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Sonnenenergie für die Schule: In der Zürcher Gemeinde Buchs konnten die Schülerinnen und Schüler gleich selber Hand anlegen bei der Installation der Solarmodule auf dem Schulhausdach. Die Aktion wurde vom Programm Klimaschule von Myblueplanet geleitet. Weiterlesen

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Sieben Meter breit, drei Meter lang, links und rechts benachbart und meist besetzt. Parkplätze bieten Fahrzeugen keinen Schutz, jedoch schlummert in ihnen ein grosses Potenzial. Carports aus Solarmodulen schützen schon heute Ihr Auto und geben der Energiewende neuen Aufwind. Weiterlesen

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Wer eine PV-Anlage auf seinem Dach montiert, möchte möglichst viel Strom produzieren. Ein Kamin, der regelmässig Schatten wirft, mindert den Ertrag. Sogenannte Optimizer versprechen da Abhilfe. Was taugen Sie? Wo sind sie sinnvoll? Wo eher weniger? Forscher der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften ZHAW in Winterthur haben bei ihrer Untersuchung, die vom Bundesamt für Energie unterstützt wurde, festgestellt: Optimizer können den Ertrag verbessern, aber auch verschlechtern. Es hängt vom jeweiligen Fall ab.

Wie viel Strom eine PV-Anlage tatsächlich produziert, hängt von verschiedenen Faktoren ab: Ein Kamin, der Schatten wirft, ein kaputtes Modul oder Schnee auf der Anlage können den Ertrag mindern. Da die einzelnen Zellen eines Moduls und sogar mehrere Solarmodule miteinander verschaltet sind, ist ein separates Ansteuern beschatteter und unbeschatteter Zellen nicht ohne weiteres möglich.

Hier kommt der Optimizer ins Spiel. Mit diesem elektrischen Gerät ist es prinzipiell möglich, die Leistung des schwächsten Glieds in der Kette zu nutzen, ohne dieses teilweise oder ganz zu überbrücken. Sprich: Das Modul, das weniger produziert, weil Schatten darauf fällt, wird mit dem Optimizer unabhängig geregelt und beeinträchtigt den Ertrag der anderen nicht mehr.

Die Rolle des MPP:

Der Maximum Power Point (MPP) bezeichnet den Betriebspunkt eines Moduls oder einer Solaranlage, bei welchem die optimale Leistung zu einem Zeitpunkt und den entsprechenden Verhältnissen (Einstrahlung, Temperatur usw.) bezogen wird. Elektrische Spannung und Stromstärke definieren diesen MPP. Bei Solaranlagen mit Verschattung, kann der optimale Stromertrag jedes Moduls teilweise nicht erreicht werden, wenn der MPP für beschattete und unbeschattete Module zusammen eingestellt wird, da sie die gleiche Stromstärke führen. Dann kann es sein, dass Module mit geringerer Sonneneinstrahlung solche mit hoher Einstrahlung beeinflussen, so dass entweder letztere nicht die volle Leistung bringen oder das betroffene Modul teilweise überbrückt wird. Eine Anlage mit Optimizer ermöglicht hingegen die unabhängige Regelung der damit ausgestatteten Module, wodurch diese in Theorie immer optimal betrieben werden, sofern sie selbst effizient genug arbeiten.

 

Bis zu 25 Prozent mehr Ertrag! Solche Versprechen machen Anbieter, wenn man diese elektrischen Geräte zum Optimieren der Solarstromanlage anbringt. Sind solche Mehrerträge realistisch? Energeiaplus hat bei Franz Baumgartner nachgefragt. Er hat die Untersuchung an der ZHAW im Auftrag des BFE durchgeführt.

Energeiaplus: 25 Prozent mehr Leistung mit einem Optimizer. Können die Geräte dieses Versprechen erfüllen? Was sagt Ihre Studie?

Franz Baumgartner leitet an der ZHAW den Studiengang Energie und Umwelttechnik und ist Dozent für Photovoltaik Systeme und Erneuerbare Energie; Bild: ZHAW

Franz Baumgartner: Die Power Optimizer sind in der Lage die Erträge von PV-Anlagen mit Verschattung zu erhöhen. Dies ist jedoch nur in besonderen Szenarien möglich. In allen untersuchten Fällen haben wir aktuell einen maximalen, zusätzlichen, jährlichen Energieertrag von bis zu 5% feststellen können, was in starkem Kontrast zu den Herstellerangaben steht.

