TEIL C

Entwicklung der photovoltaischen Nutzung 2023 (a)

Ein interessanter Bericht, der unter dem Titel ,Weekend read: High time for solar’ im April 2023 auf pv-magazine.com erscheint, betrifft die PV-Nutzung im Bereich des  Indoor-Hanfanbaus, der die Kontrolle über Umweltfaktoren und Blütezeiten und damit ganzjährige Ernten ermöglicht. Die Hochleistungslampen und die Heizungs-, Belüftungs- und Klimaanlagen, die zur Kontrolle von Temperatur und Luftfeuchtigkeit erforderlich sind, haben zwar einen hohen Energieverbrauch, doch die schiere Dachfläche der Growfarmen bilden eine ideale Solarplattform.

Als Beispiel wird das in Kalifornien ansässige Unternehmen Canndescent genannt, das über mehr als 92.000 m² Indoor-Anbaufläche verfügt, jährlich fast 17 Tonnen Cannabis produziert und im Jahr 2019 ein 282,5 kW PV-System auf seiner Anlage in Desert Hot Springs installiert hat. Begünstigt von unablässigen Sonneneinstrahlung und der geringen Bewölkung in der Wüste von Colorado deckt die Solaranlage je nach Jahreszeit 25 - 35 % des Stromverbrauchs des Unternehmens.

Ein weiteres Beispiel ist die kanadische Firma Freedom Cannabis, die im Jahr 2020 AltaPro Electric mit der Planung und Installation einer 1,83 MW PV-Anlage auf seinem Growhouse in Acheson, Alberta, beauftragt hat, die zu diesem Zeitpunkt die größte PV-Dachanlage Kanadas ist. Trotz der klaren Vorteile hat sich bislang aber nur eine kleine Minderheit der nordamerikanischen Innenanbauer für Solaranlagen entschieden.

Beim Faserhanf-Anbau wird in dem Artikel auf den Agrarkraftentwickler SUNfarming verwiesen, der in Melz, Deutschland, den Anbau von Hanf unter Sonnenkollektoren testet. Die Agri-Photovoltaikanlage auf einem Feld, das direkt an die Hanf FARM anschließt, besteht aus drei Tischen mit je 12,7 x 5,5 m, die Gesamtgröße der Anlage ist ca. 200 m². Ein Tisch der Anlage wurde klassisch nach Süden ausgerichtet und die anderen beiden Tische nach Osten und nach Westen.

Rafael Dulon zufolge, dem Gründer der Hanf FARM, wachsen alle Pflanzen ausnahmslos gut und entwickeln sich hervorragend. Zudem helfen die Paneele in ihrer Funktion als Regenschutz gegen die Schimmelbildung, die im Herbst zu einem Problem wird, wenn die Temperaturen abkühlen und die Niederschläge auf den Pflanzen nicht trocknen können.

In jedem Fall wird erwartet, daß sich der Trend zur Nutzung von Solarenergie in der Cannabisbranche weiter fortsetzen wird, und daß der neue Markt ein riesiges Potential für PV-Anlagen bedeutet.

Im April präsentiert die bayerische Firma Sinn Power eine mobile und kippbare Photovoltaik-Lösung, die nicht im Boden verankert werden muß und daher besonders für Natur- und Wasserschutzgebiete geeignet ist, wo keine Bodenverankerungen oder Pfähle erlaubt sind. Bei der SKipp genannten Entwicklung sind die Solarmodule kippbar aufgehängt und mit einem Pendelgewicht ausgestattet, so daß sie auch bei Starkwind immer wieder in ihre senkrechte Ausgangsposition zurückkehren.

Zum Einsatz kommen bifaziale Solarmodule in senkrechter Ost-West-Ausrichtung, um den Ertrag vor allem in den Morgen- und Abendstunden zu steigern. Firmengründer Philipp Sinn zufolge ist der Materialeinsatz minimal, die Anlage bietet maximale Flexibilität und produziert zudem im Winter im Vergleich mehr Solarstrom als Anlagen mit klassischer Südausrichtung.

