Die Zusammenarbeit von Forschern des CSEM, des NREL und der EPFL verbessert gleich zwei Wirkungsgrad-Weltrekorde für Silizium-basierte Tandemsolarzellen auf 32,8% und 35,9%.

Das National Renewable Energy Laboratory (NREL) des Energieministeriums der Vereinigten Staaten, das CSEM und die EPFL haben einen wichtigen zukunftsweisenden  Fortschritt erzielt. Im Rahmen einer Zusammenarbeit ist es ihnen gelungen, das grosse Potenzial von Silizium-basierten Tandemsolarzellen experimentell unter Beweis zu stellen. Der Wirkungsgrad für III-V/Si-Tandemsolarzellen bei der Umwandlung von Sonnenlicht konnte für Tandems mit zwei Halbleiterübergängen auf 32,8% und für solche mit drei Halbleiterübergängen auf 35,9% gesteigert werden. Dabei war es nicht erforderlich, das Sonnenlicht mittels Konzentratoren zu bündeln. Die in der Zeitschrift Nature Energy1 veröffentlichten Ergebnisse sind ein Meilenstein im heiss umkämpften Rennen um die Wirkungsgradverbesserung von Silizium-basierten Solarzellen und bestätigen das grosse Potenzial dieses Ansatzes.

Wer in der Photovoltaik arbeitet, sollte bestrebt sein, das Kosten-Leistungs-Verhältnis zu maximieren! Im Labor konnten bereits Wirkungsgrade von über 35% erzielt werden, jedoch nur mit Solarzellen, die ausschliesslich aus vergleichsweise teuren Halbleitermaterialien bestanden. Der heutige Photovoltaikmarkt (PV) wird stark von kosteneffizienten Modulen beherrscht, die Siliziumzellen mit nur einem Halbleiterübergang und Wirkungsgraden zwischen 17% und 22% verwenden. Wie zahlreiche andere Forschungseinrichtungen und Unternehmen in der Branche arbeiten auch das NREL, das CSEM und die EPFL an sogenannten «Multi-Junction» Tandemsolarzellen – einer Technologie, bei der Siliziumsolarzellen mit einer weiteren Solarzelle verbunden werden, die den kurzwelligen (blauen) Anteil des Sonnenlichtspektrums effizienter in elektrische Energie umwandeln kann. Die Weiterentwicklung der herkömmlichen Silizium-Solarzelle mit nur einem Halbleiterübergang zu einer Tandemzelle mit mehreren Halbleiterübergängen bietet die Möglichkeit, den Wirkungsgrad auf über 30% zu erhöhen und sich dennoch weiter auf die kosteneffiziente, bewährte Herstellung von Silizium-Solarzellen verlassen zu können. Das NREL hat sich zusammen mit Schweizer Forschern zum Ziel gesetzt, solche Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von mehr als 30% herzustellen. Im Januar 2016 erzielte das Forscherteam bereits einen Wirkungsgrad von 29,8% und damit seinen ersten gemeinsamen Weltrekord.

Mit dem Trend in der Industrie, immer effizienter, günstiger und leichter zu  konstruieren, steigt die Nachfrage nach reibwerterhöhenden Folien und Beschichtungen von 3M Technical Ceramics. In Windkraftanlagen bilden 3M Friction Shims eine clevere Lösung für eine zuverlässige Verbindung verschiedener Bauteile. Dadurch können auch kleine Komponenten grosse Kräfte übertragen.

Die Windenergieanlagen machen in der Industrie keine Ausnahme: Der Trend geht zu kleiner, leichter, effizienter. Die einfache, sichere und schnelle Montage von Bauteilen, ein wartungsfreier Betrieb und Korrosionsbeständigkeit sind dabei ebenso wichtig wie Anlagensicherheit und Kosteneffizienz. Zudem müssen die Komponenten in Windrädern den extremen statischen und dynamischen Belastungen durch Wind und Eigengewicht standhalten.
Konstruktionen mit 3M Friction Shims haben sich in den letzten Jahrzehnten bereits bestens bewährt. Sie bieten eine absolut zuverlässige und kompakte Lösung für die Verbindung verschiedener Bauteile in Windkraftanlagen. Die Reibung zwischen den Verbindungen im Antriebsstrang oder in Stütz- und Tragekonstruktionen wird durch die Friction Shims signifikant erhöht, sodass bei gleicher oder geringerer Grösse der Komponenten höhere Drehmomente und Scherkräfte übertragen werden können. «Besonders für die neuen, leistungsstarken Anlagen zeigen sich mit dem Shim spannende Potenziale, um in der Konstruktion Gewicht einzusparen», so Florian Grimm, verantwortlich für Produkt- und Anwendungsentwicklung der 3M Friction Solutions.

