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Photovoltaik: Im Trend: Solarstrom selbst nutzen


ÖKO-TEST Magazin - epaper ⋅ Ausgabe 8/2012 vom 27.07.2012

Steigende Strompreise, fallende Kosten für Solartechnik. Da lohnt es sich nicht nur, auf Photovoltaik umzusteigen, sondern die Sonnenenergie auch selbst zu verbrauchen. Die ersten konsequenten Eigenstromlösungen kommen derzeit auf den Markt. Für den Verbraucher noch zu früh?


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Immer der gleiche Ärger. Man optimiert seinen Verbrauch und spart Energie, wo es nur geht. Und dennoch wird der Strom mit der nächsten Rechnung wieder teurer. Und das geht so weiter: Steigende Einkaufspreise für Gas und Öl sowie der Emissionshandel für Kohlen dioxid, der die Energieversorger ab 2013 zum ...

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Immer der gleiche Ärger. Man optimiert seinen Verbrauch und spart Energie, wo es nur geht. Und dennoch wird der Strom mit der nächsten Rechnung wieder teurer. Und das geht so weiter: Steigende Einkaufspreise für Gas und Öl sowie der Emissionshandel für Kohlen dioxid, der die Energieversorger ab 2013 zum Kauf von Ver schmutzungs rechten verpflichtet, werden die Kosten künftig noch weiter in die Höhe treiben. Zum Glück gibt es einen Ausweg: Sonnenstrom ist dank schneller tech nischer Fortschritte inzwischen günstiger als herkömmlicher Haushaltsstrom aus der Steckdose. Was liegt also näher, als sich mit Strom aus einer eigenen Photovoltaik anlage direkt selbst zu versorgen?

Bisher spielte der solare Eigenverbrauch in Deutsch land allerdings kaum eine Rolle. Die meisten Anlagenbetreiber speisen ihren Strom komplett ins Netz ein und erhalten dafür vom Energieversorger über 20 Jahre hinweg eine gesetzlich garantierte Einspeisevergütung. Doch das ErneuerbareEnergienGesetz (EEG) stellt die Branche auf eine harte Probe. Der Vermittlungsausschuss von Bundestag und Bundesrat einigte sich Ende Juni darauf, die Solarstromvergütung drastisch zu kürzen und künftig monatliche Kürzungen zu verschärfen, je nachdem wie viele Solaranlagen im Vorquartal neu ans Netz gingen (siehe Kompakt). „Als Renditeobjekt verlieren Solaranlagen damit an Bedeutung“, prophezeit Markus Hoehner, Geschäftsführer der Bonner Marktforschungsfirma EuPD Research.

Dafür wird der Eigenverbrauch immer lukrativer. Die Kilowattstunde (kWh) Solarstrom lässt sich hierzulande derzeit für weniger als 19 Cent erzeugen. Steck dosenstrom kostet den privaten Endkunden hingegen 22 Cent und mehr. Eigenverbraucher können demnach heute schon rund vier Cent pro Kilowattstunde sparen – Tendenz steigend. Das lässt potenzielle Solarinvestoren hellhörig werden: Bereits 70 Prozent der Investitionswilligen ziehen nach einer aktuellen EuPDUmfrage eine Eigenstromlösung in Erwägung.

Solaranlagen sind beliebt, Module auf Einfamilienhäusern mittlerweile ein gewohnter Anblick.


Foto: goldbany/Fotolia.com

Günstiger Strom vom Dach

Wie Familie Rüdinger aus Dortmund. Sie zapft die Sonne schon seit dem Frühjahr für eigene Zwecke an. Im April nahm sie dafür eine Solaranlage mit etwa fünf Kilowatt Leistung in Betrieb. Vier Personen leben in dem Einfamilienhaus mit 140 Quadratmetern Wohnfläche. Knapp ein Drittel des Sonnenstroms verbraucht die Familie selbst, der Rest fließt ins Netz und wird nach EEG vergütet. „Dadurch sind wir zumindest ein bisschen unabhängiger von Strompreiserhöhungen“, sagt René Rüdinger.

