Billige Solarenergie durch Festplatten-Knowhow
Das US-Startup TenKsolar hat Solarmodule entwickelt, die nach dem Vorbild von Computerspeichern in RAID-Technik konstruiert sind. Die Stromausbeute soll dadurch um bis zu 50 Prozent steigen.
- Kevin Bullis
Das US-Startup TenKsolar hat Solarmodule entwickelt, die nach dem Vorbild von RAID-Computerspeichern konstruiert sind. Die Stromausbeute soll dadurch um bis zu 50 Prozent steigen.
Immer wieder wird in der Diskussion um die Photovoltaik bemängelt, dass der Wirkungsgrad von Solarzellen niedrig ist. Zu niedrig, um in der zukünftigen Energieversorgung eine tragende Rolle zu spielen, sagen Kritiker. Das liege vor allem auch daran, dass Solarmodule nicht optimal geschaltet seien, hält nun das US-Startup TenKsolar dagegen. Mit einem neuen Ansatz, der auch kostengünstige Reflektoren für die Lichtsammlung einschließt, will die Firma aus Minneapolis die Stromausbeute von Solarzellen um bis zu 50 Prozent steigern.
Zwar ist der Wirkungsgrad von Solarzellen in den vergangenen Jahren weiter gestiegen – der Spitzenwert bei handelsüblichen Modulen liegt derzeit bei 24 Prozent. Doch ein Teil der zusätzlichen Effizienz geht durch die Konstruktion von Solarmodulen sowie die Wandlung des solaren Gleichstroms in Wechselstrom wieder verloren. Weil die Zellen hintereinander geschaltet sind, hängt die Stromausbeute eines Moduls von der Zelle mit der schwächsten Leistung ab. Fällt etwa Schatten auf einen Teil des Moduls, singt die Stromleistung des gesamten Systems drastisch. Fällt gar eine Zelle aus, kann das gesamte Modul ausfallen.
TenKsolar hat deshalb eine komplexere Verdrahtung der Einzelzellen entwickelt. Vorbild waren RAID-Computerspeicher (für "redundant array of independent disks" – redundante Anordnung unabhängiger Festplatten): Hierbei werden Festplatten so miteinander verbunden, dass sie zusammen ein einziges Laufwerk bilden, das auch den Ausfall einzelner Platten verkraftet. Die Steuerung eines RAID-Systems übernimmt ein eigener Controller. Analog leitet in der Konstruktion von TenKsolar eine Steuereinheit den Strom aus den einzelnen Zellen auf vielen verschiedenen Wegen durch das Solarmodul.
„Unser System ist komplett redundant entworfen, von der Zelle bis zum Wandler“, sagt Dallas Meyer, Gründer von TenKsolar. Die Leistungsminderung oder gar der Ausfall eines Teilsystems könne deshalb die gesamte Anlage kaum herunterziehen. Auf diese Weise soll nicht nur die Performance des Moduls stabiler sein, sondern auch die gesamte Stromausbeute steigen.
Denn mit dem „RAIS PV“ genannten System lassen sich Reflektoren effektiver nutzen, um die Menge des einfallenden Lichts zu vergrößern. Üblicherweise werden Solarmodule auf Flachdächern in Reihen schräg aufgestellt, um besser zur Sonne hin ausgerichtet zu sein. Jeweils gegenüberliegende Reflektorreihen können in dieser Anordnung die Module mit zusätzlichem Licht versorgen, wenn der Sonnenstand nicht optimal ist (siehe Bild).
Reflektoren haben allerdings den Nachteil, dass sie das Sonnenlicht ungleichmäßig verteilen. Das führt wiederum dazu, dass einige Einzelzellen weniger Licht abbekommen und so die Gesamtleistung senken. Das System von TenKsolar verhindere diesen Effekt und erhöhe so unterm Strich die Ausbeute, sagt Meyer. „Die Extrakosten, die wegen unserer Steuerelektronik anfallen, hat man wieder drin, weil wir im Prinzip das gesamte reflektierte Licht nutzen können.“
Die Reflektoren verwenden einen vom Technologiekonzern 3M entwickelten Film, der nur bestimmte Wellenlängen reflektiert. Dadurch verringern sich gleißende Spiegelungen im sichtbaren Bereich. Weil auch weniger Infrarotlicht reflektiert wird, heizt sich das Modul nicht so stark auf, was die Ausbeute ebenfalls verbessert. Denn je wärmer die Halbleiterkristalle werden, desto schlechter wird der Wirkungsgrad einer Solarzelle.
Laut Meyer koste das RAIS-PV-System genauso viel wie Module von chinesischen Herstellern, biete aber eine 50 Prozent höhere Stromausbeute pro vergleichbarer Dachfläche. Im Vergleich mit teureren, leistungsfähigeren Modulen von SunPower, einem der beiden größten US-Solarzellhersteller, sei die Performance immerhin noch 25 Prozent größer.
TenKsolar ist zuversichtlich, mit dieser Optimierung in sonnigen Gegenden Solarstrom für acht Cent pro Kilowattstunde produzieren zu können. Dieser Preis ist zwar immer noch teurer als Kohle- oder Erdgas-Strom, liegt aber unter dem Kilowattstundenpreis, den etwa US-Verbraucher im Durchschnitt zahlen. Die Produktionskapazität von TenKsolar liegt derzeit bei einer Gesamtleistung von bis zu zwölf Megawatt pro Jahr – ein 2,2 Prozent der Leistung, die allein SunPower im vergangenen Jahr installiert hat.
Ein Problem könnte Meyer aber noch zu schaffen machen: die Skepsis der Geldgeber. Banken wollten sicher sein, dass das System von TenKsolar über die gesamte Garantiezeit eines Moduls halte, sagt Travis Bradford, Analyst und Chef des Prometheus Institute for Sustainable Development. TenKsolar hat bislang elf Millionen Dollar an Wagniskapital einwerben können. Vereinbarungen mit großen Unternehmen sollen nun die Garantie der Anlagen finanziell absichern. (nbo)
