Innovationen waren in der Welt der Technik schon immer die treibende Kraft hinter dem Fortschritt. Ein Blick in die Vergangenheit zeigt, dass die alten Römer Meister der Technik und Innovation waren. Tatsächlich sind viele ihrer Straßen noch heute erhalten und werden genutzt. Sicherlich haben Sie schon einmal den Spruch gehört, dass alle Wege nach Rom führen. Nun, eines Tages könnte sich das ändern: Alle Wege führen zur Sonne.

Heute stehen wir kurz vor einer bahnbrechenden Revolution – dem Beginn der Solarstraßen. Stellen Sie sich eine Welt vor, in der die Straßen, auf denen wir fahren, uns nicht nur von A nach B bringen, sondern auch saubere, erneuerbare Energie erzeugen. Nein, das ist keine Science-Fiction, sondern die Zukunft einer nachhaltigen Infrastruktur.

In diesem Blogbeitrag befassen wir uns mit dem Konzept der intelligenten Straße und ihrem Potenzial, die Beleuchtung, die Freihaltung der Fahrbahn von Eis und Schnee und andere intelligente Funktionen zu übernehmen.

Mit Straßen die Sonnenenergie nutzen

Kennen Sie das Konzept der Solarstraßen? Bei Solarstraßen handelt es sich definitionsgemäß einfach um Straßen mit einer Reihe eingebetteter Solarmodule, wodurch sie zu Energie erzeugenden Oberflächen werden. Die Besonderheit besteht darin, dass diese Solarmodule speziell darauf ausgelegt sind, dem Gewicht der meisten Fahrzeuge standzuhalten und eine sichere, befahrbare Oberfläche zu bieten, während sie gleichzeitig Sonnenlicht zur Stromerzeugung einfangen. (Es handelt sich also nicht um die glatten, gläsernen Paneele, die man auf Dächern und in Solarparks sieht.) Das ist jedoch nur die oberflächliche Beschreibung.

Bei genauerem Hinsehen bestehen Solarstraßen aus drei Schichten: einer Photovoltaik-, einer Elektronik- und einer Stromübertragungsschicht. Die oberste Schicht setzt sich aus robusten, besonders griffigen Solarmodulen zusammen, die Sonnenenergie nutzbar machen und eine undurchlässige, wasserdichte Oberfläche bieten, um die darunter liegenden Schichten zu schützen. Die darauffolgende Elektronikschicht besteht aus einem Mikroprozessor, Sensoren und den dazugehörigen Schaltungen. Diese Schicht kann Schneeansammlungen erkennen, Verkehrsbelastungen messen und das Heizsystem für die Enteisung oder auch die Steuerung der Beleuchtung verwalten, während sie gleichzeitig die aktuellen Straßenbedingungen weitergibt. Die Basisschicht dient zwei Zwecken: Sie speichert Energie und überträgt sie an das Netz. Gleichzeitig kann sie Ladestreifen für Elektrofahrzeuge aufnehmen, die ihre Batterien aufladen, wenn sie darüber fahren.

Solarstraßen stehen für eine geniale, zukunftsorientierte Lösung, die Verkehr und grüne Energieerzeugung miteinander verbindet und einen Blick in eine Zukunft gewährt, in der unsere Infrastruktur im Einklang mit der Umwelt arbeitet, anstatt gegen sie.

Eine Straße der offenen Möglichkeiten

Unsere Sonne bietet eine Energiequelle, die erneuerbar und unerschöpflich ist und den gesamten Planeten erreicht. Aktuellen Schätzungen zufolge müssen wir nur 6 Prozent der uns erreichenden Sonnenenergie nutzen, um den gesamten Energiebedarf der Menschheit zu decken.^[1] Solarstraßen können einen Beitrag zur Deckung dieses Bedarfs leisten, indem sie tagsüber Strom erzeugen und mit den richtigen Speicherlösungen die Energie für die Nutzung in der Nacht oder an bewölkten Tagen vorhalten.

