Ausdauer als Berufung

Neues Beschichtungsverfahren

In einem vom Bundesamt für Energie (BFE) unterstützten Forschungsprojekt im Rahmen eines europäischen Netzwerks erprobt Insolight eine neue Technik, um die einzelnen Solarzellen zu verbinden. Ein Forscherteam der Polytechnischen Universität Madrid hat das Verfahren mit dem englischen Unternehmen Dycotec entwickelt. Die Zellverbindung erfolgt über ultraharte Nanopartikel, die schichtweise aufgedruckt werden. «Das Verfahren wurde bisher für einzelne Zellen erfolgreich getestet», sagt Mathieu Ackermann, Technikverantwortlicher (CTO) von Insolight. «Im nächsten Schritt wollen unsere Partner mit dem neuen Verfahren ein funktionales Modul von begrenzter Grösse herstellen, das wir anschliessend bei Insolight testen.» Mit diesem Modul wäre ein wichtiger Zwischenschritt erreicht. Die nächste Herausforderung besteht in der Verbesserung und Industrialisierung des Verfahrens zur Produktion von Standardmodulen in grosser Stückzahl. «Wenn wir hierbei erfolgreich sind, wird das die Herstellungskosten unserer Module signifikant reduzieren», blickt Mathieu Ackermann in die Zukunft. Mittelfristig will Insolight Solarmodule für spezielle Anwendungen zu marktfähigen Preisen herstellen.

Hybridmodule − und auch für Agrophotovoltaik

Die Westschweizer Jungunternehmer sehen für ihre CPVTechnologie zwei Einsatzfelder. Das eine ist der Bau von Hybridmodulen, die sowohl aus Hochleistungszellen als auch aus klassischen Siliziumzellen bestehen: Bei starker direkter Sonneneinstrahlung kommen die CPVZellen zum Tragen, bei diffuser Strahlung hingegen vorwiegend die Siliziumzellen. Die Hybridmodule mit einem maximalen Wirkungsgrad von 29% versprechen hohe Jahreserträge (30 bis 40% über dem Ertrag herkömmlicher Module, abhängig von den klimatischen Bedingungen). Ihre Vorteile können sie vor allem in südlichen, sonnenreichen Gebieten ausspielen, ebenso im kontinentalen Klima wie in der Schweiz, nicht aber in sehr wolkenreichen Landstrichen wie Grossbritannien. Im Zuge des 2019 gestarteten und auf vier Jahre angelegten EUProjekts «Hiperion» unter der Leitung des Forschungs und Innovationszentrums CSEM (Neuenburg) sollen die Hybridmodule industrialisiert werden. An dem Projekt sind europaweit 16 Partner beteiligt,

Anwendungsfall Freilandanlage: «Theia»-Module lassen sich über einer Agrarfläche installieren. Das Land lässt sich so zusätzlich für die Stromproduktion nutzen.

darunter das Mechatronikunternehmen Sonceboz SA (SoncebozSombeval BE) und die 3S Solar Plus AG (Thun BE), die Solardächer entwickelt und produziert. Gute Marktchancen sehen die InsolightManager auch in den transparenten CPVModulen (unter dem Namen «TheiaModule»), die ebenfalls einen SpitzenWirkungsgrad von 29% aufweisen. Sie richten ihre Hoffnung auf den Umstand, dass diese Module sich aufgrund ihrer Lichtdurchlässigkeit klar von konventionellen Modulen unterscheiden. «Wir wollen diese Module zur Stromproduktion über landwirtschaftlichen Flächen einsetzen, zum Beispiel auf dem Dach von Gewächshäusern oder im Freiland auf Reihenkulturen wie Reben oder Himbeeren, die bereits mit einem Hagel oder Regenschutz ausgerüstet sind und daher ohne grossen Aufwand mit Solarmodulen bestückt werden können», sagt David Schuppisser. Eine erste Pilotanlage zur Agrophotovoltaik ist in Vorbereitung.

