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Solarautobahnen: stromerzeugende Straßen aus Glas und Solarzellen

Artikelaktualisierung Zukunft MobilitätSchlaglöcher sind ein tägliches Ärgernis für viele Autofahrer. Der enorme durch Straßen und Parkplätze ist ein Ärgernis für Umweltschützer, Stadtplaner und für mich persönlich.

Solarautobahn Solar Highway Asphalt Solarzellen Scott BrusawLaut statistischem Bundesamt existierten zum 31.12.2009 15.709 Quadratkilometer Straßen, Wege und Plätze in Deutschland. Dies entspricht 4,4 Prozent der gesamten Fläche Deutschlands. 1

In den waren 2004 mehr als 112.610 Quadratkilometer versiegelt. Jedes Jahr kommen etwa 100.000 Hektar hinzu. Hinzu kommt: In den gesamten stehen für 250 Millionen Fahrzeuge über 500 Millionen Parkplätze zur Verfügung. Die Hälfte des Parkraums wird also unnötigerweise verschwendet.

Die Nutzung der meisten Straßen erfolgt ebenfalls nur sporadisch. Denn nicht jede Strecke wird zu jeder Tag- und Nachtzeit gleichmäßig befahren. Diese Fläche könnten nun einen weiteren Nutzen bringen, der unter anderem von gehoben werden möchte.

Brusaw möchte den ölbasierten Asphalt, der heutzutage vorrangig im Straßenbau eingesetzt wird, durch Solarmodule, die in bruchsicherem Glas eingefasst sind, ersetzen. Diese sollen durch eine spezielle Oberflächentextur auch bei Regen die gleiche Traktion wie eine asphaltierte Straße bieten. Unter Laborbedingungen (British Pendulum Method) wurden die gleichen Fahreigenschaften wie auf Asphalt bis zu einer Geschwindigkeit von 80 mph (~128 km/h) nachgewiesen. Im würden Heizelemente den Einsatz von Räumfahrzeugen und Streumaterial obsolet machen. Der erste gefertigte Prototyp blieb den gesamten in North Idaho schnee- und eisfrei.

Durch den Einsatz von stromerzeugenden Panelen könnten die Straßen- und Parkflächen eines Landes für die regenerative Stromproduktion eingesetzt werden. Bereits mit einem Wirkungsgrad der Solarzellen von 18,5% und 4 Stunden Sonnenschein am Tag (= 1460 Sonnenscheinstunden im Jahr) würde sich dies lohnen. Für die USA wurden folgende Zahlen von Seiten des Erfinders als realistisch angesehen:

Wie bereits weiter oben angemerkt, sind 112.610 Quadratkilometer in den USA versiegelte Flächen. Dies umfasst allerdings nicht nur Straßen, sondern auch Dächer von Privat- und Geschäftshäusern. Der Erfinder nimmt an, dass etwa zwei Drittel, also 28962,36 Quadratmeilen (~75.000 Quadratkilometer) der USA mit Straßen, Gehwegen, Parkplätzen, etc. bedeckt sind und somit theoretisch für die Stromproduktion genutzt werden könnten.

Ein Solarpanel mit 230 Watt und einem Wirkungsgrad von 18,5 Prozent benötigt eine Fläche von 13,4 Quadratfuss (~1,25 Quadratmeter). Es ergibt sich daher folgende Rechnung:

((28,962.36 mi²) x (5280 ft / mi)²) / (13.4 ft²/230W) = ((28,962.36 mi²) x (27,878,400 ft² / mi²)) / (13.4 ft²/230W;) = (807424257024 ft²) / (13.4 ft²/230W) = 13858774560860 Watt = über 13,8 Milliarden Kilowatt

Bei einer durchschnittlichen Sonnenscheindauer von 4 Stunden am Tag ergeben sich über das ganze Jahr 1460 Sonnenscheinstunden. Multipliziert mit 13,8 Milliarden Kilowatt ergeben sich 20.233.810.858.855.600 Kilowattstunden, gerundet 20.233 Milliarden kWh.

Sogar wenn wir 31% von der verfügbaren Fläche abziehen, da diese nicht nutzbar ist oder den ganzen Tag im Schatten liegt, ergibt sich eine potentiell erzeugbare Strommenge von 13,961 Milliarden kWh. Durch die ökologisch saubere Stromproduktion könnten 50% der Co2-Emissionen eingespart werden.