Äußerlich ist die Dortmunder Anlage kaum von einem einspeisenden Sonnenkraftwerk zu unterscheiden. Sie liefert ihren Gleichstrom ebenfalls an einen Wechsel richter, der ihn in netzfähigen Wechselstrom umwandelt. Auch die Elektrogeräte der Rüdingers, also Fernseher, Kühlschrank und Waschmaschine, benötigen Wechsel strom. Lediglich der Bezugszähler wird beim Eigenverbrauch durch einen sogenannten Zweirichtungszähler ersetzt. „Er hat zwei Zählwerke. Das eine zeigt die bezogene, das andere die ins öffentliche Netz eingespeiste Energiemenge an“, erklärt Özcan Pakdemir, Elektroinstallateur aus dem westfälischen Bergkamen. Ein zweiter Zähler misst den von der Photovoltaikanlage erzeugten Strom. Zur Berechnung des Eigenverbrauchs wird die Einspeisemenge von dieser Gesamtenergie abgezogen. Den finanziellen Zusatzaufwand für den Zweirichtungszähler hält Pakdemir für vertretbar. „Das Gerät kostet nur rund 200 Euro mehr als der Zähler für die normale Einspeisung.“

Komplizierter und teurer wird es allerdings, wenn der Solarstrom komplett selbst genutzt werden soll. Genau das ist aber mittelbis langfristig das Ziel. Denn in diesem Fall kommen Anlagenbesitzer gänzlich ohne teuren Netzstrom aus. Außerdem strömt dann weniger Solarstrom in die ohnehin schon stark überlasteten Ortsnetze. Allerdings scheint die Sonne vor allem mittags, wenn Haushalte relativ wenig Energie benötigen. Zum Fernsehen und Kochen am Abend lässt sie sich kaum noch anzapfen – das Stromnetz ist dann die einzig verfügbare Quelle. Für eine unabhängige Energieversorgung müssen Anlagenbesitzer daher zusätzlich Batterien anschaffen, die Überschüsse zwischenspeichern und bei Bedarf zur Verfügung stellen. Das Problem: Die für den Hausgebrauch am besten geeigneten LithiumIonenAkkus sind noch recht teuer. „Die gespeicherte Kilowattstunde Solarstrom kostet aktuell etwa 40 Cent“, erklärt Matthias Vetter, Leiter der Abteilung elektrische Speichersysteme im FraunhoferInstitut für Solare Energiesysteme (ISE) in Freiburg. Von diesem Preis machen die Speicherkosten gut die Hälfte aus. Diese Kosten dürften Verbraucher eher abschrecken. Doch Vetter glaubt, dass sich dank technischer Fortschritte und größerer Produk tionen die Speicherkosten in den kommenden drei bis vier Jahren auf zehn Cent halbiert werden können. „Wenn gleichzeitig der Haushaltsstrompreis weiter wie bisher um fünf Prozent pro Jahr steigt, werden sich LithiumIonenSpeicher schon ab 2015 lohnen“, sagt der Batterieforscher.

Seine Prognose könnte aufgehen, denn renommierte Batteriehersteller wie Leclanché aus der Schweiz, die japanische Panasonic oder Varta aus Hannover starten die Mas senfertigung von LithiumIonenAkkus für die Solarenergie. Leclanché zum Beispiel will ab kommendem September in einer umgerüsteten Magnetbandfabrik im ba dischen Willstätt eine Million LithiumTitanatZellen pro Jahr produzieren. Das entspricht etwa 20.000 Speichern für Eigenheime.

