Photovoltaik

Erneuerbare Energieträger sollen bis zum Jahr 2025 einen Anteil von 40 bis 45 Prozent des in Deutschland verbrauchten Stroms ausmachen, wie es im Erneuerbaren-Energien-Gesetz (EEG) vorgesehen ist. Photovoltaik (PV) spielt dabei eine führende Rolle. Insbesondere im urbanen Umfeld ist der Einsatz von Windkraft beschränkt, PV hingegen kann hier aufgrund der exzellenten Integrierbarkeit glänzen. Deshalb ist PV der Hauptträger erneuerbarer Energien im LLEC-Projekt. Alle PV-Anlagen auf dem Campus sind in ein virtuelles LLEC Stromnetz eingebunden. So kann bilanziell die durch die PV-Anlagen generierte elektrische Energie entweder direkt eingesetzt, mittels Elektrolyse zu Wasserstoff transformiert und gasförmig oder in flüssigem Trägermaterial eingespeichert oder in den Batteriespeichersystemen zwischengespeichert werden. Die Regelung übernimmt die IKT Plattform.

PV-Freiflächenanlagen

Im LLEC nutzen wir aktuell brachliegende Freiflächen auf einem ehemaligen Reaktorgelände auf unserem Campus („Jülicher Entsorgungsgesellschaft für Nuklearanlagen mbH“) zur Errichtung von größeren PV-Kraftwerken mit einer Gesamtkapazität von 1,1 MWp.

PV auf und an Gebäuden

Darüber hinaus wurden (und werden) PV-Anlagen auf geeigneten Bestandsgebäuden und Neubauten errichtet. Dies erfolgt nicht nur in Form von Dachanlagen, sondern auch in innovativeren Lösungen, wie bspw. gebäudeintegrierte Fassaden-PV (GIPV), PV in Oberlichtern von Treppenhäusern oder als PV-Pergola auf der Dachterrasse des Schülerlabors JuLab. Am Ende der ersten Projektphase sollen so insgesamt 1,5 MW an Solarkapazität in unterschiedlichen PV-Anlagen auf dem Jülicher Campus installiert werden. Die meisten der PV-Anlagen wurden bereits realisiert.

Duale Flächennutzung

Dies ist aber nicht alles: Mit zunehmendem Ausbau der erneuerbaren Energien nimmt auch die Flächenkonkurrenz zu. Duale Flächennutzungskonzepte werden in Zukunft immer wichtiger. Neben fassadenintegrierter PV untersuchen wir im LLEC bspw. die Synergie zwischen Gehwegen und PV in einem kurzen Stück PV-Gehweg. Hier interessiert uns vor allem die Performanz und die Alterung der PV-Gehwegmodule. Denn Gehwegmodule sind großen mechanischen Belastungen ausgesetzt. Auch Nässe und Verschmutzung können einen großen Einfluss auf die Lebensdauer der PV-Module haben.

Ein weiteres Beispiel für eine duale Flächennutzung stellen Agri-PV Anlagen dar. In einer solchen Anlage können bestimmte Nutzpflanzen gewinnbringend unter PV-Paneelen angebaut werden und sind geschützt vor Sonne, zu viel Niederschlag oder Unwetter. In Kooperation mit dem Institut Bio- und Geowissenschaften (IBG-2, Pflanzenwissenschaften) und dem Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK-5, Photovoltaik) wird auf dem Campus eine Agri-PV Demonstratoranlage von ca. 70 kWp entstehen.

Zukünftige PV-Anwendungen

Im weiteren Verlauf des Projekts sollen weitere innovative PV-Konzepte umgesetzt werden. Dies kann in Form von Klein-Demonstrationsanlagen geschehen, oder aber in größeren Systemen, um die PV-Kapazitäten auf dem Campus nachhaltig zu erhöhen. So sind zurzeit eine kleine schwimmende PV-Anlage auf dem Campussee in der Überlegung, ebenso wie autarke PV-Parkplatzüberdachungen in Verbindung mit Ladesäulen für E-Fahrzeuge.

Forschungsthemen im Bereich Photovoltaik

Aus Forschungssicht beschäftigen wir uns in erster Linie mit der Performanz der PV-Anlagen, aber auch die Verlässlichkeit, Alterung und Lebensdauer der unterschiedlichen Systeme stehen im Fokus der Forschungsarbeiten. Dazu bauen wir zurzeit ein Einzelmodul Kennlinien-Messsystem auf dem Büroneubau 2.6 auf. Dieses ist ko-finanziert durch das Land NRW im Rahmen des PV-Reliability Projekts. In diesem Performance- und Reliability-Labor werden Module aus den LLEC-PV-Demonstratoren zur Ermittlung von Degradationsmodellen und Leistungsvorhersagen untersucht. Dort können dann auch Abschattungs- und weiterführende Tests wie PID (Potential Induced Degradation) durchgeführt werden. Ein wichtiges Thema sind in diesem Kontext automatisierbare, bildgebende Verfahren zur Evaluation von Modulschäden (Defekte) und Auswirkungen auf die Modulleistung bzw. hochskaliert auf die Anlagenleistung. Hierfür verwenden wir auch KI (Künstliche Intelligenz)-Methoden und nutzen dabei die Expertise unserer Kolleginnen und Kollegen vom Jülich Supercomputing Centre (JSC). Die neuen Messverfahren und Analysemethoden können anschließend an den PV-Anlagen des LLEC getestet werden.