Durch eine automatische Refinanzierung des Straßenbelags durch den produzierten Strom, könnten viele Kommunen den Zustand ihres Straßennetzes verbessern ohne große finanzielle Belastungen schultern zu müssen. Die Zeit des Schlaglochs würde somit der Vergangenheit angehören.

Solarautobahn Aufbau Solarmodul Autobahn Scott Brusaw Straßenbelag

Parkplätze großer Supermärkte könnten eben diesen voll mit Strom versorgen. Sogar ein stark belegter kann genügend Strom erzeugen. Sackgassen könnten ohne Probleme auch an wolkigen Tagen die umliegenden Häuser mit ausreichend Energie versorgen.

Des Weiteren könnten LEDs in die Panele eingebaut werden, die ohne großen Aufwand Fahrspuren verengen, verlegen oder verbreitern könnten, Zebrastreifen und Geschwindigkeitsbegrenzungen anzeigen oder den Fahrer vor Gefahren wie Unfällen oder kreuzendes Wild warnen könnten.

LED Straßenbelag Solarmodul Scott Brusaw Solar-Highway Solarautobahn NO OILGroße bauliche Maßnahmen wären nicht notwendig. Die Panele können einfach über den bestehenden Asphalt gelegt werden. Ich persönlich könnte mir sogar vorstellen, dass Elektroautos durch Induktionsschleifen unter den Modulen kontaktfrei mit ökologisch produziertem Strom versorgt werden könnten.

Die Solarpanele wurden in Zusammenarbeit mit der Universität Dayton und Penn State entwickelt. Um die Entwicklung bis zur Produktionsreife abschließen zu können, müssten etwa 50 Millionen Dollar in Forschung und Entwicklung investiert werden.

Die Federal Highway Administration (FHWA) finanziert derzeit die Entwicklung einiger Prototypen mit 100.000 Dollar. Der Preis für ein 3,66m x 3,66m Solarpanel soll bei etwa 10.000 Dollar liegen. Eine Meile Straßenbelag würde folglich 4,4 Millionen Dollar kosten. Sollte der Preis im Zuge einer Massenfertigung die Marke von 6.900 Dollar unterschreiten, könnte die neue Art des Straßenbelags günstiger sein als Asphalt. Zumal die Kosten für Asphalt direkt vom Ölpreis abhängen.

Bei einem angenommenen Strompreis von 12 Cent / kWh müsste ein Solarpanel über die 20jährige Lebenszeit 83.333 kWh Strom produzieren, um sich vollständig zu amortisieren. Dies bedeutet umgerechnet eine notwendige tägliche Produktionsmenge von 11,4 kWh.

In den USA steht über das ganze Jahr gesehen, potentielle Sonnenenergie pro Quadratmeter und Tag von 4,2 kWh zur Verfügung. Ein 3,66m x 3,66m Solarpanel besitzt eine Fläche von 13,4m². Auf diese Fläche entfallen pro Tag 56,28kWh Sonnenenergie.

Bei einem Wirkungsgrad von 18,5% könnte ein Solarpanel folglich 10,41 kWh Strom erzeugen. Damit beträgt die Amortisationsdauer etwas unter 22 Jahren. Bei einem (realistischen) höheren Wirkungsgrad kann das Ziel einer Amortisationsdauer von 20 Jahren erreicht werden.

Unter der Annahme, dass die Energiepreise in den nächsten Jahren eher steigen als fallen, ein Teil der Solarpanele wiederverwendet bzw. recycelt werden kann und die Kosten für Versorgungsnetze sinken, da Strom-, Telefon-, Fernsehkabel, etc. in den Panelen selbst verlegt werden und nicht in der Erde vergraben werden müssten, dürfte der wahre Vorteil dieser Solarpanele höher zu bewerten sein.

Eine sinnvolle Idee, die viele Dinge vereinfachen und revolutionieren könnte. Nicht wahr?

Aktualisierung – 08.04.2012

Um die Panele weiter zu testet, hat Scott Brusaw eine staatliche Entwicklungsbeihilfe in Höhe von 750.000 Dollar von der Federal Highway Administration erhalten. In Idaho soll zu Testzwecken ein Parkplatz mit Solarpanelen ausgestattet werden. Der Test soll Aufschlüsse über Belastungskennziffern und die reale Energieeffizienz liefern und erste Rückschlüsse auf weitere Einsatzmöglichkeiten zulassen.