Wann macht ein Optimizer Sinn? Respektive wann lohnt er sich?

Bezogen auf die jährlichen Energieerträge  zeigen unsere Ergebnisse, dass der Einsatz von Optimizern bei PV-Anlagen in Wohngebieten mit mittlerer bis starker Verschattung, oder bei kleinen Anlagen mit mehreren Ausrichtungen sinnvoll ist. Es sollte also ein Nischenmarkt sein, wird aber heute trotzdem sehr oft verkauft. Mittlere Verschattungen können z.B. Verschattungen von zwei Kaminen auf einer Anlage oder ein Lüftungsrohr plus einem naheliegenden Baum sein. Starke Verschattungen sind zum Beispiel Nachbarsgebäude, die einen grossen Schatten auf die Anlage werfen.

Wann würden Sie von Optimizern eher abraten?

Man muss bedenken, dass der Optimizer selber auch elektrische Energie benötigt. Oder anders gesagt: Je nach Situation kompensiert das Gerät den zusätzlichen Ertrag wieder. Das ist insbesondere der Fall, wenn es keine oder nur wenig Verschattung gibt und nur bis zu zwei verschiedene Ausrichtungen bestehen. Dann wird gleich viel oder eher weniger Leistung durch die Anlage erzielt als dies bei einem System ohne Optimizer der Fall wäre und zwei getrennten Stromkreisen mit konventioneller Leistungselektronik.

Optimizer sind auch ein Kostenpunkt. Die Preise variieren stark. Was empfehlen Sie den Endkundinnen und -kunden?

Tendenziell sind die Anschaffungskosten einige Prozent höher für ein Power Optimizer System. Wichtiger ist aber die Zuverlässigkeit der Elektronik über die vielen Jahre, denen sie Wind, Regen aber vor allem hohen Temperaturen ausgesetzt ist. Die Temperaturen können hinter dem Modul im Sommer auf bis über 70 Grad steigen, was Ausfälle der Elektronik verursachen kann.

Zu beachten ist auch: Bei Störungen sind die Kosten für einen einzelnen Optimizer über die Garantie des Herstellers gedeckt. Die Kosten für die Arbeit des Solarmonteurs, der die Reparatur vornimmt und ein Vielfaches betragen, aber nicht. Das kann ins Geld gehen (mehrere hundert oder eher einige tausend Franken, wenn der Austausch auf dem Dach kompliziert wird).

Aber der Marktführer erzielt einen Milliardenumsatz, wie Sie in einem Fachartikel (Link einfügen) geschrieben haben. Sehen Sie Ihre Studie demnach auch als Aufklärung, damit Endkundinnen und -kunden nicht enttäuscht werden?

Wir haben als unabhängige Forschungsstelle den Auftrag, objektive Forschungsergebnisse zu erarbeiten auf Basis von Messungen und Fakten. Da noch keine Regulierung für die elektrischen Ertragsangaben für Power Optimizer existieren, möchten wir Endkunden mit Ergebnissen bezüglich der Thematik informieren, so dass sie wiederum bei ihren Fachfirmen die entsprechenden Fragen stellen können. Gleichzeitig leite ich eine internationale Arbeitsgruppe der IEA und des Normenausschusses IEC, um dies transparent und fair für alle elektronischen Komponenten bewerten zu können.

Ihr Fazit? Sind Optimizer nur ein Hype oder Zukunft?

Die Erforschung und Entwicklung von neuen effizienten Technologien im Bereich der erneuerbaren Energien ist wichtig. Besonders eine Lösungsfindung für die Einflüsse von Verschattung auf den Stromertrag von Solaranlagen ist für den zukünftigen Ausbau in städtischen Gebieten essenziell. Die jeweiligen Fachfirmen müssen diesen Spezialfragen mehr Gewicht in der Planung beimessen als heute. Wir helfen da gerne, damit nicht komplexe Nischenanwendungen den Markt mit allen Risiken, die dann beim Endkunden liegen, dominieren.

Für wen sind die Ergebnisse relevant?

