Solarzellen Die Form macht die Effizienz

Eine andere Anordnung der Photovoltaikmodule könnte die Effizienz von Solaranlagen deutlich erhöhen, haben MIT-Forscher herausgefunden. Statt als Fläche haben sie die Zellen in einer dreidimensionalen Struktur angeordnet.

Geht es um einen besseren Wirkungsgrad von Solarzellen, experimentieren Wissenschaftler normalerweise mit neuen Werkstoffen. Forscher des Massachusetts Institute Of Technology (MIT) hingegen haben die Form der Module verändert, um die Effizienz zu steigern.

Dreidimensional statt flach

Solarzellen werden im Allgemeinen auf eine Fläche montiert. Manche haben einen Motor, der das Modul nach der Sonne ausrichtet. Die MIT-Forscher haben die Zellen dreidimensional angeordnet: Sie haben die Zellen in einem Würfel sowie in zwei verschiedenen Türmen in einem senkrechten Zickzackmuster angebracht. Dadurch konnten sie deren Produktivität deutlich steigern. Grund sei, dass die Module zu Zeiten, wenn die Sonne tief steht - also morgens und abends sowie im Winter - mehr Licht absorbierten.

Die dreidimensionalen Photovoltaikstrukturen, kurz 3DPV-Strukturen (von: three-dimensional photovoltaic), hätten um das 2- bis 20fache mehr Leistung erbracht als flach angeordnete Module mit der gleichen Fläche, schreiben die MIT-Forscher in der Fachzeitschrift Energy and Environmental Science.

Winter, Wolken, fern vom Äquator

Besonders erfreulich: Die größte Effizienzsteigerung stellten die Wissenschaftler in den Situationen fest, wo sie am nötigsten gebraucht werden, nämlich an Orten fern des Äquators, in den Wintermonaten und an Tagen mit einem bedeckten Himmel.

Die Forscher hatten zunächst eine Vielzahl möglicher Konfigurationen berechnet. Eine eigens entwickelte Software berechnete dann, wie sich die verschiedenen Anordnungen unter bestimmten Bedingungen wie auf verschiedenen geografischen Breiten, zu unterschiedlichen Jahreszeiten oder mit verschiedenen Witterungsbedingungen verhielten. Um ihre Modellrechnungen in der Praxis zu testen, bauten sie drei Arrangements von Solarzellen auf dem Dach eines MIT-Laborgebäudes auf.

Gleichmäßigere Stromproduktion

Die Baukosten für eine 3DPV-Anlage seien höher als die für eine herkömmliche flache Anlage, geben die Wissenschaftler zu. Doch die Energieausbeute sei dafür bei einer gegebenen Grundfläche wesentlich höher. Zudem produziere die 3DPV-Anlage gleichmäßiger Strom - im Laufe eines Tages und über das Jahr hinweg, bei Wolken oder Schatten. Dadurch sei die Stromproduktion besser kalkulierbar, wodurch die Anlage wiederum besser in das Stromnetz integriert werden könne.

Ihr neues Konzept "könnte ein wichtiger Teil der Zukunft der Photovoltaik werden", resümiert Projektleiter Jeffrey Grossman.