Kompakt

Solarförderung: Sanfte Landung

Neue Vergütungssätze: Bund und Länder haben sich Ende Juni auf eine kräftige Kürzung der Solarförderung geeinigt, allerdings sollen nach Protesten der Länder die Einschnitte bei Dachanlagen zum Teil geringer ausfallen als von der Regierung zuerst geplant. So bleibt es für Anlagen unter zehn Kilowatt Leistung bei der Kürzung von 24,43 Cent auf 19,5. Vor allem größere Anlagen mit 10 bis 40 Kilowatt Leistung erhalten mit 18,50 Cent je eingespeiste Kilowattstunde mehr Geld. Die Bundesregierung hatte dafür 16,50 Cent vorgesehen.
Sinkende Tarife: Die Kürzungen sollen rückwirkend zum 1. April gelten und bei den Vergütungszahlungen verrechnet werden. Wichtigste Neuerung bei kleineren Dachanlagen bis zehn Kilowatt: Es bleibt bei einer 100prozentigen Förderung des eingespeisten Stroms. Nach den ursprünglichen Plänen war eine Reduzierung ab 2013 auf 80 Prozent geplant. Die restlichen 20 Prozent sollten Betreiber direkt selbst verbrauchen oder vermarkten. An den ursprünglich vorgesehenen Degressionsschritten ändert sich dagegen nichts. Für alle Anlagen sinken die Tarife von Mai bis November monatlich um ein Prozent. Ab November wird diese monatliche Kürzung angepasst – je nachdem wie viele Solaranlagen im Vorquartal neu ans Netz gegangen sind.
Ausbauziel gedeckelt: Erstmals wird das Gesamtausbauziel gedeckelt: auf 52.000 Megawatt. Derzeit sind 28.000 Megawatt in Deutschland installiert.
Mehr Speicher: Schließlich wollen Bund und Länder das Speichern von Solarstrom forcieren, damit eine Antwort auf die schwankende Erzeugung aus Sonnenenergie gefunden wird. Noch 2012 soll die Regierung ein neues Förderprogramm mit zinsvergünstigten Krediten für dezentrale Speicher auf den Weg bringen. Dies soll in einer Protokollerklärung der Regierung geregelt werden.

Hightechschrank: Mit Conerggys Sonnenspeicher können Solarbetreiber ihren Eigenverbrauch auf 70 Prozent steigern. Er besteht aus Batterie, Wechselrichter und Regelungstechnik.


Foto: Conergy AG

Speicher vor dem Durchbruch

Die Schweizer reagieren mit ihrer neuen Fabrik auf die zunehmenden Bestellungen der Solaranbieter, die sich im jungen Speichermarkt positionieren wollen. „Eigenstromlösungen sind der neue Trend in der Photovoltaik. Die Verbraucher streben nach mehr Unabhängigkeit“, sagt LeclanchéChef Ulrich Ehmes. Zu den ersten großen Solarkunden des Unternehmens zählt der chinesische Modulhersteller Talesun. Mit ihm hat Leclanché ein Solarsystem entwickelt, das den Eigenverbrauch eines typischen Vierpersonenhaushalts von 30 auf 70 Prozent erhöht. Derzeit wird die Technik allerdings noch in Pilotprojekten in Südeuropa und Asien getestet.

Talesun sollte sich jedoch mit der Markteinführung sputen, denn der Kampf um Kunden und Marktanteile ist schon in vollem Gange. Auf der Intersolar zeigten 140 Aussteller Lösungen rund um den Eigenverbrauch, die ersten Firmen platzieren ihre Speichersysteme bereits auf dem Markt. Der Hamburger Solaranbieter Conergy zum Beispiel startet zum Winter den Verkauf seines neuen „Sonnenspeichers“. Mit fünf Kilowatt Leistung und einer Speicherkapazität von 8,8 bis 13,2 Kilowattstunden ist er in zwei unterschiedlichen Größen für einen Vierpersonenhaushalt ausgelegt. Jaak Palisaar, Leiter Produktmanagement, stellte die Technik auf der Solarmesse Intersolar im Juni vor. Der Solarstrom kann mittels des gut mannshohen Geräts nicht nur gelagert werden, der Batterieschrank mit integriertem Wechselrichter und einem Managementsystem entscheidet auch selbstständig, wie die Energie jeweils am besten zum Einsatz kommt. Also ob direkt Haushaltsgeräte angesteuert, die Lithium-Ionen-Batterien befüllt oder ins Netz eingespeist wird. Ein einfaches Display zeigt dem Anwender, welche Nutzung das Managementsystem wählt.