Mit unserer Forschung möchten wir PV-Installateure, Planer aber auch Endkunden über die schwierige Thematik aufklären. Wir erhoffen uns, dass es für PV-Planungsfirmen in Zukunft möglich ist, sich bei der Planung auf die korrekten Ertragswerte und nicht mehr auf Marketingangaben stützen zu müssen. Schlussendlich profitiert dadurch auch die Kundschaft.

Die Ergebnisse Ihrer Untersuchung resultieren aus Labor-Messungen. Wie sind sie vorgegangen?

Da die Ertragsunterschiede in den überwiegenden Fällen von Verschattungen bei um die ein bis zwei Prozent liegen, kann dies bei Outdoormessungen schwer genau gemessen werden. Dies wegen der Fluktuation der Solareinstrahlung und der Tatsache, dass in der Praxis kaum zwei gleiche Dächer nebeneinander mit zwei unterschiedlichen Systemen, also das eine mit, das andere ohne Optimizer ausgestattet sind.  Unsere ZHAW Forschungsresultate basieren daher auf präzisen Indoor-Labormessungen an kommerziellen Optimizern und konventionellen Invertern und einer eigens entwickelten Simulationssoftware, um die Auswirkungen auf den Jahresertrag zu bestimmen.

Nun wollen Sie das Forschungsprojekt noch ausweiten und auch Messungen im Feld durchführen. Was versprechen Sie sich davon?

Mit thermischen Messungen im Feld untersuchen wir eine andere Auswirkung der Nutzung von Optimizern, nämlich die potenzielle Reduktion der Hotspot-Temperatur von beschatteten Solarzellen. In anderen Worten, wenn Solarzellen beschattet sind, ist es möglich, dass das Solarmodul durch das Einstellen des MPP teilweise überbrückt wird. In diesem Fall erhitzen sich die teilverschatteten Solarzellen. Theoretisch stellen sich durch die Regelung der Optimizer diese Zustände weniger häufig ein, wodurch die Erhitzung der verschatteten Solarzelle und somit die Belastung des Solarmoduls reduziert wird.

So lief die Studie:

Im Labor des Instituts für Energiesysteme und Fluid-Engineering an der ZHAW School of Engineering in Winterthur wurde der Wirkungsgrad (bzw. die Verluste) von vier geläufigen Power Optimizer Modellen, sowie von vier Solarwechselrichtern vermessen. Verwendet wurden dafür hochpräzise Messgeräte und elektrische Geräte (Stromquellen), welche das Verhalten (also Strom und Spannung) einer Vielzahl von verschiedenen Solarmodulen nachstellen können. Im Speziellen wurde dadurch die Effizienz der Optimizer und Wechselrichter für ein grosse Anzahl von Anwendungsfällen bestimmt. Basierend auf diesen Messwerten wurde ein mathematisch-physikalisches Modell entwickelt, welches die Verluste für alle möglichen Betriebspunkte berechnen kann.

Zusätzlich zu den Messungen wurde während den letzten drei Jahren innerhalb der Forschungsgruppe ein PV-Simulationstool entwickelt, welches Sonnenstand, Einstrahlung, Temperatur, Verschattung und elektrische Eigenschaften von PV-Modulen präzise abbildet. In der Simulationsapplikation ist ausserdem die idealisierte Regelung durch die Geräte (Wechselrichter bzw. Power Optimizer), sowie das zuvor genannte physikalische Modell der Verluste implementiert. Folglich können verschiedenste Solaranlagen mit zahlreichen Verschattungsfällen simuliert und die jährlichen Stromerträge ermittelt werden. Entsprechend können wir dadurch eine Solaranlage mit Power Optimizer und eine Anlage ohne diese Geräte bei den exakt gleichen Bedingungen berechnen. Wir können so also präzise Vergleiche durchführen.

