Labor unterm blauen Himmel
Die Hochschule Coburg hat eine neue Photovoltaik-Anlage. Prof. Dr. Bernd Hüttl nutzt sie mit Doktorand Samuel Schneider und Studierenden der Elektrotechnik unter anderem, um zu erforschen, wie Solar-Module altern.
Samuel Schneider muss die Hände frei haben. Die Steuerung hängt an Gurten über seinem Bauch. Mit Daumen und Zeigefinger zieht er einen kleinen Hebel nach vorn, die Drohne steigt in die Luft und verschwindet überm Zentrum für Mobilität und Energie (ZME) der Hochschule Coburg. Schneider nutzt das Fluggerät für seine Doktorarbeit in der Elektrotechnik. Auf dem Bildschirm sieht er das Dach von oben: Eine Kamera an der Drohne filmt die neue Photovoltaikanlage auf dem Friedrich-Streib-Campus.
Die Umwelttechnik-Firma Weber aus dem mittelfränkischen Roßtal hatte bereits im April tonnenschwere Kisten mit einem Kran aufs Dach des ZME-Gebäudes gehievt: 56 Solarmodule, dazu Träger aus Aluminium und Wechselrichter, mit denen die Gleichspannung des Sonnenstroms umgewandelt wird. Unter Leitung des Staatlichen Bauamtes Bamberg wurde alles installiert; jetzt wird die Anlage ans Hochschulnetz angeschlossen. Der Stromverbrauch in Deutschland liegt im Schnitt pro Jahr bei etwa 1,8 Megawattstunden pro Person – allerdings mit starken Schwankungen. „Wir werden jährlich etwa 13 Megawattstunden elektrische Energie einspeisen“, sagt Bernd Hüttl, Professor für Erneuerbare Energien in Coburg. „Das bedeutet, dass wir jedes Jahr 12,12 Tonnen CO2 einsparen. Wir tragen als Hochschule dazu bei, die Kohlendioxid-Emissionen zu reduzieren.“
Hüttls Arbeit insgesamt ist ein Beitrag zur Energiewende. Ende 2018 startete unter seiner Leitung das Forschungsprojekt „PV-FeldLab“. Es ist auf vier Jahre angelegt und verfolgt das Ziel, eine neue Messtechnik zu entwickeln, um das Leistungsverhalten im Freifeld und den Ertrag von Photovoltaik-Anlagen zu analysieren. Die eingesetzten Solarmodule produzieren zwar auch nach 20 oder 30 Jahren noch Strom – aber meist 20 bis 30 Prozent weniger als am Anfang. „Wo zuviel verloren geht, kann der Betreiber Maßnahmen ergreifen.“ Dazu muss er aber die Fehler erst einmal kennen.
Samuel Schneider schaltet auf eine zweite Kamera um, auf seinem Bildschirm erscheint das ZME-Dach nun in Rot, Gelb, Violett und Blau. Die Infrarotkamera zeigt Temperaturunterschiede. Mit Thermografie lassen sich Fehler auf den Solarmodulen finden. Manchmal ist das Problem ein Kurzschluss, ein andermal ein Zelldeffekt, eine schadhafte Anschlussdose oder Vogelkot, der sich ins Modul einbrennt. Für seine Doktorarbeit an der Hochschule Coburg in Kooperation mit der TU Ilmenau ermittelt Schneider die „elektrische Charakterisierung von Photovoltaik-Generatoren unter Freifeldbedingungen.“
So wird das Wetter simuliert
Bereits seit einem Vierteljahrhundert arbeitet eine alte Photovoltaikanlage auf dem Dach des Gebäudes 2 der Fakultät Elektrotechnik und Informatik. Mit der neuen Anlage hat die Hochschule jetzt ein Freiluftlabor, in dem Hüttl und einige seiner Studierenden verschiedene Technologien untersuchen können. Es wurden Silizium-Module der Bad Staffelsteiner Photovoltaik-Firma IBC-Solar installiert, wie sie auf den meisten Dächern zu sehen sind. Aber auch Dünnschichtmodule: Diese haben einen schlechteren Wirkungsgrad und produzieren weniger Strom, aber sie lassen sich weitgehend automatisiert herstellen und benötigen weniger Ressourcen, sind also billiger. Außerdem ermöglichen flexible Photovoltaik-Folien neue Anwendungsfelder. Es gibt sogar Ansätze, sie als Fenstermaterial zu verwenden.
Mit der Drohne werden die Module optisch untersucht. Hinzu kommen elektrische Messmethoden. So lässt sich feststellen, wie sich verschiedene Bedingungen auf den Strom-Ertrag auswirken. Hüttl erklärt, dass für Photovoltaik als Standardbedingung eine Temperatur von 25 Grad Celsius festgelegt wurde. Damit wird in der Technik und in der wirtschaftlichen Kalkulation gearbeitet. „Aber das Wetter ist nie Standard. Das Wetter ist chaotisch. An einem schönen Sommertag gibt es keine Oberfläche, die nur 25 Grad hat.“ Um Prognosen des Strom-Ertrags abzuleiten, werden im Rahmen des Forschungsprojektes unterschiedliche meteorologische Bedingungen simuliert – für Hüttls Studierende ist das eine interessante Spielwiese.
Elektrotechnik-Student Darwin Daume will seine Masterarbeit darüber schreiben, wie sich der Einfallswinkel der Sonne, Bestrahlungsstärke oder Lichtspektrum auf die elektrische Leistung auswirken. Wetterbedingte Einflussfaktoren wird die studentische Mitarbeiterin Tina Neumeyer künstlich erzeugen. „Mit Wasserkühlung oder vielleicht mal mit einem dünnen Netz.“ So kann die Auswirkung des leichten Schleiers einer Sommerwolke gemessen werden – auch an wolkenlosen Tagen.
