Photovoltaik - mehr als eine Altenative zum Kraftwerk

Das Strohfeuer der Photovoltaik in Deutschland ist am Verlöschen!
Was wird übrig bleiben?
Wir glauben - eine ganze Menge! Aber eben nicht in Form der 08-15-Module, die man auf ein Dach schraubt oder mit denen man Felder "belegt", sondern für Anwendungen, die kontinuierlich Energie benötigen und nicht ständig mit dem Netz verbunden sein können.
Was erscheint da also näher, als Photovoltaik für die Haushaltsgeräte zu verwenden, die immer an sind, wie zum Beispiel Telefon, DSL/WLAN, Alarmanlagen usw.

Auf die richtige Technologie kommt es an!

Prinzipiell sind heute vier verschiedene Photovoltaik-Technologien am Markt verfügbar:

1. Kristalline Photovoltaik
   Dünne Solarzellen werden miteinander verlötet und hinter einer Glasscheibe einlaminiert. Statt der Glasscheibe reicht aber auch eine transparente Folie, wenn z.B. die Unterseite mechanisch stabil genug ist - die Zellen brechen nämlich leicht!
   Die Anzahl der Zellen definiert die Spannung, die Fläche der Zellen die erreichbare Stromstärke. (Naja, zumindest im Prinzip :o)
   Erreichbare Effizienzen liegen heute bei knapp 20% (also bei in Deutschland maximal einfallenden 1000W/qm etwa 200W/qm bei 25°C).
2. Silizium-Dünnschicht
   Hier wird eine dünne Siliziumschicht auf ein Trägermaterial aufgebracht. Das Trägermaterial ist meist auch Glas, aber es gibt mindestens einen Anbieter, der das auf Folie aufbringt.
   Bei der Siliziumdünnschicht wird bereits während des Prozesses die erreichbare Spannung und Stromstärke definiert. Kundenspezifische Lösungen sind nur im Rahmen der von der Anlage vorgegebenen Grenzen machbar.
   Erreichbare Effizienzen liegen heute um die 10%.
3. Komposit-Halbleiter-Dünnschicht
   Bekanntester Vertreter sind die Kupfer-Indium-Gallium-Selenide (CIGS). Dazu werden die Ausgangsstoffe auf einen hitzebeständigen Träger aufgebracht und dann im Ofen geschmolzen. Dabei bilden sich die Misch-Halbleiter. Der hitzebeständige Träger ist meist Glas, es gibt Ansätze über flexible Polyimid-Folien. Die Modulgröße wird i.a. durch die Ofengröße definiert. Problematisch ist die hermetisch dichte Versiegelung, da CIGS-Halbleiter i.a. feuchteempfindlich sind.
   Ähnlich ist das mit Cadmium-Tellurid-Mischkristallen. Aber aufgrund des Cadmiums wird es diese Technologie im Fahrzeugbau wohl schwer haben.
   Wie schon bei der Siliziumdünnschicht wird auch hier bereits während des Prozesses die erreichbare Spannung und Stromstärke definiert. Eine Alternative zum schweren Glas ist heute noch nicht großtechnisch gefunden.
   Aktuell erreichen Effizienzen der CIGS-Module schon 15%, 20% sind denkbar.
4. Hocheffizienz-Zellen aus III-V-Halbleitern
   Das ist die Technologie der Rekorde! Mehr als 35% Effizienz kann aus solchen Zellen gezaubert werden.
   Allerdings hat das seinen Preis und richtig entfaltet sich das auch nur bei konzentrierenden Modulen. Dazu wird z.B. eine große Lupe vor die Zelle gesetzt. Konzentrationen von mehr als 1000 sind dabei durchaus üblich.
   Aber wie man sich denken kann - diese Systeme müssen nachgeführt werden, d.h. die Zelle muss sich immer im Brennpunkt der Lupe befinden.

Nicht erwähnt sind hier die organischen Ansätze. Da wurde in der Vergangenheit viel versprochen ("Jede Farbe, durchsichtig und mehr als x % Effizienz!"). Aber wenn es nicht schwarz ist, wird auch nicht alles Licht absorbiert - genauso, wenn man durchschauen kann. Und aktuell halten diese Zellen ihre Effizienz nur, wenn sie nicht nass werden oder mit Luft in Berührung kommen.

