Es gilt das gesprochene Wort

BKW-Solarzellen-Test für Piccard-Projekt SOLAR IMPULSE

Forschungsresultate für SOLAR IMPULSE vom Mont-Soleil und Jungfraujoch

Dr. Jakob Vollenweider, Geschäftsführer, und Dr. Rudolf Minder, Leiter Forschung der Gesellschaft Mont-Soleil. Referat anlässlich der Präsentation der Solarzellen-Tests auf dem Jungfraujoch am 16. Januar 2009

Sehr geehrte Damen und Herren Am 11. Januar 2008 nahm die BKW FMB Energie AG (BKW) bzw. ihre Tochtergesellschaft sol-E Suisse AG das welthöchste Sonnenkraftwerk auf dem Jungfraujoch offiziell in Betrieb. Während des ersten Betriebsjahres traten trotz der extremen Witterungs- und Temperaturverhältnisse keine nennenswerten Störungen auf, was für die Qualität der Auslegung der A nlage und der eingesetzten Komponenten spricht. Das Jungfraujoch erwies sich auch als idealer Forschungsplatz, namentlich dank der Kooperationsmöglichkeit mit der reputierten h ochalpinen Forschungsstation Jungfraujoch. Zusammen mit dem internationalen Testzentrum für Ph otovoltaik der Gesellschaft Mont-Soleil (GMS) verfügt die BKW damit über eine hervorragende Grundlage, um als „Official Service Supplier“ das Projekt SOLAR IMPULS E wirksam zu unterstützen. Beobachtung von Cirruswolken auf dem Mont-Soleil Im Jahr 2005 wurden erste Untersuchungen durchgeführt zum Einfluss von Cirruswolken auf die Sonneneinstrahlung und damit auf die Leistung von Solarmodulen. Dieser Forschungsf okus erklärt sich aus der Tatsache, dass es sich bei den Cirruswolken um feine, durchsichtige Schleierwolken aus Eiskristallen handelt, die je nach geografischer Breite und Jahreszeit in Höhen zwischen 6 und 15 Kilometern schweben. Damit sind dies die einzigen W olkenformationen, welche die Leistung des Solarflugzeuges beeinflussen können. Es gilt zudem zu beac hten, dass die durch Cirruswolken bedingte Reduktion der Sonneneinstrahlung (typischerweise im Bereich von 10 bis 20%) je nach verwendetem Solarzellentyp einen unterschiedlichen Ein-

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fluss auf die Zellenleistung haben kann. Damit besteht ein Optimierungspotenzial, welches es bei Extremapplikationen, wie dies das Solar Impulse Flugzeug zweifellos darstellt, zu beachten gilt. Laboruntersuchungen an Maximum Power Point Trackern Im Jahr 2006 wurden in Zusammenarbeit mit dem Photovoltaiklabor der HTI Burgdorf drei ve rschiedene „Maximum Power Point Tracker“ detailliert ausgemessen. Es handelt sich dabei um elektronische Spezialgeräte, welche permanent den geeignetsten Arbeitspunkt der Solarmodule ermitteln und so den Energiefluss zwischen den Solarzellen und den Batterien optimieren. Diese Geräte sollen bei einem minimalen Gewicht einen möglichst hohen Wirkungsgrad au fweisen. Die untersuchten Geräte wurden in einer Klimakammer getestet, mit der die zu erwartenden extremen Temperaturen im Flug nachgebildet werden können. In diesen Tests konnten signifikante Unterschiede in der Leistungsfähigkeit der getesteten Geräte aufgezeigt und damit wertvolle Hinweise für die Optimierung des Energiemanagements des SOLAR IMPULSE Flugzeuges gegeben werden. Solarmodultests auf dem Jungfraujoch Im Jahr 2007 wurden die Forschungsarbeiten für SOLAR IMPULSE an Solarmodulen aufgenommen. Die für dieses Projekt verwendeten Solarzellen müssen b esonderen Anforderungen genügen, welche weit über denen für terrestrische Anwendungen liegen. Die wichtigsten B edingungen sind dabei die folgenden: •

Hoher Wirkungsgrad: Da die Flügelfläche begrenzt ist, muss diese bestmöglich ausg enutzt werden,

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Funktionsfähigkeit bei extremen Temperatur- und Einstrahlungsbedingungen,

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Geringes Gewicht.

Auf Grund dieser Anforderungen wurden Zellen von der kalifornischen Firma Sunpower au sgewählt. Diese Zellen zeichnen sich durch ein spezielles Herstellungsverfahren aus, welches es erlaubt, die Kontakte ausschliesslich auf der Rückseite anzuordnen und dadurch die g esamte Vorderfläche auszunutzen. Diese Zellen werden mit dem Fachbegriff „back -contact cell“ bezeichnet. Konventionelle Zellen haben auf der Vorderseite Kontaktbahnen, welche die aktive Fläche reduzieren. Für die Herstellung der Zellen wird besonders hochwertiges, monokristall ines Silizium mit einer Dicke von unter 200 µm verwendet. Mit Sunpower -Zellen einer früheren

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Generation wurde bereits 1993 das Honda-Siegerfahrzeug der World Solar Challenge sowie das unbemannte Solarflugzeug Helios der NASA angetrieben. Unter Verwendung der in den vergangenen Jahren auf dem Mont-Soleil gewonnenen Erkenntnisse und Erfahrungen wurde eine Messeinrichtung konzipiert und im Dezemb er 2008 auf dem Jungfraujoch installiert und in Betrieb genommen. Die Forschungsstation auf dem Jungfraujoch, welche von der Universität Bern betrieben wird, bietet die einzigartige Möglichkeit, Solarzellen unter Bedingungen zu testen, welche den Flu gbedingungen von Solar Impulse zwar nicht ganz entsprechen, aber dennoch nahe kommen. Die Kombination von tiefen Temperaturen und sehr hohen Einstrahlungen mit einem grossen Anteil an Ultraviolett-Strahlung beanspruchen die Zellen wesentlich stärker als bei einer üblichen Solaranlage in tiefer Lage. Die Zellentests auf dem Jungfraujoch haben vor allem folgende Ziele: •

Bestimmung der Zellenleistung und des Wirkungsgrads bei verschiedenen Temper atur- und Einstrahlungsbedingungen

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Beobachtung von Veränderungen an den Zellen und deren elektrischen Eigenschaften auf Grund der Exposition

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Vergleich der Testzellen mit den auf dem Jungfraujoch installierten konventionellen Solarzellen

Die Messeinrichtung besteht aus dem Testmodul, welches aus 24 Zellen aufgebaut ist s owie einer Referenzzelle als Strahlungsmessgerät. Die Messdaten werden laufend auf einem D atenerfassungsgerät aufgezeichnet. Erste Resultate der Messungen zeigen, dass der gemäss Herstellerangaben zu erwartende Wirkungsgrad von über 22% erreicht wird. Die Auswertung der Messungen wird im Verlauf des Jahres 2009 auch einen Vergleich mit dem 2007 an der Sphinx-Fassade installierte Sonnenkraftwerk, welches mit Kyocera-Zellen bestückt ist, ermöglichen. Die Testeinrichtung wird voraussichtlich während einiger Monate weiter betrieben. Die Daten werden periodisch ausgewertet und den Ingenieuren von SOLAR IMPULSE zur Verfügung gestellt. Mit diesem Testprogramm leistet die BKW einen Beitrag zum Gelingen des Projekts SOLAR IMPULSE und zur nachhaltigen Förderung der Photovoltaik.