Ein weiterer Faktor, der berücksichtigt werden muss, ist die alternde Infrastruktur weltweit, insbesondere unsere Autobahnen und Stadtstraßen. Straßen sind für den Transport einer ständig wachsenden Zahl von Menschen und Gütern von entscheidender Bedeutung. Unser Straßennetz und unsere Transportsysteme sind schon viel zu lange in Betrieb und müssen größtenteils repariert oder ersetzt werden. Allein in Japan werden bis 2033 etwa 60 Prozent der Brücken und 40 Prozent der Straßen und Tunnel mindestens 50 Jahre alt sein^[2], was als das Alter gilt, ab dem die normale Lebensdauer einer Infrastruktur als beendet angesehen wird. Die EU wiederum verfügt über eines der dichtesten Transport- und Verkehrsinfrastruktur-Netzwerke der Welt, und ein großer Teil davon ist mittlerweile veraltet und gerät aufgrund des zunehmenden Verkehrsaufkommens mehr und mehr unter Druck. Eines ist sicher: Überall auf der Welt haben unsere bestehenden Straßen und Wege einen Punkt erreicht, an dem eine umfassende Modernisierung erforderlich ist.

Wir müssen auch darüber nachdenken, wie sich die Zukunft der Automotive-Branche entwickelt. Während die Automobilhersteller ihre Entwicklungsbemühungen schnell auf Elektrofahrzeuge verlagern, verändert die Elektrifizierung von Personen- und Nutzfahrzeugen unsere Sicht auf den Verkehr und die dazugehörige Infrastruktur. Elektrofahrzeuge sind die Schlüsseltechnologie zur Dekarbonisierung des Straßenverkehrs – eines Sektors, der weltweit für über 15 Prozent der energiebezogenen Emissionen verantwortlich ist.^[3] Nach Schätzungen der Internationalen Energieagentur (IEA) werden bis 2030 weltweit voraussichtlich 31 Millionen Elektrofahrzeuge verkauft werden.^[4] Diese Beschleunigung beim Absatz von Elektrofahrzeugen führt auch zu einer höheren Nachfrage nach einer besseren Abdeckung mit Ladeinfrastruktur. Der durch Solarstraßen erzeugte Strom könnte zum Laden von Elektrofahrzeugen an Ladestationen beitragen oder sogar als mögliche Lösung für schnelles Laden dienen.

Solarstraßen sind daher ein vielversprechender Weg, um unsere alternde Infrastruktur zu erneuern, den weltweit wachsenden Bedarf an Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge zu decken, unsere Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu verringern und dem Klimawandel entgegenzuwirken.

Straßen mit Vor- und Nachteilen

Welches Potenzial steckt dahinter? Laut der „Transportation and the Belt and Road Initiative“ gibt es weltweit insgesamt 64.285.009 km Straßen, von denen 411.853 km Schnellstraßen und die restlichen 63.873.156 km normale Straßen (befestigt und unbefestigt) sind.^[5] Aktuellen GRIP-Straßenkarten zufolge sind weltweit etwa 35 Prozent der Straßen befestigt.^[6] Darin liegt ein großer Vorteil, da eine große Oberfläche für Solarmodule zur Verfügung steht, wodurch Landverbrauch für große Solarparks eingespart werden kann.

Abgesehen von der Flächenschonung und der bereits erwähnten Möglichkeit, Elektrofahrzeuge unterwegs mit sauberer Energie aufzuladen, gibt es zahlreiche weitere Vorteile. Zu den wichtigsten Vorteilen zählt die Tatsache, dass Solarstraßen bei hohen Temperaturen nicht weich werden und unempfindlich gegen Schlaglöcher sind, dass sie LED-Beleuchtung für Straßenmarkierungen und Beschilderungen mit Strom versorgen können, dass sie schnee- und eisfrei bleiben und eine längere Lebensdauer als normale Asphaltstraßen haben.