In einer im Juni veröffentlichten Studie berichten Wissenschaftler unter der Leitung des französischen Nationalen Solarenergie-Instituts (INES) über ihre Untersuchungen bezüglich der Wirksamkeit verschiedener Verkapselungsmaterialien, die für die Laminierung von Solarzellen in Modulen verwendet werden, zum Schutz der Zellen und anderer Komponenten vor Schäden durch ultraviolettes Licht (UV). Die Tests werden mit fünf handelsübliche PV-Verkapselungsmaterialien - zwei auf Basis von Ethylenvinylacetat (EVA) und drei auf Basis von Polyolefinen (POE) durchgeführt.

Die Studie mit dem malerischen Titel ,Solar cell UV-induced degradation or module discolouration: Between the devil and the deep yellow sea’, die im Netz einsehbar ist, kommt zu dem Schluß, daß UV-absorbierende Zusatzstoffe dazu neigen, sich zu zersetzen und zu vergilben, was die Leistung der PV-Module mit der Zeit beeinträchtigt. Der Schutz vor anderen Degradationsmechanismen, den sie aber bieten, rechtfertigt immer noch ihre Verwendung, zumindest solange Solarzellen anfällig für UV-induzierte Degradation bleiben.

Als alternative Lösungen werden UV-Absorbermaterialien auf mineralischer statt auf organischer Basis vorgeschlagen - oder UV-absorbierendes Glas, das den Bedarf an verkapselnden Zusatzstoffen ersetzt.

Im Netz ebenfalls einsehbar ist der Bericht ,Optimal ground coverage ratios for tracked, fixed-tilt, and vertical photovoltaic systems for latitudes up to 75°N’ von Forschern der Universität Ottawa in Kanada, der im Juli 2023 erscheint. Darin definieren die Wissenschaftler eine Reihe von Formeln für das Bodenbedeckungsverhältnis (Ground Coverage Ratio, GCR) in Solarkraftwerken im Versorgungsmaßstab.

Die neuen Richtlinien für optimierte Reihenabstände von PV-Kraftwerken, die hauptsächlich auf Simulationen basieren, sind auf Projekte mit monofazialen und bifazialen Modulen mit fester Neigung bzw. horizontaler Einzelachsen-Sonnenverfolgung anwendbar, die sich in Breitengraden zwischen 17°N und 75°N befinden.

Ebenfalls im Juli stellen Wissenschaftler der Al-Kitab University und der Northern Technical University im Irak das Design für Energiesysteme vor, die PV-Stromerzeugung mit Trombe-Wänden in Gebäuden kombinieren. Die Systemkonfiguration mit reflektierenden Spiegeln soll eine verbesserte Gesamteffizienz des Systems sowohl in Bezug auf die Heizung als auch auf die Stromerzeugung bieten. Das als Photovoltaik/Trombe-Wand-System (PV/TW) bezeichnete Design soll Warmwasser, Warmluft und Strom liefern, wobei das TW-System auch zur Kühlung der Temperatur der PV-Module verwendet wird.

Um den besten Neigungswinkel der reflektierenden Spiegel zu finden, wird ein Versuchsaufbau aus zwei 2 m hohen und 1,25 m breiten Kammern errichtet, die mit PV-Paneelen und reflektierenden Spiegeln auf der rechten und linken Seite ausgestattet sind. In einer der beiden Kammern befindet sich ein Wärmetauscher hinter den Paneelen, während die andere Kammer keinen Wärmetauscher hat. Getestet werden drei verschiedene Neigungswinkel für die Spiegel von 30°, 45° bzw. 60°.

Durch ihre Analyse fanden die Wissenschaftler heraus, daß der beste Neigungswinkel für den Spiegel bei Verwendung des Wärmetauschers 30° beträgt. Diese Systemkonfiguration ermöglicht den höchsten elektrischen Wirkungsgrad von 13,86 %, wobei die Verwendung von Wasser, das über den Wärmetauscher hinter dem PV-Paneel fließt, die Gesamtleistung erhöht, indem die Temperatur des Paneels gesenkt wird. Die einsehbare Studie hat den Titel ,Optimum angle of reflective mirrors integrated on PV/Trombe wall: An experimental assessment’. (Der Schwerpunkt Kühlung von PV-Paneelen wird ausführlich in der Jahresübersicht 2020 behandelt).

Im August 2023 erscheint in den Blogs ein kleines, cleveres Produkt, das vor Waldbränden schützen soll. Der von Dryad Networks GmbH aus Eberswalde in Berlin-Brandenburg entwickelte solarbetriebene Silvanet Wildfire Sensor ist KI-gestützt in der Lage, Waldbrände frühzeitig zu erkennen und Ersthelfer zu alarmieren.

Die Recherche ergibt, daß die Firma bereits 2020 Pläne für ein groß angelegtes IoT-Netz zur frühzeitigen Erkennung von Waldbränden vorgestellt - und im Mai in einem Wald in Deutschland einen erfolgreichen Test durchgeführt hatte. Im September nahm das von Carsten Brinkschulte und Marco Bönig gegründete Start-Up seine Arbeit auf und erhielt im Oktober eine Startfinanzierung in Höhe von 1,8 Mio. €.

Im März 2021 sichert sich die Dryad Networks eine weitere Finanzierung in Höhe von 1,6 Mio. €, und im Juli erfolgt die Einführung des Silvanet genannten großflächigen IoT-Netzwerks zur Waldbrand- Ultrafrüherkennung, zusammen mit der ersten Live-Demonstration in einem Wald bei Berlin.

Das System besteht aus einem Netz hochempfindlicher solarbetriebener Gassensoren zur Überwachung von Luftzusammensetzung, Temperatur, Feuchtigkeit und Luftdruck. Die kleinen, an den Bäumen befestigten Sensoren senden ihre Warnmeldungen über das Silvanet an eine cloudbasierte Überwachungsplattform, die im Falle eines Brandes sofort eine Warnung an die zuständigen Stellen ausgibt.

Die Geräte können bis zu 15 Jahre lang wartungsfrei betrieben werden. Sie benötigen keine Batterien und vermeiden die Verwendung von Lithium und anderen giftigen oder seltenen Materialien. Die Solarenergie wird stattdessen in Superkondensatoren gespeichert. Die weitere Entwicklung ist auf der Firmenhomepage gut dokumentiert.

Im Juni 2023 stellt das brasilianische Unternehmen Fortlev Solar eine neue, patentierte PV-Montagestruktur vor, die die Installationszeiten bei Freiflächen-Solaranlagen im Vergleich zu reinen Metallstrukturen um 50 % verkürzen soll.

Das einfach gestaltete Produkt namens Lastro Solar besteht zu 100 % aus Polyethylen, einem Material, das Fortlev seit mehr als 30 Jahren bei der Produktion von Wassertanks verwendet, kann mit einem Neigungsverstellsystem ausgestattet werden und ist am besten für freies und unwegsames Gelände geeignet.

Die Struktur wiegt 15 kg und nutzt das Gewicht natürlicher oder künstlicher Materialien zur Verankerung, anstatt Pfähle oder Fundamente zu verwenden. Zudem ermöglicht die Mobilität der Struktur, die Solarmodule bei Bedarf problemlos zu versetzen.

 

Das quantitative Jahresfazit lautet:

Nach Angaben des Bundesverbandes Solarwirtschaft (BSW) wurden im in Deutschland 2023 mehr als eine Million neue Solaranlagen zur Strom- oder Wärmeerzeugung installiert. Aus Daten der Bundesnetzagentur geht hervor, daß dabei Solarstromsysteme mit einer Leistung von rund 14,4 GW auf Dächern und Freiflächen neu in Betrieb genommen wurden, von denen rund 7 GW auf das Heimsegment entfielen.

Registriert neu in Betrieb genommen wurden etwa 260.000 Balkonkraftwerke, was mehr als eine Vervierfachung im Vergleich zu den im Vorjahr neu gemeldeten Geräten darstellt. Die installierte Gesamtleistung in Deutschland beträgt nun 81,7 GW.

Der Energy Market Outlook von Solarpower Europe berichtet, daß in der EU PV-Anlagen mit einer Leistung von 56 GW neu ans Netz gingen, womit hier nun 263 GW installiert sind.

Im diesem Jahr wurden weltweit 345,5 GW (andere Quellen: 375 GW; 400 GW; 413 GW; 447 GW) neu installiert. Davon entfielen ca. 250 GW (andere Quellen: 297,6 GW) auf China. Die weltweit kumulierte installierte Leistung der PV-Anlagen beträgt damit rund 1.589 GW - oder fast 1,6 TW.

In den 15 Jahren von 2008 bis 2023 hat sich das Leistungsvermögen der weltweit installierten Solaranlagen etwa verhundertfacht.

 

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