Indoor-Photovoltaik: Neuer Standard soll Lichtquellen endlich anzapfen

Innenräume als Kraftwerke: Ein Forschungsteam hat erstmals präzise Standards für Indoor-Solarzellen entwickelt. Ihre Methoden könnten die Grundlage für verlässliche Effizienzangaben schaffen - und damit für batteriefreie Smart-Home-Technik.

John Woll, 22.10.2025 13:57 Uhr

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Strom aus Raumlicht: Neue Standards für Mini-Solar

Turning indoor light into power - so beschreibt Professor Vincenzo Pecunia den neuen Ansatz seines Teams. Während klassische Solarmodule nur im Sonnenlicht arbeiten, nutzen Indoor-Photovoltaiken (IPVs) schwaches Raumlicht, um kleine Sensoren und Geräte zu versorgen. Doch bisher fehlten einheitliche Testbedingungen, was viele Effizienzdaten unbrauchbar machte.

Lichtquellen in Innenräumen unterscheiden sich stark - Farbtemperatur, Intensität, Abstrahlwinkel und sogar Lampengehäuse verändern das Spektrum. In diesem Chaos zuverlässige Systeme zu entwickeln, ist eine Herausforderung, die die Idee der Nutzung von Raumlicht bisher stark ausbremst. "Das Feld steckt in einer Zuverlässigkeitskrise", warnt Pecunia. "Selbst minimale Änderungen im Aufbau können die Messwerte verfälschen." Die Forscher untersuchten deshalb genau, wie Streu- und Diffuslicht die Leistungskennzahlen systematisch verzerren.

Das Team an der School of Sustainable Energy Engineering der Simon Fraser University arbeitete mit Partnern von Rayleigh Solar Tech (Kanada), der ASCA GmbH & Co. KG in Kitzingen und dem National Institute of Standards and Technology (NIST) in den USA. Masterstudent Javith Mohammed Jailani und Studierende Amanda Luu und Elizabeth Salvosa testeten verschiedene Zelltypen - von kristallinem Silizium bis zu Perowskit- und organischen Varianten.

Als Lösung schlagen sie eine Referenzzelle vor, die als Kalibrator für unterschiedliche Lichtbedingungen dient. Zusammen mit neuen Benchmark-Protokollen und präziser Spektrenklassifizierung sollen Labore ihre Messungen künftig reproduzierbar vergleichen können. In den Versuchen zeigte sich unter anderem: bei 1000 Lux und 3000 Kelvin Farbtemperatur verursachen kleinste Winkelabweichungen bereits deutliche Effizienzsprünge.

Technische Details der Studie

Typen: c-Si, a-Si:H, Perowskit, organische Solarzellen
Referenzlicht: ≈ 1000 Lux (≈ 293 µW/cm²) bei 3000 K
Hauptfehlerquelle: diffuses Licht + Winkelabweichung
Lösung: Referenzzelle + standardisierte Spektrenklassifizierung
Ziel: reproduzierbare Effizienzangaben für IPVs

Die Studie erschien in Joule (Cell Press) und gilt als erster konsistenter Standardisierungsvorschlag für IPVs. Damit wird eine Grundlage geschaffen, um batteriebetriebene IoT-Geräte künftig direkt mit Raumlicht zu speisen - ein unscheinbarer, aber entscheidender Schritt hin zu nachhaltigerer Elektronik.

Doch was lässt sich überhaupt realistisch mit IPVs laden? Ein Quadratzentimeter moderner Perowskit-IPV liefert bei normalem Innenlicht etwa 0,08 mW. Eine Fläche von 100 cm² (z.B. 10×10 cm) könnte also 8 mW bereitstellen - genug, um kleine Sensoren und Bluetooth-Beacons im Dauerbetrieb zu versorgen, E-Paper-Displays mit Puffer-Akku zu betreiben oder einen kleinen Akku innerhalb weniger Tage nachzuladen

Was ist Photovoltaik?

Photovoltaik ist die direkte Umwandlung von Lichtenergie, meist aus Sonnenlicht, mittels Solarzellen in elektrische Energie. Seit 1958 wird sie in der Raumfahrt genutzt, heute ist die netzgebundene Stromerzeugung das wichtigste Anwendungsgebiet.