Palisaar macht keinen Hehl daraus, dass das Conergy-System wegen der Lithium-Ionen-Akkus in der Anschaffung noch teurer sei als manche Lösung mit herkömm lichen Bleibatterien. „Allerdings muss der Bleiakku über die 20 Jahre auch mindestens drei Mal ausgetauscht werden, während der, Sonnenspeicher‘ 20 Jahre hält.“ Das liege an der höheren Zyklenfestigkeit der Lithium-Ionen-Batterien, erklärt Palisaar. „Sie können etwa 7.000 Mal vollständig be- und entladen werden, Blei batterien hingegen schaffen nur 2.000 Zyklen.“ Weitere Besonderheit des „Sonnenspeichers“: Der Gleichstrom der Module vom Dach wird vom Wechselrichter nicht automatisch in Wechselstrom umgewandelt. Muss der Akku geladen werden, wird dieser zur Vermeidung von Verlusten direkt mit Gleichstrom gespeist. Erst wenn die Batterien gefüllt sind, gibt das System dem Inverter das Signal, den Gleichstrom zur Versorgung häuslicher Verbraucher oder zur Netzeinspeisung in Wechselstrom umzuwandeln. „Durch die se Regelung steigt der Systemwirkungsgrad und mehr Energie kommt im Akku und später im Hausnetz an“, erklärt Palisaar.

Eine ähnliche Lösung offeriert ab Herbst Schott Solar aus Mainz. Nachdem die Firma entschieden hat, wegen der uneinholbar billigen chinesischen Konkurrenz aus der Produktion kristalliner Siliciummodule auszusteigen, will sie jetzt bei den Eigenstrom lösungen durchstarten. „Schott Storeit“, so der Name des neuen Speicher systems, besteht aus einem 5,4-Kilowatt-Batteriepack mit Lithium-Ionen-Zellen, einem Wechselrichter, dem Batteriewechselrichter und einem Energie managementsystem. „Es wird im Paket einfach an das vorhandene Hausnetz angeschlossen, der Anschluss einzelner Komponenten ist nicht nötig“, erklärt Jens Vietor, Leiter Innovations management. Überwacht und gesteuert wird „Schott Storeit“ vor Ort über ein Bedienteil mit Touchscreen.

Lithium-Ionen-Akkus zum Speichern von Solarstrom sind noch sehr teuer – doch mit der Massenfertigung dürften die Kosten sinken.


Foto: Leclanché

Begeisterte Installateure

Aber so benutzerfreundlich das System auch ist – an seinen Kennzahlen zeigt sich, dass es sich um ein frühes Produkt handelt. Die integrierte Lithium-Ionen-Batterie von Panasonic zum Beispiel hält laut Hersteller etwa 5.000 Zyklen – das reicht bei täglicher Be- und Entladung für 14 Jahre, nicht aber für eine mindestens 20-jährige Lebensdauer der Module. Für zwei Dekaden Haltbarkeit müsste der Betreiber die Batterie schonen, was aber leicht zulasten der Eigenverbrauchsquote und somit der Wirtschaftlichkeit gehen kann. Doch Rentabilität steht bei „Schott Storeit“ auch noch nicht im Fokus. „Unser System rechnet sich bestenfalls zum Ende seiner Laufzeit“, gesteht Vietor. „Aber wir setzen damit schon einmal eine klare Duftmarke.“ Das ist der Firma offensichtlich gut gelungen. Das Interesse auf der Intersolar sei trotz Krise überwältigend gewesen, sagt Vietor. Spontan habe er fünf „Storeits“ an begeisterte Installateure verkauft.

Konkurrenten geht es da heute schon um Wirtschaftlichkeit. Um Wettbe werbsfähig keit zu erreichen, verbaut Solarworld in seinen Eigenstromlösungen bisher ausschließlich Bleiakkus. Das neue Batterie system der Firma namens „Sunpac“ gibt es für Einfamilienhaushalte in zwei Aus führungen mit 6,9 und 13,8 Kilowattstunden Speicherkapazität. „Blei-Gel-Batterien sind für diese Kapazität derzeit die Speicher mit dem besten Preis-Leistungs-Verhältnis“, sagt Solarworld-Produktmanager Markus Graßer. Was man der Bleitechnik nach den Aussagen anderer Anbieter kaum zutraut: Die 6,9-Kilowattstunden-Version hält laut Graßer 13 Jahre, die größere Ausführung sogar 18 Jahre – fast so lange wie die als wesentlich robuster geltende Lithium-Ionen-Technik. Weiterer Pluspunkt: „Sunpac“ ist nicht größer als ein Koffer und passt damit selbst in kleine Keller. Allerdings gehört zum System mehr als nur die Batterie. Mit dem Laderegler wird die Anlage gesteuert. Hier wird entschieden: la den, verbrauchen, einspeisen. Die nötigen Daten dafür liefert der Zweirichtungs stromzähler. Im integrierten Schaltrelais können Stromverbraucher beim Über schreiten eines definierten Ladezustands einoder ausgeschaltet werden. Den La destand der Anlage kann man sich über das Portal Suntrol anzeigen lassen, auf Wunsch auch über eine App auf dem Handy oder dem Tablet-PC.

Im Photovoltaiksystem der Zukunft, wie es sich Solarworld-Chef Frank Asbeck vorstellt, sind Batteriespeicher wie „Sunpac“ aber nur ein Mosaikstein. Seine Vision: Mit Solarstrom vom eigenen Dach werden künftig auch Elektroautos und -fahrräder sowie transportable Verbraucher versorgt. Erste Lösungen hat Solarworld dafür schon parat: Hingucker auf der Intersolar waren das „Suncarport“, eine mit Modulen bespickte Unterstellkonstruktion, die gleichzeitig als Tankstelle für Hybrid- oder Elektrofahrzeuge dient. Oder das „Sunshed“ zum unterstellen und Laden von E-Bikes. Auch Experten sehen in der Verbindung von Solarstromerzeugung, Eigennutzung im Haushalt und Elek tromobilität die Perspektive der Photovoltaik. „Elektromotoren haben einen höheren Wirkungsgrad als Verbrennungsmotoren und die Solarstrom erzeugung ist effizienter als die mit Bio-Treibstoffen“, sagt ISEBatterieforscher Vetter. Zusätz lich könnten die Elektrofahrzeuge durch intelligente Be- und Entladestrategien zur Netzstabilisierung beitragen.

Bisher sind Batteriesysteme und Elektrofahrzeuge zur solaren Energieautarkie nicht wirtschaftlich und damit für Verbraucher wenig attraktiv. Doch die neuen Anwen dungen sind mehr als nur entfernte Zukunftsmusik, denn die So Solarindustrie treibt Innovationen in diesem Bereich mit hohem Einsatz voran. In etwa fünf Jahren, erwarten Experten, werden die ersten wirtschaftlichen Speicher und Solarfahrzeuge erhältlich und die Einspeisevergütung für Solarstrom überflüssig sein. Bis es so weit ist, können sich die Verbraucher schon einmal langsam vom EEG loseisen: indem sie in eine Solaranlage investieren und mithilfe einfacher Technik wie einem zusätzlich en Zähler ihren Eigenverbrauch steigern.

Öko-Strom fürs Auto: Solarworlds Suncarport kann perfekt auch als Tankstelle für Hybrid- und Elektrofahrzeuge genutzt werden.


Foto: Solarworld AG

Hingucker auf der Intersolar

Solare Eigenstromlösungen werden aufgrund steigender Strompreise für Verbraucher immer attraktiver. Aber es muss nicht gleich das große Sonnenkraftwerk mit Energiespeicher und Regelungstechnik sein. Die Firma GP Joule bietet für Solareinsteiger mit Minijoule eine kleine Solaranlage zur Selbstmontage an, die aus nur einem Modul mit 185 Watt Leistung besteht. Ihren Strom können Betreiber über den Hausanschluss direkt selbst verbrauchen – so muss weniger teurer Netzstrom bezogen werden. Auf der Intersolar rechnete GP Joule vor: Bei 449 Euro Anschaffungskosten und einem Jahresertrag von 166,5 Kilowattstunden hat sich Minijoule bei einem Stromtarif von 0,245 Cent und drei Prozent jährlicher Preissteigerung nach zehn Jahren bezahlt gemacht. Nach 20 haben Betreiber mit der Anlage laut GP Joule bereits rund 650 Euro erwirtschaftet. Allerdings sind die Anschlusskosten in dieser Rechnung noch nicht berücksichtigt. In Deutschland darf aus Sicherheitsgründen nur der Elektroinstallateur die Anlage ans Netz anschließen.