Dann kommt die Elektronik

Das ist zuerst einmal der Solarladeregler, der die Batterie lädt. Klar, deren Kapazität hängt von der Anzahl und Art der Verbraucher ab. Die Dimensionierung des Ladereglers selbst hängt von der Leistung der verwendeten Solarmodule ab. Dann kommt das eigentliche Herzstück: der DC-DC-Wandler. Er "verteilt" die Batteriespannung auf die einzelnen Verbaucher wie z.B. DSL/WLAN oder USB-Ladestation.
Hier haben wir einige Vorzeigeprojekte realisiert und verfügen über viel Erfahrung.

Oder in Fahrzeuge integrieren?

Das ist natürlich nichts für die Privatperson sondern richtet sich an Handwerksbetriebe oder Nischenanbieter im NKW-Markt.

Aber viel Leistung kommt doch da gar nicht raus!

Moderne Elektronikgeräte bieten gigantische Anwendungen - und verbrauchen nur verschwindend geringe Leistung. Was kann heute ein Smartphone allein im Standby!
Trotzdem wird gerade in der Automobilindustrie sehr vorsichtig mit zusätzlich an der Batterie hängenden Geräten umgegangen, denn vorrangig muss das Fahrzeug anspringen - auch nach zwei Wochen auf dem Flughafen-Parkplatz!
Klar kann ein Auto auch in der dunklen Tiefgarage stehen - dann nützen auch die besten Solarmodule nichts!
Aber das Fahrzeug kann das erkennen (die Borduhr weiss, wann es hell werden sollte) und entsprechend bestimmte Dienste dann notfalls ausschalten. Genauso kann es ja sein, dass ein Fahrzeug in eine Garage abgeschleppt wird - auch das kann das Fahrzeug selbst erkennen (und dank der durch Solarmodule zur Verfügung stehenden Anwendungen schnell noch melden). Heute hat jedes Fahrzeug Bewegungssensoren und sehr viele ja auch schon GPS.
Und wenn es in der Garage steht, wird einfach alles nicht dringend Benötigte ausgeschaltet - spätestens am nächsten Morgen.

Und schwer sind die Module auch!

Standard-Solarmodule sind schwer! Das stimmt und liegt vor allem an der Glasscheibe, hinter der sich die lichtempfindliche Schicht befindet. Gleichzeitig gibt die Glasscheibe aber meistens auch die mechanische Stabilität, damit das Modul unter Schnee nicht bricht. Glas muss aber nicht sein:

Was würde denn zum Beispiel ins Fahrzeug passen?

Naja, das kommt darauf an!

Wenn man vor allem auf Optik Wert legt, bekommt man mit Silizium-Dünnschicht ein sehr schönes "Nadelstreifen"-Muster, das man sogar noch semitransparent machen kann (aber eben zu Lasten der Effizienz). Ein Quadratmeter kann dann bei 20% Transparenz immerhin noch 80W bei voller Sonne und voller Fahrt bringen. Volle Fahrt wegen der Kühlung durch den Fahrtwind. Bei Stillstand "schlägt" (übrigens wie bei allen PV-Technologien) der negative thermische Koeffizient zu. Soll heißen, das Modul bringt weniger Leistung, wenn es heiß wird. Bei 80°C kann das im Beispiel schon auf 65W fallen.

Bei Leistung und Leichtbau kommt man eigentlich nicht an der kristallinen Photovoltaik vorbei. Wenn man z.B. einen Lastwagen- oder Trailerkoffer mit Photovoltaik "belegen" will um z.B. das Kühlaggregat zu unterstützen, sind kristalline Zellen die optimale Wahl.
Der Modulaufbau kann dazu aus stabilen Platten bestehen (aus denen der Kofferaufbau dann zusammengesetzt wird), auf die die Solarzellen auflaminiert werden.
Gerechterweise muss erwähnt werden, dass diese Technologie einen leicht schlechteren thermischen Koeffizient hat und bei 80°C bereits 25% der Leistung unter Standard Test Bedingungen (STC) verliert.

Nach dem Platzen der Dot-Com Blase war das Internet auch nicht tot!

Das ersterbende Strohfeuer der heutigen Photovoltaik zeigt nur, dass man neue Ansätze für diese Technologie finden muss!
Lassen Sie uns gemeinsam Wege finden, mobile Energie auch für Ihre Anwendung von der Sonne zu holen.

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