Solartechnik und regenerative Energien

Schadstoffe und Treibhausgase, die bei der Gewinnung elektrischer Energie aus fossilen Brennstoffen emittiert bzw. freigesetzt werden, belasten in zunehmendem Maße unsere Umwelt und unser Klima. Die Nutzung von regenerativen Energien erlaubt heutzutage die Erzeugung von thermischer, elektrischer und chemischer Energie, welche um ein Vielfaches „sauberer“ ist, als die Nutzung von fossilen Brennstoffen. Die Sonne stellt eine für menschliche Verhältnisse unerschöpfliche Energiequelle dar, welche über die Photovoltaik direkt genutzt werden kann. Bekannt hierzu ist vor allem das sogenannte Sahara-Wunder, nach welchem eine Nutzfläche von 800 km x 800 km in der Sahara ausreichen würde, um den gesamten Primärenergiebedarf der Welt mit Photovoltaik zu decken.

Im Bereich der Solarzellentwicklung hat vor allem der Wirkungsgrad in den letzten 12 Jahren große Schritte gemacht: von durchschnittlich 14% in 2007 erhöhte sich dieser bei monokristallinen Si-Solarzellen auf heutzutage >22 %. Vor allem Fortschritte in der Qualität der Siliziumwafer, fortschrittlichen Zellstrukturen wie PERC und Rückkontaktzellen und wesentliche Verbesserungen im Prozess und der Zellmetallisierung haben zu diesen großen Wirkungsgradverbesserungen geführt. Durch neuartige Modulmaterialien und verbesserte Verschaltungsmethoden konnte gleichzeitig der Zell-zu-Modul-Verlust auf <1% verringert werden, so dass heutige Solarmodule mit Wirkungsgraden >18% verfügbar sind.

Das Solarlabor besteht aus einem Innen-Laborbereich und einer Dachfassade, auf welcher zahlreiches Messequipment angebracht ist. Damit dient die Dachfassade mit Ihren zahlreichen Mikro-PV-Installationen als Reallabor für die Durchführung zahlreicher Untersuchungen und Experimente. Um am Puls der Zeit arbeiten zu können, wurden zahlreiche hochaktuelle PV-Module installiert: Halbzellen-Module, Rückkontaktzellen-Module, bifaziale-Module und Drahtkontakt-Module.

 

Drohnenaufnahme des Reallabors:

Das Reallabor erlaubt den Studierenden die selbstständige Durchführung zahlreicher Untersuchungen:

  • Direkte örtliche Messung und Aufnahme der Modultemperatur zur detaillierten Verlustanalyse von unterschiedlichen Solarmodultypen
  • Bestimmung des Energiegewinns von nachgeführten und fest installierten PV-Modulen
  • Albedountersuchung an bifazialen Solarmodulen
  • Verringerung der Abschattungsverluste durch Anwendung von Mikrowechselrichtern
  • Direkte elektrische Vermessung der Module mittels einer Flir-Infrarotkamera und des Halm-Kennlinienmessgerätes
  • Weitergehende Ertragsanalyse von unterschiedlichen Solarmodulen, vermessen mit dem hochpräzisen Papendorf-Messequipment (300 bis 450 W)

Viele der oberen Themen sind aktuelle Schwerpunkte in der modernen Forschung. Vor allem die Ertragssteigerung durch Zwei-Achsen- oder Ein-Achsen-Nachführsysteme finden zunehmend die Anwendung in Großinstallationen: In Deutschland werden so zwischen 12 und 18 % und in Südeuropa zwischen 21 und 27 % Mehrertrag erreicht. Anschaulich ist dies an unterer Leistungskurve (nachgeführtes zu nicht nachgeführtem System mit 30° und 0° Anstellwinkel) zu sehen.

Das Nachführsystem erlaubt die schnelle Anbringung unterschiedlicher Solarmodule. Neben den elektrischen Modulparametern wird ebenso die Modultemperatur, die Lichtintensität über einen ISET Sensor und ein Pyranometer und das Lichtspektrum über ein Radio-Spektrometer vermessen.

Im Innenbereich stehen neben LED basierten Lampensystemen Hochleistungshalogenlampen zur Verfügung, um Solarmodule zu beleuchten. Die Strom-Spannungskennlinien können hierbei durch unterschiedliche Verfahren hochgenau aufgenommen werden. Ebenso steht ein Messplatz zur Verfügung, an welchem die Auswirkung von Abschattung auf die Leistung von Solarmodulen gezielt untersucht werden kann.