Flexible Solarmodule | Rotierende Solarpanel u. a. Photovoltaik
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Solarmodule und Photovoltaikanlagen haben im ersten Quartal 2024 lt. statistischem Bundesamt circa 8,1 Mrd. kWh Strom aus Sonnenenergie ins Netz gespeist. Gegenüber dem Vorjahresquartal entspricht das einem Anstieg von 21 %. Die Technik wird dabei immer ausgereifter: Rotierende Solarpanel mit langlebigen Antriebsketten optimieren die Ausbeute. Flexible Solar Module und mit biegsamen Photovoltaik Zellen sowie neuartige Agrivoltaik sind im Kommen.
Inhalt
- Solarmodul und Photovoltaik 2024 – Das Wichtigste in Kürze
- Solarmodul, Solarzelle, Solarpanel Neuheiten und Innovationen
- Häufig gestellte Fragen
Solarmodul und Photovoltaik 2024 – Das Wichtigste in Kürze
Die Entwicklung in der Solartechnik schreitet rasant voran. Solarzellen, die kleinste Einheit moderner Solarmodule, erreichen dank neuer Technologien wie Perowskit oder Tandem-Solarzellen immer höhere Wirkungsgrade. Solarmodule und Solarpanels werden dabei nicht nur effizienter, sondern auch nachhaltiger – etwa durch recycelbare Materialien oder die Reduktion von Seltenen Erden.
Ein wichtiger Trend ist die Integration von bifazialen Modulen, die Licht von beiden Seiten nutzen können, was die Stromausbeute deutlich steigert. Gleichzeitig ermöglichen flexible Dünnschichtmodule Anwendungen auf unebenen Flächen oder in der Architektur, wie bei gebäudeintegrierten Photovoltaikanlagen (BIPV).
Die Forschung konzentriert sich außerdem auf die Kombination von Solarzellen mit Energiespeichern, um Solarstrom auch bei schwachem Sonnenlicht effizient nutzbar zu machen. Der Fokus liegt klar auf der Weiterentwicklung von Effizienz, Haltbarkeit und Nachhaltigkeit – eine Voraussetzung, um die Energiewende aktiv voranzutreiben.
Solarmodul, Solarzelle, Solarpanel Neuheiten und Innovationen
Mobile Agrivoltaik Anlage in Betrieb genommen
19.11.2024 | Die Hochschule Geisenheim hat eine neue mobile Agri-Photovoltaik-Anlage in Betrieb genommen. Das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte Projekt Viticult PV-mobil kombiniert auf landwirtschaftlichen Flächen Weinbau und Solarstromerzeugung in einer modularen, leicht aufstellbaren Struktur.
Die Anlage zeichnet sich durch einen unkomplizierten Aufbau über neue Rebpflanzungen aus. Die Solarmodule bieten nicht nur schattenspendenden Schutz, sondern lassen sich bei starkem Wind automatisch in ein Schutzgehäuse zurückziehen. Diese Konstruktion erleichtert den Betrieb erheblich und ist speziell für den Schutz von Jungpflanzen konzipiert, die in trockenen und heißen Jahren Unterstützung benötigen. Dank der flexiblen Leichtbauweise kann die Anlage problemlos zwischen verschiedenen Jungpflanzenfeldern umgesetzt werden.
Am Projekt arbeiten drei Institutionen zusammen: die Hochschule Geisenheim University (HGU), das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE und die SBP Sonne GmbH. Während das Fraunhofer ISE die Idee der Agri-PV-Anlage maßgeblich geprägt hat, steuert SBP Sonne ihr Know-how in der technischen Planung und Konstruktion bei. Die HGU verbindet wissenschaftliche Grundlagenforschung im Weinbau mit praxisnahen Studien.
