Die Solaranlage auf dem Autodach

Anfang Juli sorgte die japanische Zeitung "Nikkei" für Wirbel, als das Blatt meldete, dass die kommende Variante des Toyota Prius nicht nur mit stärkeren Batterien, sondern auch mit Sonnenkollektoren ausgestattet werden soll. Der Hersteller wollte den Bericht weder bestätigen noch dementieren.

Solarbausätze fürs Dach werden von einigen Drittfirmen bereits jetzt für Toyotas Hybridfahrzeug angeboten - und Forscher am US-Nationallabor für erneuerbare Energien (NREL), das zum US-Energieministerium gehört, testeten bereits einen umgebauten Prius, der mit zusätzlichen Solarzellen ausgerüstet war. Das vorläufige Ergebnis ließ allerdings zu wünschen übrig: Die Technik erwies sich in Plug-In-Hybriden, also Fahrzeugen, deren Batterie sich für längere Strecken direkt am Stromnetz aufladen lässt, als eher ineffizient.

Die Idee, Solarzellen auf dem Autodach anzubringen, ist keineswegs neu: Schon in den frühen Neunzigerjahren bot Mazda seine Limousine 929 mit optionalen Sonnenkollektoren im Glas-Schiebedach an, um zusätzlich Lüfter anzutreiben, die heiße Luft aus dem Fahrzeug fächelten. Doch die meisten für Autos vorgesehenen Solarsysteme kosten bislang gut und gerne mehrere Tausend Dollar und generieren trotzdem weniger als 100 Watt an Energie. Das verringert den Gesamtverbrauch nur um wenige Prozentpunkte. "Ich halte Toyotas Pläne deshalb eher für einen Marketinggag", meint Andrew Frank, Plug-In-Hybrid-Pionier an der University of California, Davis, der gleichzeitig Technikchef des Universitäts-Spin-offs Efficient Drivetrains ist, das die Technologie vermarkten soll. "Man braucht schon Kilowatt, um ein Fahrzeug sinnvoll voranzubringen."

Hinzu kommt die eingeschränkte Oberfläche auf dem Autodach, die den Energieoutput hemmt. Außerdem lassen sich die Zellen nicht stets direkt zur Sonne ausrichten, um die Energie optimal einzufangen - ganz im Gegensatz zu stationären Photovoltaikanlagen auf Gebäuden oder großen Solarparks, die der Sonne entweder "folgen" oder stets Richtung Süden zeigen.

Die NREL-Forscher wollten deshalb herausfinden, wie gut oder wie schlecht die Technik tatsächlich funktioniert. Dazu installierten sie in einem für die Plug-In-Technik aufgerüsteten Prius das derzeit leistungsstärkste Solarpanel für das Autodach. Hergestellt vom Anbieter Solar Electrical Vehicles aus dem kalifornischen Westlake Village, bedecken die Sonnenkollektoren dabei das gesamte Prius-Dach. Insgesamt 146 einzelne 10-Quadratzentimeter-Zellen aus kristallinem Silizium werden dazu zusammengeschaltet. Die auf dem Papier erreichbare Gesamtleistung liegt bei immerhin 215 Watt. Tony Markel, leitender Forscher am NREL, musste allerdings feststellen, dass in der Praxis eher bei 165 Watt Schluss war.

Das ist eine magere Verbesserung im Vergleich zum Boost, den der Plug-in-Prius durch die Verwendung einer zusätzlichen Lithium-Ionen-Batterie erhalten würde. Die sechs Kilowattstunden, die der voll geladene Akku standardmäßig liefert, sorgen in den ersten 80 Kilometern Laufleistung für einen Benzinverbrauch von gerade einmal 2,35 Litern pro 100 Kilometern. Das ist der halbe Verbrauch, den ein aktueller Standard-Prius erreicht. Oder um es anders auszudrücken: Über Nacht geladen, kann das Auto im Stadtverkehr 40 Kilometer ganz ohne Benzin mithalten. Bislang hat das NREL noch nicht berechnet, welchen Einfluss die zusätzlichen Solarzellen haben, doch bei fünf guten Sonnenstunden, die das Auto in Kalifornien im Durchschnitt abbekommt, dürfte der Output bei maximal 0,825 Kilowattstunden liegen. Das würde den Benzinverbrauch auf gut 2,24 Liter pro 100 Kilometer absenken, also nur 0,11 Liter weniger.