Mehr Informationen zur Studie der ZHAW gibt’s hier:

Masterarbeit von Cyril Allenspach, ZHAW https://digitalcollection.zhaw.ch/bitstream/11475/27358/3/2023_Allenspach_Cyril_MSc_SoE.pdf

Details zur Studie der ZHAW: https://www.zhaw.ch/de/forschung/forschungsdatenbank/projektdetail/projektid/4870/

Interview: Brigitte Mader, Kommunikation, Bundesamt für Energie
Photo: shutterstock; ID: 2122613513; iyks

 

 

 

 

 

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Energiegewitter mit sonnigem Ausgang: So lässt sich die Preisverleihung des Watt d’Or 2023 zusammenfassen, die gestern, am 12. Januar im Kursaal Bern über die Bühne ging. Mit dem Energiepreis zeichnet das Bundesamt für Energie jedes Jahr Bestleistungen im Energiebereich aus. Sechs Innovationen erhielten dieses Jahr einen Watt d’Or. Über 600 Akteure und Akteurinnen aus der Energiebranche wohnten der Veranstaltung bei. Energeiaplus hat die Reaktionen von Jury und Gewinnern zusammengetragen. Weiterlesen

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Die Energiezukunft der Schweiz baut auf Sonnenenergie: Das machen die Innovationen deutlich, die heute in Bern den Watt d’Or 2023 erhalten. Sechs Projekte zeichnet das Bundesamt für Energie für ihre aussergewöhnlichen Leistungen im Energiebereich aus. Die Preisverleihung findet dieses Jahr zum 16. Mal statt und steht unter dem Motto Energiegewitter.

Auf energeiaplus.com/wattdor2023 können Sie die Preisverleihung ab kurz vor 16.30 Uhr mitverfolgen.

Diese Projekte dürfen im Kursaal in Bern ihre Watt d’Or-Kugel entgegennehmen:

Kategorie Energietechnologien: Solarstrom fürs Quartier

Selbst produzierten Solarstrom selbst verbrauchen: Das ist das Prinzip des Solarstrom-Quartiers im Tessiner Ort Lugaggia, bei dem sich 18 Wohnhäuser, ein Kindergarten und eine Quartierbatterie vernetzt haben. Herzstück ist der Kindergarten mit einer grossen PV-Anlage auf dem Dach und einer 60kWh-Batterie im Keller. Der Strom, der im Kindergarten nicht verbraucht wird, fliesst über das Quartiernetz zu den anderen Verbrauchern. Wird mehr verbraucht als produziert, wird zuerst die Batterie angezapft. Erst wenn diese leer ist, fliesst Strom aus dem öffentlichen Stromnetz.

Nach drei Jahren Pilotphase zeigt sich nun: Der Eigenverbrauchsgrad kann so markant erhöht werden – dies dank künstlicher Intelligenz und Smart Metern.

Kategorie Energietechnologien: Powergas aus dem Limmattal

Aus Abfall und Abwasser macht das Zürcher Unternehmen Limeco Energie: Das Stichwort dazu: Power-to-Gas. Limeco hat zusammen mit acht Schweizer Energieversorgern die erste industrielle und wirtschaftlich betriebene Power-to-Gas-Anlage realisiert. Power-to-Gas gilt als vielversprechende Technologie für die Speicherung von überschüssiger Energie.

Und so funktioniert’s: Die Kehrichtverwertungsanlage wandelt die im Abfall enthaltene Energie in Wärme und erneuerbaren Strom um. Dieser Strom zerlegt im Elektrolyseur Wasser zu Sauerstoff und Wasserstoff. Die Elektrolyse-Leistung liegt bei 2,5 Megawatt, und pro Stunde kann die Anlage 450 Kubikmeter Wasserstoff produzieren. Dieser Wasserstoff wird dann von Urbakterien aus dem Faulschlamm und CO2 aus dem Klärgas in Methangas umgewandelt. Bis zu 18’000 Megawattstunden synthetisches erneuerbares Gas können so pro Jahr ins lokale Erdgasnetz eingespeist werden. Die Anlage soll zur professionellen Weiterentwicklung und Kostenoptimierung der Power-to-Gas-Technologie im Schweizer Energiesystem beitragen.

Kategorie Erneuerbare Energien: Solarästhetik für die Zukunft

Das Unternehmen 3S Swiss Solar Solutions AG gehört zu den Pionierinnen der Solarindustrie in der Schweiz. Die Thuner Firma ist seit über 20 Jahren im Solarmodul-Geschäft tätig. Ihr Spezialgebiet: Kleinere und individuelle PV-Elemente in allen möglichen Formen und Farben, die vollständig und ästhetisch in Dächern, Fassaden und Balkone integriert werden können.

