Die Lösung für ein überflüssiges Problem: Das Solarfahrrad

Ich fahre ja viel Fahrrad. Allerdings noch ein klassisches Fahrrad wo man selbst treten muss. Der absolute Verkaufsschlager dieses Jahr ist das E-Bike. Ich habe mir aber mal gedacht – so viel Strom braucht das eigentlich nicht, ginge es nicht auch das man zumindest im Sommer es nur mit Solarstrom versorgen könnte, sozusagen in der Ökobilanz genauso gut wie das normale Fahrrad?

Klar, es wird nie ohne Akku gehen. Schon alleine, weil man im Winter viel im Dunkeln unterwegs ist und auch im Sommer nicht immer die Sonne scheint. Aber meine Vision wäre es doch toll, wenn man den Akku nie aufladen müsste – zwischen dem Fahren steht das Fahrrad ja rum. Wenn man selbst im Winter in den 8 Stunden Arbeitszeit zwischen und Hin- und Rückfahrt den Akku wieder voll laden könnte wäre das toll, denn das Aufladen am Abend vergisst man schnell. Selbst wenn man dauernd fährt, wäre die Reichweite größer. Typisch sind heute so 40 km pro Akku. Das reicht zwar für die tägliche Fahrt zum Arbeitsplatz, aber bei einer Fahrradtour wird es da schon eng.

Die Fläche und Leistung

Das einfachste was denkbar ist wäre ein Dach über dem Fahrrad, z. B. über Streben am Rahmen befestigt. Die maximale Fläche ergibt sich aus der Breite und Länge die ein Fahrrad sowieso belegt. Bei meinem sind das 60 cm Breite und 190 cm Länge, also rund 1,14 m². Eine kleine Recherche für Module zeigt, das ein 250 bis 300 W Modul eine Fläche von 1,65 m² hat bei 18 kg Gewicht. Hochgerechnet auf die kleinere Fläche wären das 12,5 kg Gewicht und 200 W Leistung.

Fangen wir mit dem Gewicht an – das wäre für ein Fahrrad zu hoch. Ein E-bike ist ja sowieso schon schwerer als ein normales Fahr ad. Aber nochmal 18 kg mehr? Klar die Module sind auch für die stationäre Verwendung gedacht. Sei sind auch 3,5 cm dick. Bei einem Fahrrad wäre es sinnvoller eine leichtere Konstruktion zu verwenden. Idealerweise auch gekrümmt, das schützt zum einen den Fahrer besser vor Regen und zum zweiten kann man so ein Profil erhalten, geformt, wie bei einem Flügel. Das liefert etwas Auftrieb – zumindest bei Gegenwind, wenn man sich sonst schwer tut mit dem Fahren (bei mir sehr nervig – sowohl hier, wie auch in Nesselwang, steigt die Landschaft nach Westen hin an – Der Wind kommt immer von Westen sodass ich immer bergauf bei Gegenwind fahren muss).

Ein Blick über den Tellerrand zu Satellitentechnik. Dort wiegen starre Arrays, vergleichbar den Modulen die man stationär montiert bei 1,14 m² Fläche 5,3 kg und flexible Arrays 2,7 kg. Die müssen immerhin 6 g beim Start aushalten. Das müssen Module fürs Dach wohl eher nicht. Zugammen mit der Elektronik für das Einspeisen und Halterungen für das Dach sollte man auf unter 8 kg kommen, das ist im Mittel das, was ein E-Bike mehr als ein normales Fahrrad wiegt und so sollte das gleiche Gewicht für eine „Dauerladestation“ tolerierbar sein.

Fahrtstrecke

Der Ertrag ist natürlich jahreszeitlich unterschiedlich. Daneben auch vom Ort. In Vorarlberg, Österreich bekommt man mit einer 1000 W Peak-Anlage im Dezember noch 40 kW, in Aachen nur noch 20 kW. In der Spitze ist der Unterschied kleiner: 165 zu 135 kW.

Bei 200 W Leistung wären das minimal im Dezember 4 kW in Aachen und 8 kW in Österreich.

Ich habe mir einfach mal bei Amazon das meistverkaufte E-Bike rausgesucht. Das hat eine Reichweite von 40 bis 55 km bei einem 36 V 12 Ah Akku. Der Akku hat also eine Gesamtkapazität von 432 Wh. Nimmt man 500 Wh mit den unvermeidlichen Verlusten bei Stromwandlung und Aufladung, so kann man den Akku mit 4 kWh immerhin achtmal aufladen. Wer also im Monat nicht mehr 320 km fährt – z. B. sechsmal in der Woche rund 12 km pro Tag, der müsste selbst im Dezember/Januar nie den Akku aufladen. Im Sommer könnte er selbst in Aachen täglich 70 km mit dem Solarstrom fahren.

Im Sommer wären es minimal 27 kWh. Die verteilen sich im Juli auf 16 Sonnenstunden pro Tag, also 54,4 Wh/h. Dann wäre der Akku in 9 Stunden voll. In Österreich schon nach weniger als 5 Stunden. Das würde dann ausreichen für eine Fahrradtour mit Pausen um die Reichweite zu verdoppeln. 40 km schafft man mit vollem Akku. Wenn man 9 Stunden unterwegs ist, lädt er nochmals auf und man kommt auf weitere 40 km.

Realistischerweise wird man bei dem Preis die Solarmodule kosten (ein 250 W Modul aus monokristallinen Zellen etwa 200 bis 300 Euro und man braucht hier eine kleinere Fläche) auf die effizienteren Galliumarsenidzellen ausweichen. Sie sind zwar teurer liefern aber nochmals 25 % mehr Leistung.

Einschränkungen

Natürlich gibt es auch Probleme. So verschiebt sich der Schwerpunkt nach oben. Das ist beim E-Bike nicht so tragisch, weil es durch den Motor und Akku sowieso einen niedrigeren Schwerpunkt hat. Man wird aber einen robusteren Ständer brauchen. Es gibt auch Hochklappständer, die in der Mitte angebracht sind, die sind eher geeignet als die seitlichen Ständer. Würde man ein Solarfahrrad neu entwickeln, so wäre wegen der großen Höhe wohl ein Liege- oder Sitzfahrrad sinnvoller. Dann würde die Dachfunktion auch besser genutzt werden. Die sieht man ja derzeit noch vereinzelt auf den Straßen. Der größte Nachteil derer finde ich ist die niedrige Sitzposition. Man sieht dann wirklich den Straßenverkehr wie ein Kind, kann anders als beim normalen Fahrrad nicht über ein Auto hinwegschauen.

Meine Idee vom Dach wird wohl im praktischen Einsatz zu anfällig sein. Doch da man meist auflädt, wenn das Fahrrad steht, wäre es auch nicht nötig. Ein flexibles Array könnte man auch am Gepäckträger anbringen und würde es erst entfalten, wenn das Fahrrad steht. Bei genügend Platz wäre man dann auch nicht auf die obige Fläche beschränkt. Ein ATK-Flexarray bietet 15 KW/m³ Leistung wenn es gefaltet wird. Das ist Satellitentechnologie, übertragen auf die Wirkungsgrade von monokristallinen Zellen und die niedrigere Sonnenstrahlung am Boden sind es 7,6 kW/m³. 0,2 kW brauchen dann 26 l Volumen. Das ist ein Volumen das auch in einer Gepäckträgertasche zur Verfügung steht.

Das wäre eine gute Lösung, solange man nicht an genügend Orten eine Auflademöglichkeit hat. Man braucht zwar nur eine normale Steckdose, aber ich denke die wenigen Arbeitgeber mögen es, wenn man das Fahrrad ins Gebäude bringt und außen sind meistens Steckdosen eher Mangelware.

Man kann leicht im Kopf überschlagen, das dieselbe Überlegung bei einem Auto wenig bringt. Zwar hat das schon ein Dach das man nur belegen muss und auch mehr Fläche. Ein Mittelklassewagen hat zwar etwa 5 m² nutzbare Fläche – 5-mal mehr als ein Fahrrad, aber die Batterie hat eine Kapazität von 40-80 kWh, also die 100-200 fache Kapazität. Damit liefert die solare Stromversorgung nur wenig am Gesamtenergiebedarf eines E-Autos.