Gefördert wird Viticult PV-mobil als Teil der BMBF-Initiative KMU-innovativ, die Projekte zur Energieeffizienz und Klimaschutz unterstützt. Ziel ist es, innovative Lösungen für klimaresiliente Landwirtschaft, Energiewende und Pflanzenschutz zu entwickeln, um nachhaltige Kulturlandschaften zu fördern.
Effizienteste Solarzelle der Welt mit 47,6 % Wirkungsgrad
30.08.2022 | Dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE ist es mit einer neuen Antireflexbeschichtung gelungen, die Effizienz der bisher besten Vierfachsolarzelle von 46,1 auf 47,6 % bei 665-facher Sonnenkonzentration noch einmal zu erhöhen.
Im Rahmen des durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz BMWK geförderten Projekt 50 Prozent soll erstmals eine Solarzelle mit 50 % Wirkungsgrad entstehen. Dazu wird jede Schicht der komplexen Mehrfachsolarzellen optimiert. Es werden prozesstechnologische Verbesserungen an den Metallkontakten und verbesserte Antireflexionsschichten eingebaut. Mit der neuesten Solarzelle und ihrem Wirkungsgrad von 47,6 % unter konzentriertem Sonnenlicht gelang ein Durchbruch.
Die Schichtstruktur der neuen Solarzelle wurden bereits 2016 zusammen mit der Soitec AG entwickelt. Es handelt sich hierbei um eine obere Tandemsolarzelle aus Gallium-Indium-Phosphid (GaInP) und Aluminium-Gallium-Arsenid (AlGaAs). Sie wurde von Soitec auf eine untere Tandemsolarzelle aus Gallium-Indium-Arsenid-Phosphid (GaInAsP) und Gallium-Indium-Arsenid (GaInAs) gebondet.
Die Solarzellenschichten wurden jetzt beim Fraunhofer ISE mit verbesserten Kontaktschichten und einer 4-lagigen Antireflexionsschicht versehen. Hierdurch sinken Widerstandsverluste sowie die Reflexion an der Vorderseite der Zelle, die in einem breiten Spektralbereich von 300 bis 1780 nm empfindlich ist. Herkömmliche Solarzellen aus Silicium absorbieren das Sonnenlicht nur bis zu einer Wellenlänge von 1200 nm. Sie benötigen damit keine breitbandige Entspiegelung.
Mehrfachsolarzellen aus III-V-Verbindungshalbleitern gehören seit jeher zu den effizientesten Solarzellen der Welt. Sie entfalten ihr höchstes Potenzial, wenn das Sonnenlicht zusätzlich durch Linsen auf wenige Quadratmillimeter kleine Bauelemente gebündelt wird. Zu den Anwendungsmöglichkeiten solcher höchsteffizienten Tandemsolarzellen gehören Konzentrator-Photovoltaik-Systeme, die in sonnenreichen Ländern zur effizienten Energieerzeugung beitragen.
Mit der Tandemphotovoltaik sei es laut Prof. Dr. Stefan Glunz, Bereichsleiter Photovoltaik Forschung möglich, die Grenzen von Einfachsolarzellen hinter sich zu lassen und damit eine Senkung der Solarstromkosten zu erreichen.
Korrosionsbeständige Ketten für großformatige Solarmodule in Spanien
18.08.2022 | Während die rotierenden Solarmodule eines spanischen Herstellers der Sonneneinstrahlung folgen, werden sie von einem Antrieb bewegt. Dieser war bislang mit einer leistungsschwachen Antriebskette ausgestattet. Nach einem Austausch der Standardkette durch eine korrosionsbeständige Kette mit langer Lebensdauer von Tsubaki fiel der häufige Kettentausch weg und die kostspielige Wartung konnte reduziert werden.
Spanien hat sich bei der Entwicklung und beim Einsatz von Photovoltaik Technik als Erneuerbare Energiequelle als führend erwiesen. Als Pionier auf diesem Gebiet verlor das Land aber in den Jahren nach dem Millennium etwas an Dynamik, weil die weltweite Finanzkrise 2008 zu einer hohen Solarsteuer auf bestehende und neue Anlagen geführt hat.