Ende 2024 waren weltweit Photovoltaikanlagen mit einer Leistung von etwa 2,2 Terawatt installiert. Die Internationale Energieagentur hält Photovoltaik inzwischen für die günstigste Form der Stromerzeugung der Geschichte.

Der Begriff leitet sich vom griechischen Wort für "Licht" (φῶς, phos) und der Einheit für elektrische Spannung, dem Volt, ab. Photovoltaik ist ein Teilbereich der Solartechnik.

Wie funktioniert eine Solarzelle?

Solarzellen nutzen den photoelektrischen Effekt von Halbleitern wie Silizium. Die obere Schicht ist mit Elektronenspendern dotiert (n-Schicht), die untere mit Elektronenempfängern (p-Schicht).

Wenn Photonen mit ausreichender Energie auf die Verarmungszone zwischen beiden Schichten treffen, lösen sie Elektronen aus ihrer Bindung. Das interne elektrische Feld trennt die Ladungsträger: Elektronen wandern nach oben, Löcher nach unten.

Über externe Kontakte fließt der "Elektronenstrom" durch den äußeren Stromkreis zur unteren Kontaktfläche und rekombiniert dort mit den Löchern. So entsteht nutzbarer elektrischer Strom, solange Licht einfällt.

Welche Arten von Montagesystemen gibt es?

Aufdach-Systeme werden mit Montagegestellen auf bestehende Dächer aufgesetzt - die häufigste und kostengünstigste Variante. Sie sorgen für gute Hinterlüftung der Module und sind für verschiedene Dachtypen geeignet.

Indach-Systeme sind in die Dachhaut integriert und übernehmen deren Funktionen wie Wetterschutz. Sie sind optisch attraktiver, aber aufwendiger zu montieren und teurer als Aufdach-Systeme.

Freiflächenanlagen verwenden Festaufständerung oder Trackingsysteme, die der Sonne folgen. Mit einachsiger Nachführung steigen die Erträge um etwa 20 Prozent, mit zweiachsiger um über 30 Prozent gegenüber festen Anlagen.

Wie wirtschaftlich ist Photovoltaik heute?

Die Stromgestehungskosten von Photovoltaik sind dramatisch gesunken: Von über 125 $/Watt im Jahr 1975 auf nur noch 0,26 $/Watt im Jahr 2022. In Deutschland liegen sie seit 2018 niedriger als bei allen anderen Energieformen.

Rekordtiefstpreise wurden 2022 in Saudi-Arabien mit 1,04 US-Cent/kWh erreicht. Auch in Deutschland ist seit 2012 die Netzparität erreicht - PV-Strom kostet weniger als der Haushaltsstrompreis.

Kleine Dachanlagen (5-15 kWp) kosten etwa 1200-1400 €/kWp, große Freiflächenanlagen (ab 2 MWp) nur noch 600-800 €/kWp. Die Amortisationszeit beträgt meist 8-12 Jahre bei 25-30 Jahren Lebensdauer.

Wie umweltfreundlich ist Photovoltaik?

Photovoltaikanlagen amortisieren sich energetisch in Deutschland nach 1-2 Jahren, haben aber eine Lebensdauer von 25-30 Jahren. Der Erntefaktor liegt bei mindestens 10, oft deutlich höher.

Die CO2-Emissionen betragen 43-63 g CO2-Äquivalent/kWh über den gesamten Lebenszyklus - deutlich weniger als Kohlekraftwerke (750-1200 g/kWh) oder Gaskraftwerke (400-550 g/kWh).

PV-Module können zu 80 Prozent recycelt werden. In Deutschland müssen seit 2012 mindestens 85 Prozent der verkauften Module gesammelt und zu 80 Prozent recycelt werden. Die Recyclingquote liegt bereits bei etwa 75 Prozent.

Zusammenfassung

Forscher entwickeln erstmals präzise Standards für Indoor-Solarzellen
Indoor-Photovoltaik nutzt schwaches Raumlicht für kleine Geräte
Bislang fehlten einheitliche Testbedingungen für verlässliche Daten
Forscher schlagen Referenzzelle als Kalibrator für Lichtbedingungen vor
Bereits kleine Winkelabweichungen verursachen deutliche Effizienzsprünge
Studie gilt als erster konsistenter Standardisierungsvorschlag
Technologie könnte batteriebetriebene IoT-Geräte mit Raumlicht versorgen

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