Natürlich gibt es bei Solarstraßen, wie bei jeder innovativen Technologielösung, auch Herausforderungen. Zu den aktuellen Herausforderungen, an denen die Entwickler arbeiten, gehören die Haltbarkeit, die Kosteneffizienz und der Wirkungsgrad bei der Energieumwandlung. Aber mit Fortschritten bei Materialien und Technologien werden diese Herausforderungen allmählich überwunden und ebnen den Weg für verbesserte Designs und Leistungen.

Neben den Herstellern von Solarmodulen, Technologiepartnerschaften und Straßenbauunternehmen gibt es einige engagierte Unternehmen, die aktiv daran arbeiten, diese Herausforderungen zu meistern und eine praxisnahe Lösung anzubieten. Solar Roadways, Inc. ist eines der neuesten Unternehmen, das Technologien zur Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie entwickelt. Einige große Unternehmen wie PAVenergy, Colas, WattWay und andere haben Solarmodule entwickelt, die 410 Kilowattstunden pro Tag erzeugen können, wobei schon heute klar ist, dass in Zukunft noch mehr Energie erzeugt werden muss. China hat eine komplette Solarautobahn gebaut, die Niederlande haben kürzlich einen Solar-Radweg zur Prüfung der Machbarkeit eingerichtet und AIT und deutsche Partner haben 2020 ein Projekt für ein Solar-Straßendach angekündigt.

Derzeit arbeiten die Unternehmen daran, 800 Kilowattstunden pro Tag zu erzeugen. Es gibt jedoch mehrere Variablen, die berücksichtigt werden müssen, wie beispielsweise die Dicke der Paneele, den optimalen Neigungswinkel und die Abschattung, die bei einer Oberflächenabdeckung von nur 5 Prozent die Stromerzeugung um 50 Prozent verringern kann.^[7] Weitere Faktoren, die berücksichtigt werden müssen, sind Schmutz, Staub, Verkehr und Hitze. Pro 1 °C über der optimalen Temperatur verliert eine Solarstraße 0,5 Prozent ihrer Energieeffizienz.

Daran lässt sich erkennen, dass wir von den gewünschten Ergebnissen noch sehr weit entfernt sind.

Inspiration für Ingenieure

Für Ingenieure ist die Entwicklung von Solarstraßen eine inspirierende Herausforderung und eine Chance für die Zukunft. Es ist ein klares Zeichen dafür, dass Ingenieure die Möglichkeit haben, die Welt, in der wir leben, neu zu gestalten und sie nachhaltiger und energieeffizienter zu machen.

Beim Konzept der Solarstraßen geht es um mehr als nur um eine Straße. Es ist vielmehr ein klar definierter Weg in eine Zukunft, in der unsere Infrastruktur eine saubere Energiequelle ist und Nachhaltigkeit und Wirkungsgrad nebeneinander existieren können. Vor allem aber ist es eine Zwischenstation oder ein langfristiges Ziel, bei dem Ingenieure die Welt mit ihren bahnbrechenden Kreationen inspirieren können, genau wie es die Römer Jahrhunderte vor uns getan haben.

Quellen

[1] Enel, https://www.enelgreenpower.com/.
[2] „Aging infrastructure a major roadblock to Japan’s future”, Nikkei, 10. Februar 2022, https://asia.nikkei.com/Spotlight/Datawatch/Aging-infrastructure-a-major-roadblock-to-Japan-s-future.
[3] „Electric Vehicles”, International Energy Agency, https://www.iea.org/energy-system/transport/electric-vehicles.
[4] „Outlook for electric mobility“, International Energy Agency, https://www.iea.org/reports/global-ev-outlook-2024/outlook-for-electric-mobility.
[5] Nicolas de Loisy, „Transportation and the Belt and Road Initiative“, Supply Chain Management Outsource Ltd., 15. Juni 2019.
[6] „World Main Highway and Primary Road Network“, The Geography of Transport Systems, https://transportgeography.org/contents/chapter5/road-transportation/world-road-network/.
[6] Zeeshan Hyder, „All about Solar Roadways: the promise versus the reality“, Solar Reviews, https://www.solarreviews.com/blog/all-about-solar-roadways.