Diese geringe Verbesserung ist allerdings sehr teuer. Solar Electrical Vehicles verkauft seinen Bausatz für 3500 Dollar. Das steht im krassen Gegensatz zur kostengünstigeren Erweiterung der Batteriekapazität: Ein nochmals um eine Kilowattstunde verbesserter Lithium-Ionen-Akku kostet laut NREL nur 1000 Dollar mehr.

Allerdings produziert Solar Electrical Vehicles seine Technologie derzeit noch in sehr geringen Stückzahlen - im Schnitt werden nur zwei bis drei Systeme pro Tag hergestellt, wie Firmenpräsident Greg Johanson sagt. Eine Massenproduktion würde den Preis der Technik deshalb stark reduzieren. Laut Markel lässt sich die elektrische Schnittstelle zwischen dem Sonnenkollektor und den Batterien des Hybriden außerdem noch verbessern, was die Leistung erhöhen würde. Die dabei verwendete Elektronik ist von großer Bedeutung. "Ich weiß, dass das Solar Electrical-System derzeit gar nicht für diese Anwendung optimiert ist. Auch aus diesem Grund dürfte es in dieser Form nicht das allereffizienteste sein."

Die zweite auf dem US-Markt befindliche Solar-Dachanlage fürs Auto kommt vom Wettbewerber Solatec. Sie arbeitet so, wie das offenbar auch Toyota laut "Nikkei" plant: Statt die Hybrid-Batterie zu laden wird eine zusätzliche Bleibatterie gespeist, die die Klimaanlage, das Radio und andere periphere Systeme des Prius versorgt. Die aktuell angebotene Version erreicht 24 Watt und kostet ohne Installation 1650 Dollar - weniger als die Hälfte des Systems von Solar Electrical Vehicles. Der geringere Preis und die geringere Leistung ergeben sich aus der Verwendung einer weniger leistungsfähigen Dünnfilm-Solarzellen-Generation.

Solatec setzt diese Technik bereits seit 2005 ein, doch Firmenpräsident Howard Fuller sagt, dass dieser Ansatz optisch nicht mehr den heutigen Bedingungen entspreche. Deshalb teste die Firma derzeit den Prototypen einer neuen Version. Diese verwendet Zellen des Kunstoff-Photovoltaik-Entwicklers Konarka Technologies. "Die Firma bietet ein sehr schönes Panel an. Es sieht ein wenig aus wie ein Rallyestreifen auf dem Dach."

Experten wie Frank und Markel glauben aber nach wie vor, dass der Bau großer stationärer Solaranlagen zur Erzeugung des notwendigen Ladestroms für Elektrofahrzeuge insgesamt die beste Lösung wäre. Sie seien wesentlich kostengünstiger als Onboard-Systeme. "Wir wollen, dass die Sonne unsere gesamte Gesellschaft antreibt, das Verkehrswesen inklusive", meint Frank. Dazu müssten jedoch Megawatt an Solarstrom erzeugt werden. "Die Krönung wäre, wenn alle Parkplätze jedes Shoppingzentrums und jedes Gewerbegebiets im ganzen Land mit Sonnenkollektoren überzogen wären. Die Menschen bekommen in ihren Autos dann ein bisschen Schatten, während ihr Fahrzeug aufgeladen wird."

Frank meint, dass selbst ein Marketinggag wie der von Toyota die Möglichkeiten aufzeigen kann, die die Nutzung der Sonnenkraft als Ersatz für fossile Brennstoffe bietet. "Ob das nun echt ist oder nur so aussieht, ist eigentlich egal. Das Thema muss an die Öffentlichkeit gelangen." (bsc)