Weitere Informationen

Mehr Informationen zum Projekt «ENMESH» («Enabling MicroConcEntrator PhotovoltaicS with Novel Interconnection MetHods» [SolarERA.NET]) sind abrufbar unter: https://www.aramis.admin.ch/ Texte/?ProjectID=40686 Auskünfte zu dem Projekt erteilt Dr. Stefan Oberholzer (stefan.oberholzer@ bfe.admin.ch), Leiter des BFEForschungsprogramms Photovoltaik. Weitere Fachbeiträge über Forschungs, Pilot, Demonstrations und Leuchtturmprojekte im Bereich Photovoltaik finden Sie unter www.bfe.admin.ch/ecpv.

www.agrartechnik.ch

«Tedom Schnell» baut BHKW-Aggregate von 170 bis 525 kW elektrischer Leistung. Bild: Tedom Schnell

Ausdauer als Berufung

Eine funktionierende Biogasanlage stützt sich auf viel Technik. Während der Fermenter als wichtigster Raum bezeichnet wird, kann das Blockheizkraftwerk als Herzstück der Anlage betrachtet werden. Im Wesentlichen haben sich zwei Motor-Prinzipien durchgesetzt: der Zündstrahlmotor und der Gas-Ottomotor.

Ruedi Hunger

Motoren in einem Blockheizkraftwerk (BHKW) sind «Dauerläufer», arbeitet ein solcher Motor doch ständig unter Nennlast im optimalen Einsatzbereich und mit optimalem Wirkungsgrad. Dieser stabile Betriebszustand hat den Vorteil, dass es zu möglichst wenig Kaltstarts kommt, wo das Schmieröl noch zäh ist und grosse Temperaturunterschiede beim Motorstart zu Materialspannungen im Zylinder, in Zylinderköpfen und Kolben führen. Ziel ist, dass eine BHKW-Einheit jährlich möglichst 7000 bis 8000 Stunden störungsfrei läuft. Dies wird nur erreicht, wenn alle vorgeschriebenen Service- und Wartungsarbeiten konsequent eingehalten und durchgeführt werden. Dazu zählen evtl. auch wiederkehrende Ölanalysen, damit Rückschlüsse auf das Verschleissverhalten im Motor gezogen werden können. Störungen treten sowieso immer in unpassenden Momenten auf, seriöse Anlagebauer bieten daher einen 365-Tage-/24-Stunden-Service an. Für den BHKW-Einsatzzweck eignen sich Gas-Ottomotoren, auf Gas-Ottomotoren-Betrieb umgestellte Diesel- und Zündstrahl-Dieselmotoren.

Gas-Ottomotoren

Biogas kann nicht direkt in einem Standard-Dieselmotor verwendet werden. Grund ist, dass Biogas nicht für das Selbstzündungsprinzip geeignet ist. Als Alternative eignen sich Gas-Ottomotoren oder die Umrüstung von Dieselmotoren auf Gas-Ottomotoren-Betrieb. Das Verbrennungsluft-Verhältnis liegt dabei häufig nahe 1 für eine stöchiometrische Verbrennung1). Das bedeutet, dass ein Drei-Wege-Katalysator für die Abgasreinigung ausreicht. Damit die hohe Klopffestigkeit von Biogas besser ausgenutzt werden kann, ist das Kompressionsverhältnis höher als bei einem Benzinmotor. Der Wirkungsgrad liegt zwischen 30% und 40%. Mit grösseren Motorleistungen steigt der elektrische Wirkungsgrad, der thermische Wirkungsgrad sinkt etwa in gleichem Mass. Grössere Gasmotoren, die für Biogas optimiert sind, erreichen einen Wirkungsgrad, der in der Regel zwischen 40% und 50% liegt. Gas-Ottomotoren werden oft für Blockheizkraftwerke in höheren Lagen und in jenen Leistungsbereichen verwendet, die für Gasturbinen zu niedrig sind.

Zündstrahl-Dieselmotoren

Für diesen Zweck werden Serienmotoren aus der Traktoren- oder LKW-Produktion zu Zündstrahl-Dieselmotoren umgerüstet. Da sie nur in geringen Stückzahlen verkauft werden, ist der Umbau von Dieselmotoren letztlich günstiger als eine kleine Produktion spezifischer Motoren. Sie eignen sich für verschiedene Schwachgase, die einen geringen Brennwert, aber eine