Aktualisierung – 24.04.2014

Für den Aufbau einer Prototypenfertigung versucht Scott Brusaw derzeit via Crowdfunding eine Million USD einzusammeln. Ausgehend von dieser Anschubfinanzierung sollen erste Mitarbeiter aus anderen Fachbereichen eingestellt werden, welche gemeinsam am Aufbau einer Produktion und der Fertigung weiterer Prototypen arbeiten sollen.

  1. Land- und Forstwirtschaft, Fischerei – Bodenfläche nach Art der tatsächlichen Nutzung, Fachserie 3 Reihe 5.1, Statistisches Bundesamt, erschienen am 06.10.2010 – https://www-ec.destatis.de/csp/shop/sfg/bpm.html.cms.cBroker.cls?cmspath=struktur,vollanzeige.csp&ID=1026258

Verfasst von:

Martin Randelhoff

Herausgeber Zukunft Mobilität. Studium der Raumplanung an der TU Dortmund, Studium der Verkehrswirtschaft an der TU Dresden. Ist interessiert an innovativen Konzepten zum Lösen der Herausforderungen von morgen insbesondere in den Bereichen urbane Mobilität, Verkehr im ländlichen Raum, Wirkung autonomer Fahrzeugsysteme und nachhaltige Verkehrskonzepte.

5 Kommentare

  1. Ernst

    man könnte doch zusätzlich noch Solarpanel links, recht und in der mitte auf einer höhe von ca.4 meter installieren.
    Gruss von Ernst

    Antworten
    • Ganzjahresradfahrer

      das würde sich nicht lohnen dadurch den zusätzlichen Schatten die sonneneinstrahlung zu stark sinkt

      Antworten
  2. Uhlig

    Eine tolle Idee. Wie ist der neue Entwicklungsstand? Heute ist der 8.6.2015

    Gruß Holger

    Antworten
  3. Thomas Schröder

    Man könnte auch die Eisenbahnstrecken nutzen. Dort klemmt man die Solarkollektoren einfach zwischen die Schienen. Bei zweispurigen Strecken nutzt man dann auch den Platz zwischen den Gleisen. Da kommt auch eine recht ordentliche Fläche zusammen. Der erzeugte Strom könnte über Kabel an den Oberleitungsmasten bequem transportiert werden. Der Strom könnte zudem in den Fahrstrom für die Bahn eingespeist werden.

    Wieso wird das eigentlich nicht schon längst gemacht? Solche bestehenden Infrastrukturen zu erweitern scheint mir nicht besonders schwierig zu sein.

    Es ist natürlich die Frage, ob Pflege und Wartung den Verkehr zu stark behindern.

    Antworten
  4. Hans Mund

    Danke Herr Randelhoff für diese sehr gute und verständliche Dastellung der Solarroadways auf deutsch.

    @Thomas Schröder, die Idee ist interessant.

    Aktuell gibt es verschiedene Projekte, die sich mit der Thematik von Solarstraßen auseinander setzen. Leider setzen diese Konzepte sich rein mit der technischen Perspektive statt mit den Chancen und dem praktischen Nutzen für die Menschen aus einander. Ich möchte Ideen wie diese gemeinsam mit ein paar anderen gerne als eine Lösung nutzen können. Dazu zählt neben diesen Panels hier, die Anbringung von Bladesless Vortex http://www.vortexbladeless.com/ (konische Windkraftanlagen) am Starßenrand. In dem Fall die kleinen, diese haben eine Stamm von 8 m. Man kann sie alle 5 Meter am Rand jeder Straße aufstellen. Sie generieren mit ihrer Gesamtgröße von 13 m bei 2-4 m/s Wind ca. 4 kw/Tag. Das ist auf den ersten Blick nicht viel, aber man hat auf Straßen fast immer Wind, schon allein durch den Fahrtwind. Gleichzeitig könnte man die Zwischenräume zum Schallschutz mit Hecken bepflanzen.

    Die Solarpanels sind an und für sich nur ein kleiner Stein, besser gesagt nur das was direkt unter der Oberfläche zu sehen ist. DIe dahinter liegende Idee ist viel größer.

    Wenn Sie Interesse haben, besuchen Sie mich einfach mal auf re-invent-europe.eu oder antworten Sie mir hier.

    Danke.

    Antworten

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