Bis 2015 liess windpunx, einer der grössten technischen Betriebsführer für Onshore-Windparks in Deutschland, die von ihm betreuten Windparks anhand eines dezentralen Servicesystems überwachen. Um die Ressource Wind auch in Zukunft optimal zu nutzen und die Performance der Anlagen weiter zu verbessern, liess das Unternehmen jedoch zusätzlich eine zentrale, rund um die Uhr besetzte Leitwarte einrichten. Mit der Umsetzung der sogenannten Windpunx Powerbox am Standort Kleinmachnow bei Berlin wurde die Jungmann Systemtechnik GmbH & Co. KG (JST) beauftragt, die einen repräsentativen Kontrollraum mit ergonomischen Arbeitsplätzen für zwei Mitarbeiter im First-Level-Support realisierte. Auf den dort vorhandenen Multikonsolen sowie der proaktiven Grossbildwand können nun mittels einer speziellen MultiConsoling-Hardware verschiedene Überwachungssysteme flexibel aufgerufen und bedient werden. Die Leitwarte übernimmt nun unter anderem die Analyse und Dokumentation aller eingehenden Anlagen- und Wetterdaten, das Entstörungsmanagement sowie die Koordination interner und externer Mitarbeiter vor Ort in den Windparks. Das Personal der dezentralen Servicestationen kann sich dadurch intensiver um die Betreuung der Anlagen kümmern, zudem sind die Reaktionszeiten deutlich verkürzt.

windpunx betreut derzeit deutschlandweit 71 Windparks mit fast 400 Anlagen und einer installierten Leistung von rund 750 MW. «Um deren Effizienz zu gewährleisten, müssen vor Ort regelmässig eine ganze Reihe von Aufgaben erledigt werden, zum Beispiel die Durchführung von regelmässigen Anlagenbegehungen, Zustandsanalysen, Rotorblatt-Prüfungen oder Entstörungen», erklärt Yannic Jenzevski, Executive Manager bei der windpunx GmbH & Co. KG. Um die Anfahrtswege zu den jeweiligen Parks so kurz wie möglich zu halten, richtete das Unternehmen ursprünglich eine dezentrale Struktur mit auf das ganze Bundesgebiet verteilten Servicestationen ein. Die zuständigen Betriebstechniker, die sogenannten Technical Operators, hatten dabei eine Doppelrolle: Sie arbeiteten nicht nur direkt in den Windparks, sondern übernahmen unter anderem auch die Fernüberwachung sowie das gesamte Dispatching der Anlagen.

Die Integration von Photovoltaikanlangen auf geschützten Bauten war bisher oft ein ungelöstes Problem. Im Freiburger Dorf Ecuvillens konnte in dieser Hinsicht ein wichtiger Fortschritt erzielt werden: Auf dem Dach des Bauernhauses von Alexandre Galley wurde eine Solaranlage mit ziegelroten Photovoltaikmodulen eingebaut. Diese Neuheit basiert auf einer Technologie, die vom Schweizer Forschungszentrum CSEM (Schweizerisches Zentrum für Elektronik und Mikrotechnik) und ISSOL Schweiz entwickelt wurde und die es ermöglicht, den ursprünglichen Charakter des Gebäudes zu erhalten. Das Pilotprojekt von Ecuvillens ist der Unterstützung des Amts für Energie und des Amts für Kulturgüter des Kantons Freiburg, des Bundesamts für Energie (BFE) und von Üser-Huus sowie dem Engagement verschiedener Partner zu verdanken.

In den vergangenen Jahren hat das CSEM verschiedene Ansätze entwickelt, um das Aussehen von Photovoltaikmodulen zu verändern und so  die energetischen Ziele mit den Anforderungen an die Ästhetik und den Denkmalschutz vereinbar zu machen. Eine seiner technologischen Innovationen findet heute im Rahmen eines Pilotprojekts ihre erste praktische Anwendung auf dem Dach des Bauernhauses von Alexandre Galley in Ecuvillens. Die eingebauten Solarmodule, die mit «gewöhnlichen» kristallinen Silizium-Solarzellen bestückt sind, weisen eine einheitliche Rottönung auf, die der Farbe von Ziegeln nachempfunden ist. Auf diese Weise kann das Gebäude unter Wahrung seines ursprünglichen Charakters ein Maximum an Strom produzieren.

In Sankt Gallen ist eine Überbauung entstanden, die mit ihrem innovativen Energiekonzept wegweisend ist für die Zukunft. Die Flumroc AG hat dazu mit ihrer eigens auf das Projekt zugeschnittenen vollflächigen Fassadendämmung einen wichtigen Beitrag geleistet.

Noch stehen die letzten Baugerüste, und die Arbeiten an der Umgebung sind in vollem Gange. Dennoch sind die ersten Mieterinnen und Mieter bereits in die neue Wohnüberbau- ung an der Sturzeneggstrasse in Sankt Gallen eingezogen.
69 Wohnungen finden in den drei länglichen Gebäuden Platz, von der geräumigen 2-Zimmerwohnung bis zur komfortablen 5 ½-Zimmerwohnung. Die drei Wohnhäuser sind so auf der Hügelkuppe angeordnet, dass der in der Mitte entstandene Aussenraum von allen Mietparteien gemeinsam genutzt werden kann. Die Gestaltung geht auf einen Wettbewerb zurück, den die Zürcher Architekten wild bär heule gewannen. «Das Konzept sprach uns nicht nur architektonisch an, sondern erfüllte auch unsere Ansprüche in Bezug auf das ambitionierte Energiekonzept, das wir uns vorstellten», sagt Jacques Michel Conrad, Verwaltungsrat der Bauherrin, der Wohnbaugenossenschaft St.Gallen.