Interessante Innovationen gibt es auch bei solaren Standardprodukten wie Wechselrichtern und Modulen. Der neueste Wechselrichter der Firma Refusol 020K-SCI zum Beispiel wandelt fast 99 Prozent des Gleichstroms der Solarmodule in netzfähigen Wechselstrom um, Standard sind bei den Invertern bisher 97 Prozent Wirkungsgrad. Ein neuer Halbleiter aus Siliciumkarbid verringert bei diesem Gerät Schaltverluste. Dadurch erhöht sich die Gesamteffizienz der Anlage – die Kosten des Sonnenstroms fallen. SMA wiederum stellte auf der Intersolar mit seinem Sunny Boy 5000 Smart Energy einen Wechselrichter mit Doppelfunktion vor: Er erzeugt nicht nur Wechselstrom, sondern kann die Solarenergie dank einer integrierten Lithium-Ionen-Batterie mit 2.000 Kilowattstunden Kapazität auch speichern. Dadurch lässt sich der Eigenverbrauch im Haushalt laut SMA um bis zu 30 Prozent steigern. Eine Alternative zu den bisher gängigen String-Wechselrichtern zeigte die US-Firma Power One: Ihre Aurora-Mikrowechselrichter werden jeweils einzeln direkt an jedem Modul montiert. So kann die Leistung der Solaranlage steigen, da die Mikros das Zusammenspiel der Module verbessern oder etwa eine teilweise Verschattung aufspüren und ausgleichen.

Höherer Wirkungsgrad: Technische Fortschritte lassen die Modulkosten zügig sinken.


Foto: Bosch Solar Energy AG

Sonne für Einsteiger: Dieses 185-Watt-Modul ist Herz der neuen Eigenstromlösung von GP Joule.


Foto: www.miniJoule.com

Bei den Modulen setzen derzeit trotz der starken chinesischen Konkurrenz deutsche Hersteller die technischen Glanzpunkte. Schott Solar und Q-Cells präsentierten jeweils Paneele aus sogenannten Perc-Zellen (Passivated Emitter and Rear Contact), die mit über 20 Prozent Wirkungsgrad effizienter arbeiten als herkömmliche kristalline Siliciumzellen. Bei Perc geht es vorrangig darum, Stromverluste zwischen Halbleiter und den metallenen Kontakten an der Rückseite der Zellen durch eine zusätzliche Barriereschicht zu reduzieren. Bosch Solar hingegen widmet sich für Effizienzsteigerungen der Zellenvorderseite. Winzige Pyramiden auf ihrer Front sammeln besonders viel Licht ein. Eine neue sogenannte Emitterschicht sorgt zudem dafür, dass der generierte Strom aus der Zelle nahezu verlustfrei zu den Frontkontakten geleitet wird. So kann das neue Bosch-Modul mit dem schwierigen Namen c-Si M 60 EU42117 mehr Strom erzeugen als die Vorgängermodelle.

Dichtes Gedränge herrschte auf der Intersolar auch am Stand von Azur Solar. Und zwar nicht nur wegen der preisgekrönten Speicherlösung der Firma namens Azur Independa, sondern auch aufgrund der selbstreinigenden Module Azur 1P. Durch Umwelteinflüsse verschmutzen Paneele mit der Zeit. Der Kalk des Regenwassers greift die Oberfläche an und bildet Poren, in denen sich Schmutzpartikel ablagern. Azur-Module bilden einen Schutzfilm – Schmutz perlt durch den Lotuseffekt ab, die Energieausbeute steigt.