Entwicklung semitransparenter Photovoltaikmodule für gebäudeintegrierte Hybridsysteme aus Photosynthese und Photovoltaik zur komplementären Nutzung des Sonnenlichts
Mit demselben Modul Photosynthese und Photovoltaik zu betreiben – darauf zielt das Projekt HYPP ab. Entwickelt wurde eine Solarzelle, die die für die Photosynthese erforderlichen Wellenlängen des Lichts passieren lässt und die übrigen maximal absorbiert. Die Anwendungsmöglichkeiten eines solchen Hybridmoduls reichen von energieproduzierenden Fassaden bis zu Gewächshäusern.
Forschungsprojekt HYPP
Laufzeit
April 2017 bis August 2019
Förderung durch
Forschungsinitiative Zukunft Bau des Bundesinstitutes für Bau-, Stadt- und Raumforschung
Projektbeteiligte
SSC Strategic Science Consult GmbH
Institut für Vernetzte Energiesysteme
Pflanzen benötigen zur Photosynthese nur bestimmte Bereiche des Lichtspektrums. Will man das Sonnenlicht parallel auch zur Energiegewinnung optimal ausnutzen, können die übrigen Wellenlängen der Stromerzeugung durch transparente Solarzellen dienen. Im Forschungsprojekt HYPP wurde daher ein Hybridsystem entwickelt, das einen Bioreaktor mit einem Photovoltaik-Modul koppelt. Die Anwendungsmöglichkeiten reichen von Gewächshäusern bis hin zur Integration in die Gebäudehülle von Wohnhäusern. So könnten Fassaden auf derselben Fläche effizient Strom, Wärme und Biomasse produzieren. Das System ließe sich zudem mit einer Abwasseraufbereitung zum Recyceln von Nährstoffen und Wasser verbinden.
Bei dem von der Forschungsinitiative Zukunft Bau geförderten Vorhaben wurde ein vom Projektpartner SSC entwickelter, marktreifer Bioreaktor genutzt. Hier produzieren zwischen zwei inneren Glasscheiben in Wasser schwimmende Mikroalgen Wärme und Biomasse. Hinter den beiden äußeren Scheiben sorgt das Edelgas Argon für die Wärme-Isolierung. Dünne Photovoltaik-Beschichtungen können unmittelbar auf eine Glasfläche aufgebracht werden. Der Solarstrom treibt die Pumpen des Bioreaktors an.
Glasscheibe mit Photovoltaik-Beschichtung
Im Rahmen des Forschungsprojektes HYPP wurden Solarzellen entwickelt, die die für die Photosynthese erforderlichen Wellenlängen des Lichts passieren lassen und die übrigen maximal absorbiert.
Das Institut für Vernetzte Energiesysteme entwickelte in dem Projekt eine teilweise transparente Photovoltaik-Beschichtung. Am Institut entwickelte Solarzellen mit einer ultradünnen Germanium-Schicht sind dafür besonders geeignet. In dem Materialien optimal kombiniert werden, soll die Beschichtung in dem für Pflanzen nutzbaren Lichtspektrum zwischen 650 und 710 sowie bei etwa 430 bis 450 Nanometern möglichst durchlässig sein. Sonnenlicht der übrigen Wellenlängenbereiche soll dagegen zur Energiegewinnung maximal absorbiert werden. Um eine hohe Energieausbeute zu erzielen, wurde die Solarzelle so aufgebaut, dass Licht bestimmter Wellenlängen innerhalb der Schichten mehrfach reflektiert wird und den Absorber somit mehrfach durchläuft. Sonnenlicht des übrigen Spektrums kann dagegen passieren. Auf diese Weise wird nicht nur der Aufbau von Biomasse maximiert. Über die Wellenlänge lässt sich in den Algen außerdem die Produktion von Fetten oder Pigmenten steuern.
Abteilungen, Forschungsgruppen und Handlungsfelder in Verbindung mit HYPP:
