PV-Systemkonzepte

• Integration von PV-Systemen in spezifische Anwendungsfelder, z. B. Landwirtschaft, BIPV, Floating PV
• Spezifische Ertragssimulation, Monitoring und O&M Analysen 

Zeitraum: 1. Januar 2023 - 31. Dezember 2025

Projektziele:

• Modulares Fassadensystem aus PV- und Designelementen für ästhetisch ansprechende und  energieerzeugende Fassaden
• Produktionsprozesse zur langzeitstabilen Integration von PV auf Aluminiumbauteilen und zum Aufbau von Leichtbau-BIPV-Modulen
• Erfüllung der baurechtlichen und photovoltaischen Zulassungs- und Zertifizierungsprüfungen der BIPV-Module

Projektleiter: Ringo Köpge – ringo.koepge@csp.fraunhofer.de

Für das Fahrzeugdach eines Reisemobils hat Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP in Zusammenarbeit mit der Westfalia Mobil GmbH ein einzigartiges Solarmodul zur vollflächigen Montage in Aufstelldächer entwickelt.

Das Photovoltaikmodul ist ins Dach des »Concept Marco Polo« integriert, einem Konzeptfahrzeug, das beim Caravan Salon 2018 in Düsseldorf zu sehen war. Das Modul ist besonders flächeneffizient und wenig anfällig für Verschattungen. Unter Standard-Testbedingungen liefert das Modul eine Gesamtleistung von 382 WP.

Das vollflächige Modullayout ermöglicht eine optimale Ausnutzung der verfügbaren Fläche. Durch rückseitig geführte Modulanschlüsse, eine verdeckte Anschlussdose und innenliegende Anschlusskabel konnte ein dachintegriertes Gesamtkonzept umgesetzt werden. Eine hochwertige Ästhetik gelang durch die dunkle Gesamtoptik des Moduls, schwarze Verkapselungsmaterialien und abgedeckte elektrische Leiterbahnen der Solarzellen und Solarzellstrings.

Durch Anwendung der Halbzelltechnologie kommt es zur Verringerung elektrischer Widerstandsverluste und einer Verschattungsresistenz. Zusätzlich hat das Fraunhofer-Team durch ein optimiertes internes serielles und paralleles Verschaltungslayout der Solarzellstrings das Modul so ausgelegt, dass auch im Teilverschattungsfall Teile des Moduls aktiv und somit die Leistungsfähigkeit gegeben bleibt. Ist die Hälfte des Moduls verschattet, liefert das Mini-Solarkraftwerk auf dem Fahrzeugdach weiterhin 25 Prozent der Modulgesamtleistung.

Die Integration von Photovoltaikmodulen in mobile Anwendungen ist verlockend: Das Fahrzeug wird zum rollenden Kraftwerk und kann einen Teil seines Energiebedarfs abdecken, ohne an die Zapf- oder Ladesäule zu müssen. Vor dem Hintergrund des Trends zu Elektro- und Hybridfahrzeugen bekommt dieser Ansatz noch mehr Bedeutung.

Doch die Herausforderungen sind beträchtlich: Dach, Motorhaube oder auch die Heckscheiben bieten selbst zusammengenommen nur wenig Fläche. Die Module können nicht stets optimal zur Sonne ausgerichtet sein, weil sich das Auto in unterschiedliche Richtungen bewegt. Auch die Hinterlüftung der Module bei steigenden Temperaturen ist zu beachten, ebenso sollte durch die Module das Fahrzeuggewicht nicht unnötig erhöht werden. Nicht zuletzt: Standard-Photovoltaikmodule sind kaum biegbar.

In einer direkten Zusammenarbeit mit der Continental Automotive GmbH haben die Fraunhofer-Forscher zwei Photovoltaikmodule zur Integration in mobile Anwendungen entwickelt, die auf der Dachhaube und dem Windabweiser der Fahrerkabine angebracht sind.

Mit dem aus der Sonneneinstrahlung aufs Dach erzeugten Stromertrag können die Module mit einer Gesamtleistung von 270 Watt_peak beispielsweise Bordsysteme wie Radio, Klimaanlage oder Navigationssysteme versorgen und andere Energiequellen entsprechend entlasten.

Im Projekt C3 (Carbon Concrete Composite) sind mehr als 150 Partner aus Wissenschaft, Wirtschaft, Verbänden und Vereinen engagiert, um den Einsatz von Karbonbeton voranzutreiben. Statt, wie bei der bisher üblichen Bauweise, Stahl mit Beton zu umhüllen, sollen künftig Karbonfaserkonstrukte mit Beton umhüllt werden.  

Der C³-Baustoff gilt als formbarer, stabiler, intelligenter, schadstoffärmer, besser recycelbar und fit für die Integration von erneuerbaren Energien. Als einer der Projektpartner gehen wir am Fraunhofer CSP der Frage nach, wie sich Photovoltaikelemente so in den Beton integrieren und elektrisch verschalten lassen, dass ein optimaler Stromertrag erreicht werden kann.

Als drei mögliche Wege der Gebäudeintegration untersuchen wir das direkte Eingießen der Solarmodule in die mit entsprechenden Aussparungen versehenen Betonbauteile, das Laminieren oder Kleben der Solarmodule auf die Betonplatten und schließlich die Befestigung der Solarmodule mit Druckknöpfen oder Schrauben. Auf diese Weise wären die Module abnehmbar.

Es zeigte sich, dass der Stromertrag steigt, wenn die Fassaden nicht plan sind. Durch Neigen, Kippen, Wölbungen oder eine Facetten-Optik lässt sich die für Photovoltaik nutzbare Fläche vergrößern.

Um die Gebiete »Leichtbau« und »Photovoltaik« miteinander zu verbinden, entwarfen wir ein Leichtbau-Bikeport. Der Prototyp zeigt, wie neben dem Schutz der abgestellten Fahrräder vor Regen und Sonne ein ansprechendes Design bei gleichzeitiger Nutzung solarer Energie mittels leistungsfähiger kristalliner Solarzellen realisiert werden kann.