Solarpaneele und Klima: die Herausforderungen der globalen Erwärmung

Zunahme der globalen Temperaturen. Anstieg des Meeresspiegels. Verlust an Biodiversität. Signifikante Veränderungen bei den Niederschlägen. Und, insbesondere, Zunahme von extremen Wetterphänomenen. Der Klimawandel und die großen und komplexen Herausforderungen, vor die er die Menschheit stellt, erfordert Resilienz. Bei der Art zu reagieren, zu denken, zu konstruieren. Und bei der Erzeugung von sauberer und nachhaltiger Energie trotz der Hindernisse. So haben extreme Temperaturen, unvorhergesehene und heftige Unwetter, Tornados nicht nur eine verheerende Auswirkung auf den Planeten, sondern auch auf die Anlagen, die sie in erster Linie bekämpfen sollen. Denken wir beispielsweise an die Photovoltaikpaneele, Module zur Umwandlung von Sonnenlicht in Energie, die auf dem offenen Feld oder auf Dächern von Gebäuden angebracht und jeglicher Art von Witterung ausgesetzt sind. Sind sie auch in der Lage Resilienz zu zeigen? Können Sie den unvorhersehbaren Auswirkungen von Veränderungen widerstehen, die sie versuchen, zu bekämpfen und einzudämmen?

Tatsächlich gibt es viele bekannte Risiken.

"Photovoltaikmodule sind darauf ausgelegt, gemäßigten Winden zu widerstehen, aber äußerst starke Winde oder Tornados können physische Schäden wie Brüche oder ihre Lösung von der Halterung verursachen. Bei Starkregen kann es zu strukturellen Schäden an den Paneelen, an den Streben und an den Stützstrukturen kommen. Im Falle von Blitzen können trotz der Schutzsysteme Spannungsspitzen und elektromagnetische Interferenzen im Stromnetz oder in den Steuergeräten wie Inverter oder Sensoren auftreten", erklärt Cosimo Gerardi, CTO von 3SUN, seit jeher an vorderster Front für die Produktion von Photovoltaikmodulen, die auf die Anforderungen und Herausforderungen durch die globale Erwärmung reagieren.

In besonders kalten Klimazonen wird durch Schnee- oder Eisansammlungen auf den Solarpaneelen nicht nur vorübergehend die Effizienz verringert, sondern es besteht auch die Gefahr, dass sich die Module verformen oder rissig werden, was zu Störungen und somit zum Austausch derselben führt. In Gegenden, die von Trockenheit oder Sandstürmen geprägt sind, können die Solarpaneele eine höhere Menge an Staub und Schmutz ansammeln. Sie reduzieren die Menge an Sonnenlicht, welche die Photovoltaikzellen erreicht, und verringern ihre Effizienz. Dasselbe gilt für Zonen mit erhöhter Feuchtigkeit. Hier kann es abgesehen von Schmutzansammlungen zur Ausbreitung von Schimmel, Pilzen und Moosen kommen, die mit der Zeit die Leistung der Module verringern." Nicht zu vergessen extreme Hitze. "Während längerer Hitzewellen kann es bei den Photovoltaikmodulen zu einer verringerten Umwandlungseffizienz und zur Alterung der Materialien kommen. So wirken die hohen Temperaturen auf spezifische Parameter. Zum Beispiel sinkt die Leerlaufspannung des Moduls bei steigender Temperatur, während der Kurzschlussstrom zunimmt, was manchmal zu einer Entkoppelung vom Inverter führt. Daraus folgt eine verringerte Effizienz und ein Verschleiß der Materialien des Paneels."  Der Anstieg der Bodentemperaturen aufgrund der Erhöhung der Durchschnittstemperatur trägt nicht nur zu Trockenheitsphänomenen bei, sondern kann auch die Verfügbarkeit von für die Reinigung der Solarpaneele benötigtem Wasser beeinflussen. So entsteht eine Art von Teufelskreislauf, bei dem die Reinigung mehr Energie erfordert, sodass die Treibhausgasemissionen weiter ansteigen.

Das Schlüsselwort lautet Innovation.