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Danach ist der Beitrag Erneuerbarer Energien zum nationalen Energiemix in Spanien wieder stark gestiegen. Laut der der Internationalen Energieagentur hat das Land mit 38 % im Jahr 2019 und mit 44 % im Jahr 2020 seinen Gesamtbeitrag aus Erneuerbaren Energien gesteigert. Ein Großteil von Spaniens Erneuerbaren Energiemix stammt aus Solarenergie mit Solaranlage und Photovoltaikanlage.
Drehendes Solarmodul sorgt für maximale Ausbeute
Ein führender Solarmodul Hersteller in Spanien produziert großformatige Photovoltaik Module für kommerzielle Solar Parks. Die Die Solar Paneele werden in Reihen auf Feldern und an Hängen installiert, die zu Bebauung oder landwirtschaftlichen Anbau ungeeignet sind. Für die optimale Kapazität der Solar Energieerzeugung ist jedes Solarmodul Panel auf einem Sockel montiert. Die Sockel sind mit einem Antriebssystem ausgestattet, welches sich langsam den ganzen Tag über dreht und so die Photovoltaikanlage direkt in die Sonne richtet.
Der Antriebsmotor arbeitet über einen Kettenmechanismus. Weil die ursprünglich eingesetzte Antriebskette schnell durch Regen, Tau und Luftfeuchtigkeit korrodierte, ergaben sich kostspielige Wartungsarbeiten. Auch die kurze Lebensdauer der Kette führte zum häufigen Tausch.
Die Experten von Tsubaki empfahlen folgende Lösung für dieses Problem. Die Standardketten wurden durch Qualitätsketten aus der „Neptune“ Reihe ersetzt. Diese eignen sich bestens für die raue Umgebung von der Solar Module, verfügen über eine hohe Zugfestigkeit und sind mit einer korrosionsbeständigen Spezialbeschichtung versehen.
Keine Korrosion dank zweistufiger Beschichtung
Eine zweistufige Beschichtung schützt die Grundkette zuverlässig vor korrosiven Umgebungen. Das Außen- oder Deckschichtharz bewahrt die Neptune Kette vor physikalischen Einflüssen. Eine zweite Schicht darunter verhindert ein korrodieren der Kette. Damit jede Komponente vollständig beschichtet ist, werden sie vor der Kettenmontage bei Umgebungstemperatur beschichtet. So wird das Metall nicht durch Hitze beeinflusst. Die Neptune-Ketten sind für den Outdoor Einsatz, feuchte Umgebungen und Washdown Anwendungen konzipiert. Schon bei einem ersten Versuch haben sie viel länger gehalten als die Originalkette. Aufgrund der höheren Festigkeit dehnen sie sich weniger.
Flexible Solarmodule für neue Photovoltaik Anwendungen
02.12.2020 | Flexible Solarmodule von der Rolle haben die Forscher von Fraunhofer EMFT und ISE im Visier. Im gemeinsamen Projekt LEO erarbeiten sie ein neues Herstellungsverfahren für Leiterplatten, mit denen sich biegsame Solarzellen realisieren lassen. Laut Ixchen Elias Ilosvay ist Photovoltaik essitentiell für die Energiewende. "Das Potenzial ist aber längst nicht ausgeschöpft", sagt die Wissenschaftlerin am Fraunhofer Institut für Mikrosysteme und Festkörper-Technologien EMFT.
Trennfolie Formteil verhindert Galvanische Korrosion im Auto
Um die Entwicklung von effizienteren Solarmodulen mit neuen Eigenschaften wie mechanischer Flexibilität und optischer Transparenz voranzutreiben, sind neue Herstellungsverfahren gefragt. Einen viel versprechenden Ansatz verfolgen Forschende der Fraunhofer EMFT und des Fraunhofer Instituts für Solare Energiesysteme ISE im Projekt LEO, welches die Plattform-Technologie zur ressourcenschonenden Fertigung von Leiterbahnen auf großflächigen mit Elektronik bestückten Oberflächen zum Ziel hat.
