SUNSET Energietechnik GmbH
Industriestr. 8 - 22
91325 Adelsdorf
Eine hohe Effizienz von Photovoltaikanlagen ist essentiell für die Maximierung der Nutzung von Solarenergie. Jedoch beeinträchtigen hohe Betriebstemperaturen die Leistung und Lebensdauer von Solarzellen erheblich.
Um diesem Problem entgegenzuwirken, entwickeln die beiden Projektpartner SUNSET Energietechnik GmbH und das Center for Applied Energy Research e.V. im Forschungsprojekt PVaporate eine innovative Materialmatrix, welche an der Rückseite eines PV Moduls angebracht wird. Die Matrix enthält ein hygroskopisches Material, das nachts Wasser aus der Luft aufnimmt und speichert. Tagsüber, bei erhöhter Temperatur, gibt das Material das gespeicherte Wasser wieder ab, wodurch durch Verdunstungswärme ein Kühlungseffekt entsteht. Somit kann die Betriebstemperatur der Solarzellen deutlich reduziert und deren Effizienz entsprechend gesteigert werden. Zudem leisten die verringerten Spitzentemperaturen einen bedeutenden Beitrag zur Langlebigkeit der PV-Anlagen und damit zur nachhaltigeren und ressourcenschonenderen Nutzung von Solarenergie.
Die Entwicklung der Materialmatrix basiert auf detaillierten Informationen zu den klimatischen Bedingungen, insbesondere der relativen Luftfeuchtigkeit im Tages- und Jahresverlauf. Diese Daten werden vor Ort und aus anderen Regionen mit unterschiedlichen Klimabedingungen gesammelt und ausgewertet. Zudem stellen die Qualifikationsnormen für PV-Module (z.B. IEC 61215 und IEC 61730) weitere Anforderungen an das Material. Auf dieser Basis wird das System physikalisch modelliert und ein Anforderungsprofil für die Materialmatrix erstellt.
Im nächsten Schritt erfolgt die anwendungsbezogene Entwicklung eines Materialkomposits. Für eine zielgerichtete Entwicklung fokussieren sich die Projektpartner auf zwei vielversprechende Ansätze:
• Je ein Materialkomposit auf Basis der physikalischen Trockenmittel Aktivkohle und Silicagel
• Je ein Materialkomposit auf Basis der physikalischen Trockenmitteln Aktivkohle und Silicagel imprägniert mit dem hygroskopischen Salz CaCl.
Die entscheidende Größe ist die Wasseraufnahme und –abgabe der Materialschicht. Diese wird mittels Sorptionsanlage als Funktion der Feuchte bestimmt. Zudem kommt ein am CAE entwickelter Versuchsaufbau zum Einsatz, mit dem die potenzielle Kühlleistung an Labormustern bewertet werden kann.
Das entwickelte Komposit wird an PV-Mustermodulen (ca. 20×20 cm²) angebracht und unter realitätsnahen Bedingungen getestet. Dabei werden verschiedene klimatische Szenarien anhand von Wetterdaten aus unterschiedlichen Regionen simuliert.
Die Module werden bei SUNSET mit realistischem horizontalem Aufbau gefertigt, sowohl mit verschiedenen Backsheetmaterialien als auch als Glas-Glas-Module. In einer Klimakammer erfolgt die zyklische Prüfung mit vorgegebenen Umgebungstemperaturen, relativer Feuchte und Heizleistung, die über eine elektrische Heizfolie simuliert wird. Die veränderten Eigenschaften der Siliziumzellen unter Heizbetrieb werden berücksichtigt. Physikalische Größen werden zusätzlich unter einem Sonnensimulator ermittelt.
Parallel laufen Kleinmaßstab-Außenversuche zur Prüfung von Haltbarkeit und Witterungsbeständigkeit. Aus den Messdaten (Temperaturen, Wärmeströme, Masse) wird die Kühlleistung der Adsorberschicht bestimmt und deren Einfluss auf Effizienzsteigerung und Degradationsverhalten der PV-Module bewertet. Die Ergebnisse dienen zur Optimierung von Rezeptur und Herstellungsprozess.
Zum Abschluss des Projekts wird die Wirtschaftlichkeit des Systems bewertet.