Konzentrator-Photovoltaik (CPV) für Solarmodule landwirtschaftlicher Solaranalgen (Agri-PV von Insolight).

Insolight ist ein Schweizer Start-up-Unternehmen. Die Innvovation von Insolight sind sechseckige Linsen im Schutzglas von Solarmodulen. Diese Linsen konzentrieren das Licht und damit wird mehr Energie erzeugt. Weil die Module lichtdurchlässig sind, könnten sie über landwirtschaftlichen Flächen eingesetzt werden. Die Solarpanels haben einen hohen Wirkungsgrad.

Lichtdurchlässige Solar-Module.

Photovoltaikmodule sind mit Solarzellen vollständig belegt und sie sind somit nicht lichtdurchlässig. Weil kein Licht durch die Paneele fällt, werfen Photovoltaikmodule Schatten. Die verfügbare Oberfläche bei Solarmodulen ist beschränkt. Die Solarzellen sollen aus dem Sonnenlicht ein Maximum an Strom erzeugen. Es gibt zwar Hochleistungszellen die Wirkungsgrade von über 40% erzielen. Sie haben mehrere Schichten aus speziellen Halbleitern. Sie sind aber sehr teuer. Ein Wirkungsgrad von über 40% ist doppelt so viel wie bei den normalen Silizium-Solarzellen für die Anwendung auf Hausdächern.

Die Idee, das einfallende Sonnenlicht mit einer Schicht aus Linsen auf Hochleistungszellen zu bündeln ist genial. So muss nicht die ganze Modulfläche mit Halbleitermaterial beschichtet werden. Bei der Konzentrator-Photovoltaik (CPV) gibt es nur die Fokuspunkte, die typischerweise 100 bis 800 mal kleiner sind als die Oberflächen der Linsen. Ein Netzwerk von Linsen konzentriert das Sonnenlicht auf das Photovoltaik-Modul. Im Jahr 2016 hat Insolight einen Weltrekord aufgestellt: eine Ausbeute von 36%. Das ist fast doppelt so hoch wie bei herkömmlichen Paneelen.

Beim Insolight-Modul mit dem Namen «Translucency & High-Efficiency in Agrivoltaics» (THEIA) sorgt eine mit Linsen bestückte Glasplatte sorgt dafür, dass das Sonnenlicht gebündelt auf die Solarzellen fällt. Durch eine leichte Verschiebung der Bodenplatte wird der Einstrahlungswinkel des Lichts optimiert. Diese leichte Bewegung ermöglicht, eine maximale Lichtmenge auf die Solarzellen zu ziehen, bis zu einem Einfallswinkel der Strahlen von 60 Grad.

Es gibt 5000 Zellen von jeweils einem Quadratmillimeter Grösse je Quadratmeter Modulfläche. Die Linsen fokussieren das Sonnenlicht auf die darunter liegenden Zellen. Damit das Sonnenlicht immer exakt auf die Zellen trifft, wird die Rückwand je nach Sonnenstand wenige Millimeter nachgeführt. Dieses miniaturisierte Tracking-System ist die Schlüsselinnovation der Insolight-Module. Insolight-Module haben einen höheren Wirkungsgrad als klassische Silizium-Module, nämlich 36.4%.

Die Solarzellen belegen nur einen geringen Teil der Fläche. So kann diffuses Sonnenlicht (Licht) das Glas der Trägerplatte durchscheinen. Das einfallende Licht wird von den Hochleistungszellen weggelenkt. So kann der Grad der Lichtdurchlässigkeit gesteuert werden. Das diffuse Licht wird durch das Modul durchgelassen und erzeugt direkte Elektrizität, indem die Solarstrahlung auf die Zellen gelenkt wird. Je nach Wetterbedingungen führt dies zu einer Transmission von 13 bis 66% des Umgebungslichts.

Wird Sonnenlicht für dir darunter liegende Agrikultur benutzt, wird das Licht an den Zellen vorbeigelenkt. So gehen bis zu 78% des Lichts durch das Modul hindurch. Die Stromproduktion sinkt ab. Die Pflanzen unter dem Modul werden optimal besonnt. Bei Nutzpflanzen, die vor zu viel Sonne geschützt werden müssen, kann der Ertrag sogar noch gesteigert werden. Die restliche Sonnenstrahlung wird zur Stromproduktion verwendet.

Für die Agrivoltaik gibt es ein enormes Entwicklungspotenzial. Um die von den europäischen Ländern festgelegten Klimaziele zu erreichen, müssen 500 bis 750 Quadratkilometer Fläche pro Jahr mit Sonnenkollektoren abgedeckt werden. Mit den Insolight-Modulen und der dualen Nutzung von Agrarstrukturen geht das, ohne unnötig Land zu opfern.

Es gibt für die Westschweizer Jungunternehmer zwei Einsatzfelder für ihre CPV-Technologie. Hybridmodule, die sowohl aus Hochleistungszellen als auch aus klassischen Siliziumzellen bestehen können. So werden bei starker direkter Sonneneinstrahlung kommen die CPV-Zellen aktiviert, bei diffuser Strahlung hingegen vorwiegend Siliziumzellen. Die transparenten CPV-Module weisen einen Spitzen-Wirkungsgrad von 29% auf. Diese Module eignen sich ideal zur Stromproduktion über landwirtschaftlichen Flächen. Zum Beispiel bei Gewächshäusern oder im Freiland auf Reihenkulturen. Besonders bei Kulturen, die bereits mit einem Hagel- oder Regenschutz ausgerüstet sind.

Transparente Solarmodule - zum Beispiel für überdachte Agrarkulturen.

So funktioniert die Technologie von Insolight.

Ein Startup macht den Schritt in die nächste Solar-Generation.

Präsentation von Insolight an der ECO21 in Berlin.

Noch vor zwanzig Jahren war Europa zusammen mit den Vereinigten Staaten führend in der Entwicklung von Photovoltaik-Technologien. Zehn Jahre später waren es japanische, koreanische und vor allem chinesische Unternehmen.

Die Europäische Kommission fördert die Entwicklung neuer Technologien. Das Hiperion-Projekt bringt 16 Partner aus verschiedenen Ländern zusammen, Forschungszentren wie auch Unternehmen. In diesem Rahmen soll im Jahr 2022 eine erste industrielle Produktionslinie von Insolight-Modulen mit einem Wirkungsgrad von 29% geschaffen werden.

Das innovative Technologie-Startup Insolight, das 2015 von drei ehemaligen Studenten der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL) gegründet wurde hatte von Anfang an die richtige Idee: die Entwicklung einer neuen Generation von hochkonzentrierten Photovoltaik-Modulen.

Quelle 04/2022