Gearbeitet wird an einem Verfahren, das eine kosteneffiziente und ressourcenschonende Herstellung von großflächigen Leiterbahnmustern ermöglicht. Solche Leiterbahnmuster werden auch als elektrische Kontakte zur Abführung des Fotostroms an Solarzellen benötigt.
Kosteneffiziente und umweltfreundliche Herstellung
Die Fraunhofer Forschenden nutzen eine dünne laserstrukturierte Aluminiumschicht als Maskierung für die galvanische Abscheidung der elektrischen Leiterbahnen. "Mit unserer Aluminiummaskierung anstelle des üblicherweise verwendeten Fotolacks zur Strukturierung der Leiterbahnen vermeiden wir organisch verunreinigte Abwässer, die nur sehr aufwändig und kostenintensiv aufgereinigt werden können", beschreibt Dr. Markus Glatthaar vom Fraunhofer ISE den Prozess. "Aluminium lässt sich relativ leicht aus dem Abwasser filtern und die geringe Menge, die bei unserem Prozess anfällt, kann man vollständig recyceln".
Solarzellen von der Rolle
Mit der Technologie können biegsame und transparente organische Solarzellen im Rolle-zu-Rolle-Verfahren hergestellt werden. Diese biegsamen Solarmodule lassen sich dann in unterschiedlichsten Anwendungen integrieren. Mit der neu entwickelten Prozessfolge konnte das Forscherteam bereits 20 µm breite, galvanisch verstärkte Leiterbahnen auf Foliensubstraten für organische flexible Solarzellen herstellen.
Eine zweite Anwendung ist die Fertigung einer neuartigen, hocheffizienten Hetero-Junction Solarzelle. Die im LEO Verfahren entwickelte kalte Metallisierung könnte die Herstellung der Solarzelle künftig deutlich kostengünstiger machen. "Die Metallisierung war bislang ein Knackpunkt, da die Hetero-Junction Module den Hochtemperaturprozess, der heute für Standard Solarzellen verwendet wird, nicht vertragen.", erläutert Herr Glatthaar. Der Wissenschaftler hofft, dass sich diese Hochleistungs Solarmodule mit dem neuen Herstellungsverfahren schneller am Markt etablieren können.
Forschung im Zeichen der Nachhaltigkeit
Die beiden Forschenden sind persönlich stark motiviert und möchten mit ihrer Arbeit zu mehr Nachhaltigkeit beitragen. "Ich bin in einem tropischen Entwicklungsland aufgewachsen. Es hat mich geprägt, Dinge wie die Abholzung der Regenwälder, Brände, das Artensterben, Ausbrüche neuer Krankheiten, Hurrikans und Überschwemmungen, aber auch Dürrephasen hautnah miterlebt zu haben", erzählt Ixchen Ilosvay.
Markus Glatthaar weiß aus der Vergangenheit, wie Forschung zur Lösung drängender Umweltprobleme beitragen kann: "Durch die konsequente Einführung entsprechender Technologien konnten das Waldsterben und das Verschwinden der Ozonschicht damals aufgehalten werden. Mit meiner Arbeit an flexiblen Solarmodulen und umweltschonenden Fertigungsprozessen möchte ich meinen Beitrag zum Schutz unserer Umwelt leisten."
Biegsame Photovoltaik Zellen an der Windkraftanlage
20.10.2020 | DAS Energy hat eine weltweit einzigartige Lösung entwickelt. Ein mit biegsamen Photovoltaikzellen beklebter Turm einer Windkraftanlage ermöglicht die hybride Energiegewinnung. Er bringt die Energiequellen Sonne und Wind zusammen. In Zusammenarbeit mit dem Energieträger Energie Burgenland wurde Anfang Juni erstmals ein solches Windrad in Betrieb genommen.
