standen die Gründer vor zwei großen Aufgaben: „Wir mussten den gesamten Antriebsstrang überarbeiten, sodass er auch bei viel höheren Kilometerleistungen zuverlässig funktioniert. Außerdem mussten wir das Auto generell straßensicher machen“, berichtet Lammers.

Ein Solarauto für jedermann

Der deutsche Solarauto-Hersteller Sono Motors ist anders vorgegangen. Sein Modell „Sion“ wurde von Beginn an als Auto für jedermann geplant. Die Zielgruppe sind beispielsweise Pendler mit relativ kurzen Fahrwegen. „Bei durchschnittlichem Wetter in München erzeugt der Sion nur durch die Sonne über 5800 Kilometer Reichweite pro Jahr“, sagt Thomas Hausch, COO von Sono Motors. Das deutsche Durchschnittsauto fährt jährlich etwa 14.000 Kilometer. Weit mehr als ein Drittel dieser Strecke könnte also mit Solarstrom zurückgelegt werden. Für die Klimabilanz des Verkehrssektors wäre das ein großer Fortschritt. Den Rest tankt das Fahrzeug wahlweise an einer herkömmlichen Ladestelle oder an der heimischen Steckdose. „Der Sion ist in erster Linie ein normales Elektroauto mit einer Reichweite von 300 Kilometern“, erklärt Hausch. Weil das Auto aber zusätzlich Sonnenenergie zum Laden nutzen kann, sei es attraktiver als die Konkurrenz.

Im ersten Halbjahr 2023 will der Münchener Fahrzeugbauer seine Solar-Elektroautos an die Kunden ausliefern, nachdem der Termin mehrfach verschoben wurde. Der Preis von 28.500 Euro ist deutlich günstiger als der des Lightyear One. Rabatte durch die Förderung von E-Autos sind darin nicht eingerechnet. Wer vor dem 8. November bestellt hat, zahlt für seinen Sion noch 3000 Euro weniger. Mehr als 16.000 Fahrzeuge wurden bereits geordert.

Die Community entscheidet

Die günstige Kalkulation entsteht nicht durch Abstriche bei der Solartechnik, sondern bei der Herstellung. Sono Motors verzichtet auf den Bau eines neuen Werks. Stattdessen will das Unternehmen in einer stillgelegten Saab-Fabrik im schwedischen Trollhättan fertigen lassen. Die ganze Produktion ist ungewöhnlich: Alle Autos, die vom Band laufen, sind identisch. Sono Motors erlaubt den Kunden keine Auswahl. Den Sion gibt es nur komplett in mattem Schwarz, angepasst an die Farbe der Solarzellen. Über das Aussehen der Felgen und der Scheinwerfer hat eine Community von Kaufwilligen abgestimmt. Die Beteiligung der Kunden gehört zur DNA der Firma, seit eine Crowdfunding-Aktion das ambitionierte Projekt 2020 vor der Pleite rettete. So haben die Konstrukteure nach 13.000 Testfahrten ein weiteres Fenster hinter der C-Säule eingebaut, weil sich die Kunden einen besseren Rundumblick gewünscht hatten.

„Unser Auto ist auf einen bestimmten Kundenkreis zugeschnitten“, sagt Thomas Hausch. Als individuelles Statussymbol taugt das Solar-Elektrofahrzeug kaum. Stattdessen können mehrere Menschen den Sion dank des eingebauten Carsharing-Tools als Gemeinschaft nutzen, und alle sind versichert. Hausch ist davon überzeugt, dass für den Kauf eines Solarautos andere Faktoren ausschlaggebend sind als bei Verbrennern. „Wir sehen eine gewisse Begeisterung für unsere Technologie und die große Familientauglichkeit“, sagt er. Die früher verbreitete Skepsis gegenüber Solarautos habe abgenommen. „Wir beobachten, dass die Vorteile der Technologie in der Gesellschaft wahrgenommen werden. Seit zwei, drei Jahren ist die Akzeptanz von Elektrofahrzeugen auch in Deutschland kein Problem mehr“, sagt Hausch.

Anders als die Lightyear-Manager haben die Entwickler bei Sono Motors auf ein besonders stromlinienförmiges Design verzichtet. Der Sion trägt nicht nur auf dem Dach und der Motorhaube Solarzellen. Auch die Seitenteile und das Heck sollen Strom liefern, obwohl die Ausbeute dort im Gegensatz zu den zur Sonne gerichteten Fahrzeugteilen nur etwa 30 Prozent beträgt. Die Solarzellen sind mit einem lichtdurchlässigen und kratzfesten Polymer beschichtet. Die in diesem Jahr fertiggestellten Fahrzeuge zur Validierung der Serienproduktion nutzen erstmals eine Lithium-Eisenphosphat-Batterie, die ohne die problematischen Schwermetalle Nickel, Mangan, und Cobalt (NMC) auskommt (mehr dazu im Beitrag „Mit Sonnenenergie durch die Wüste“ ab Seite 86). Bis Juni 2021 hatten die Fahrzeuge noch NMC-Batterien, die nur schwer mit dem Nachhaltigkeitskonzept des Unternehmens in Einklang zu bringen sind. Der Energiespeicher mit einer Kapazität von 54 Kilowattstunden ermöglicht ohne Aufladung durch die Solarzellen eine Reichweite von 305 Kilometern. Mit 163 PS Leistung erreicht der 1,7 Tonnen schwere Sion eine Höchstgeschwindigkeit von 140 Kilometern pro Stunde.