"Spezielle Beschichtungen oder technologisch innovative selbstreinigende Materialien können dazu beitragen, dass die Paneele sauberer und somit effizienter bleiben. Außerdem geht der Trend in Richtung der Integration von intelligenten Robotern, die in der Lage sind, die Photovoltaikmodule regelmäßig zu reinigen und Wasserressourcen zu sparen", erklärt Gerardi, und betont, dass die Hersteller von Photovoltaikmodulen auf die Forschung setzen müssen, um effizienter auf extreme Wetterbedingungen reagieren zu können. Ausgehend von der Analyse von Kühlsystemen mit Wasser oder Luft, dem Einsatz von witterungsbeständigeren Materialien , die dem Verschleiß durch widrige Wetterbedingungen besser widerstehen, und dem Einsatz von modernen Überwachungssystemen, die auf Sensoren und künstlicher Intelligenz basieren.

Bei 3SUN hat man sich an diese Notwendigkeiten bereits angepasst. Die 3SUN-Module sind auf einen Betrieb in einem breiten Temperaturspektrum ausgelegt, von sehr niedrig bis sehr hoch. In Klimasituationen, die durch enormen Schneefall oder Starkregen geprägt sind, ist ihre Struktur in der Lage, einer Schneelast von bis zu 5400 Pa zu widerstehen; sie trotzen starken Windböen bis zu einem Druck in Höhe von 2400 Pa; die verwendeten Materialien halten Stöße, Vibrationen und weitere mechanische Belastungen infolge von extremen klimatischen Situationen aus. In Umgebungen mit hohen Mengen an Feuchtigkeit oder einer Exposition gegenüber korrosiven Stoffen, wie Meersalz in Küstengebieten, halten sie der Korrosion stand. Auch bei schlechten Lichtverhältnissen behalten sie eine relativ hohe Energieeffienz bei. Das verdanken sie dem CORE-H-Produktionsverfahren auf Basis der Entwicklungen der beidseitigen Heterojunction-Technologie (HJT oder SHJ), die darauf ausgelegt ist, sowohl das vom Boden reflektierte Licht als auch das Streulicht maximal auszunutzen. Nicht zuletzt garantieren ihre strengen Qualitäts- und Rückverfolgbarkeitsstandards eine hohe Zuverlässigkeit in schwierigen Umgebungen.

Forschung und Entwicklung, um jede Herausforderung zu meistern

So lautet die Philosophie von 3SUN seit jeher, in Forschung und Entwicklung zu investieren, um neue Technologien und Ideen zu produzieren, die darauf abzielen, die Photovoltaikmodule im Hinblick auf Dauerhaftigkeit, Widerstandsfähigkeit, Zuverlässigkeit, Effizienz und Ästhetik zu verbessern. Ziel von 3SUN, auch in Zusammenarbeit mit verschiedenen internationalen Forschungszentren, ist es, neue Materialien sowohl auf Ebene der Zellen als auch auf jener der Module zu erforschen – wie Perowskit-Halbleiter, die in Kombination mit Silizium die Basiseffizienz der Solarzelle erhöhen – die das Endprodukt leichter und gleichzeitig widerstandsfähiger machen. Dünneres und texturiertes gehärtetes Glas, zum Beispiel, um die Auswirkungen von abgelagertem Schmutz zu verringern, oder weniger feuchtigkeitsdurchlässige Polymer-Verkapselungen mit einer besseren Haftung der verschiedenen Schichten des Moduls, um einer möglichen Ablösung vorzubeugen. Oder auch dünnere und flexiblere Zellen, um Brüche zu vermeiden und die Lebensdauer des Produkts zu verbessern, und die besten Lösungen im Hinblick auf Strukturen, Materialien und auf das Modul angewendete Elektronik.

"Jede Idee (oder jeder Prototyp) wird im Einklang mit den geltenden Normen überprüft und getestet, um das beste Produkt zu gewährleisten, das dem Markt angeboten werden kann", so Gerardi abschließend. 3SUN setzt also auf die Qualität, weil die Qualität des Photovoltaikmoduls einen signifikanten Unterschied bei der Verringerung der Auswirkungen des Klimawandels bewirkt.