Häufig gestellte Fragen
Wie funktioniert eine Solarzelle einfach erklärt?
Eine Solarzelle wandelt Sonnenlicht durch den sogenannten p-n-Übergang direkt in elektrische Energie um. Das Herzstück der Funktion ist eine dünne Schicht aus Halbleitermaterial, meist Silizium. Trifft Sonnenlicht auf die Silizium Solarzelle, löst es Elektronen aus ihrem festen Verband. Diese freien Elektronen erzeugen durch den eingebauten elektrischen Feldbereich eine Spannung zwischen der oberen (n-Schicht) und unteren Schicht (p-Schicht). Sobald ein Verbraucher angeschlossen wird, fließt Strom.
Wie funktionieren Solaranlagen einfach erklärt?
Solaranlagen nutzen Sonnenenergie zur Strom- oder Wärmeerzeugung. Es gibt zwei Haupttypen:
- Photovoltaikanlagen: Solarmodule mit Solarzellen wandeln Sonnenlicht direkt in elektrischen Strom um. Der erzeugte Gleichstrom wird durch einen Wechselrichter in nutzbaren Wechselstrom umgewandelt und kann ins Stromnetz eingespeist, gespeichert oder direkt genutzt werden.
- Solarthermieanlagen: Solarkollektoren fangen die Sonnenstrahlung ein und erhitzen eine Wärmeträgerflüssigkeit. Diese Wärme wird für Warmwasser, Heizung oder Prozesswärme genutzt.
Was bringt ein 100 Watt Solarmodul?
Ein 100-Watt-Solarmodul erzeugt bei optimaler Sonneneinstrahlung bis zu 100 Watt elektrische Leistung pro Stunde. Das reicht aus, um kleinere Geräte wie LED-Lampen, Ladegeräte oder Laptops zu betreiben. Über einen Tag hinweg kann es je nach Standort und Wetterbedingungen etwa 300 bis 600 Wattstunden Energie liefern. Die Modulgröße ist ideal für mobile Einsätze wie Camping oder kleinere Solarsysteme, z. B. für Gartenhäuser. Mit einem passenden Akku lässt sich die Energie auch speichern und später nutzen.
Was ist der Unterschied zwischen Photovoltaik und Solarzelle?
Kurz gesagt ist die Solarzelle die Basis und Photovoltaik das Gesamtkonzept.
- Eine Solarzelle ist die kleinste Einheit, die Sonnenlicht in Strom umwandelt. Sie basiert auf dem photoelektrischen Effekt und erzeugt Gleichstrom.
- Photovoltaik bezeichnet das gesamte System und die Technologie, die aus vielen Solarzellen besteht, um größere Mengen an Strom bereitzustellen. Sie umfasst auch Wechselrichter, Speicher und die Integration in Stromnetze.
Was für Solarzellen gibt es?
Es gibt folgende Arten von Solarzellen:
- Monokristalline Solarzellen: Hoher Wirkungsgrad, lange Lebensdauer, hergestellt aus reinem Silizium, ideal für begrenzte Flächen
- Polykristalline Solarzellen: günstiger als monokristalline Zellen, aber etwas geringerer Wirkungsgrad, bestehen aus mehreren Siliziumkristallen
- Dünnschicht-Solarzellen: flexibel, leicht und preiswert, weniger effizient, aber gut für großflächige Anwendungen.
- Organische Solarzellen: aus Kohlenstoffverbindungen gefertigt, sehr leicht und flexibel, noch in der Entwicklung mit geringer Effizienz.
- Perowskit-Solarzellen: Zukunftstechnologie mit hohem Wirkungsgrad und geringen Produktionskosten, aktuell noch nicht massentauglich.
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Angela Struck ist Chefredakteurin des developmentscouts und freie Journalistin sowie Geschäftsführerin der Presse Service Büro GbR in Ried.