Die Ingenieure von Sono Motorshaben den Solaranteil der Reichweite ihres Sion am Beispiel des Durchschnittswetters in München berechnet. In einer wolkenlosen Juniwoche sammeln die Solarzellen Energie für fast 250 Kilometer, die Dezembersonne bringt dagegen nur 70 Kilometer Solar-Reichweite pro Woche. Die Energiebilanz des Sions verschiebt sich dadurch in Richtung eines klassischen Elektroautos. Doch insgesamt sind die Bedingungen in Deutschland nicht schlecht. Das Durchschnittswetter beschert dem Solarauto von April bis August in München zwischen 150 und 170 Kilometer kostenlose Fahrstrecke pro Woche.

Um mit der verfügbaren Sonneneinstrahlung möglichst hohe Reichweiten zu erzielen, spielt die Energieeffizienz der Solarautos eine entscheidende Rolle: Je niedriger der Verbrauch der Elektrofahrzeuge wird, desto stärker wächst der Anteil an Kilometern, die mit der Energie der Sonne absolviert werden. Sparsame Elektromotoren, effiziente elektrische Bauteile und ein geringer Luftwiderstand sind für die Elektroautos daher essenziell. Einen wichtigen Faktor dieser Rechnung zur Effizienz der Fahrzeuge können die Designer jedoch kaum beeinflussen: Das Verhalten der Fahrer. Eine Verdopplung der Fahrgeschwindigkeit bedeutet eine Vervierfachung des Luftwiderstands – und damit auch einen erheblich höheren Energieverbrauch.

Solar auch für Lkw

Schon lange weisen Wissenschaftler darauf hin, wo sich der Einsatz von Solarzellen im Verkehr lohnen würde. „Photovoltaik kann schon heute auf Lkw und Kleintransportern sinnvoll sein, weil die Oberflächen der Fahrzeuge viel größer sind als bei einem Pkw“, sagt Kaining Ding, Entwickler von Solarzellen am Forschungszentrum Jülich. So könnte ein Kleintransporter als Auslieferungsfahrzeug, das wenige Kilometer fährt und viel steht, große Teile der Reichweite über Solarpanels auf dem Dach decken. Das gilt auch für den Energiebedarf großer Lkw, wenn die Fahrzeuge nicht fahren, etwa für die permanente Kühlung der Ware, für den Fahrer während einer Pause oder bei einer Übernachtung.

Auch Sono Motors hat diese Anwendung im Blick. „Den Anstoß für die Technologieentwicklung gab, dass vor fünf Jahren kein Zulieferer in der Lage war, Solarzellen in Kunststoff zu integrieren“, berichtet Thomas Hausch. Inzwischen bieten die Autobauer auch Ingenieurleistungen für andere Firmen an. Für eine Messepräsentation haben sie die Dach- und Seitenflächen eines 13-Meter-Lkw-Aufliegers mit Solarzellen ausgestattet. Nutzfahrzeuge-Hersteller MAN testet Solarflächen bei Kleintransportern. In Toulouse soll die Einsatzzeit eines autonom fahrenden Elektrobusses auf einem Klinikgelände von bisher 16 Stunden durch Solarunterstützung verlängert werden. Das Fraunhofer ISE hat im Oktober 2021 einen Solar-Lkw als Lieferfahrzeug eines Elektrohändlers auf die Straße geschickt. Die Photovoltaik soll bis zu zehn Prozent des Energiebedarfs des 18-Tonners decken.

„Wenn Sono und Lightyear erfolgreich auf dem Markt sind, werden wohl noch andere Automobilhersteller verstehen, dass es sinnvoll ist, Solarzellen in die Karosserie zu integrieren“, ist Hausch überzeugt.

An der Uni Eindhoven haben die angehenden Ingenieure inzwischen eine neue Idee umgesetzt. Sie haben „Stella Vita“, das erste Solar-Wohnmobil gebaut. Die Fläche von fast 18 Quadratmeter Solarzellen liefert nicht nur genug Energie zum Fahren. Der Strom aus der Sonne reicht auch für eine Dusche, einen kleinen Fernseher und die Kaffeemaschine. Im September 2021 fuhren die Studierenden mit ihrem Solar-Mobil in den Urlaub: 3000 Kilometer weit – von Eindhoven nach Tarifa an der Südküste Andalusiens.

Menschen orientieren sich bei Entscheidungen an den Erfahrungen anderer. Dieses als „Social Proof“ bekannte psychologische Phänomen…