300 Installationsbetriebe kaufen heute bereits bei 3S ein, so dass pro Tag schätzungsweise 15 bis 20 Gebäude mit 3S-Modulen bestückt werden können. Dank einer neuen, hochmodernen Produktionslinie kann 3S die stark wachsende Nachfrage erfolgreich bedienen.

Kategorie Energieeffiziente Mobilität: Ladestation made in Switzerland

Die Stromtankstelle «sospeso&charge due» des Krienser Unternehmens EVTEC hat es in sich. An der bidirektionalen Ladestation können einerseits zwei Elektro-Fahrzeuge parallel geladen werden. Andererseits kann die Station auch Strom aus den Fahrzeugbatterien ins Gebäude speisen (vehicle to home) oder ins lokale Stromnetz (vehicle to grid). So können Verbrauchsspitzen geglättet und Schwankungen ausgeglichen werden. Zusammen mit dem intelligenten Ladesystem von sun2wheel, einem Software Start-up aus Kriens, steht so für Haushalte und Unternehmen eine komplette Swiss Made Lösung zur Verfügung. Sie optimiert nicht nur das Laden, sondern verbessert auch die Versorgungssicherheit.

Kategorie Gebäude und Raum: Die Solarfassade, die mit der Sonne geht

Was wie Kunst am Bau aussieht, produziert Strom: Es sind lauter bewegliche und leichte Solarmodule, die an der Fassade des Innovationsgebäudes NEST der Empa in Dübendorf angebracht sind. Entwickelt wurden sie von der Professur für Architektur und Gebäudetechnik der ETH Zürich und dem ETH-Spinoff Zurich Soft Robotics GmbH, das nun daran arbeitet, die «elektrisierende» Innovation unter dem Namen Solskin auf den Markt zu bringen.

Die Solarmodule folgen dank einer intelligenten Steuerung automatisch dem Tagesverlauf der Sonne und optimieren so den Stromertrag. Und nicht nur das: An warmen Tagen sorgen sie ausserdem für kühlenden Schatten im Gebäude. Oder sie können so gekippt werden, dass Sonnenstrahlen und Wärme in den Raum gelangen.

Spezialpreis der Jury

Refugees go solar+ – Geflüchtete werden Fachkräfte

Die Solarbranche boomt, aber Fachkräfte fehlen. Hier setzen die beiden Berner Nonprofit-Organisationen Solafrica und Root & Branch an. Zusammen mit rund 50 Partnerunternehmen aus der Solarbranche bieten sie Geflüchteten die Möglichkeit, sich so gut auszubilden, dass ihnen der Zugang zum ersten Arbeitsmarkt gelingen kann. Das Programm, das unter anderem vom Fachverband Swissolar, von EnergieSchweiz und vom Staatssekretariat für Migration unterstützt wird, hat sich in den letzten drei Jahren bereits in zehn Kantonen in der Deutsch- und Westschweiz etabliert.

Fabien Lüthi (Video) und Brigitte Mader (Text), Kommunikation, Bundesamt für Energie

 

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An Lärmschutzwänden und Mauern entlang der Schweizer Nationalstrassen existiert ein unangetastetes Potenzial von rund 55 GWh Strom, welches mit Photovoltaikanlagen genutzt werden könnte. Das Bundesamt für Strassen ASTRA will dieses schlummernde Potenzial nun erschliessen: mit eigenen Solarstromanlagen sowie mit einem Bewerbungsverfahren für die Nutzung der Flächen durch Dritte. Weiterlesen

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Das Tessin gilt als Sonnenstube der Schweiz. Und es mag deshalb auch nicht erstaunen, dass ausgerechnet dort die erste Photovoltaikanlage Europas ans öffentliche Stromnetz angeschlossen wurde. 1982 war das. Und die Anlage mit 288 Modulen läuft heute noch – fast so wie damals. Weiterlesen

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Um den Ausbau der Photovoltaik (PV) voranzutreiben, sind grosse Flächen erforderlich, die mit Solarmodulen bestückt werden können. Bisher stehen dafür in der Schweiz Hausdächer und Fassaden im Vordergrund. Künftig könnten PV-Anlagen auch auf Landwirtschaftsflächen entstehen – nicht anstelle, sondern zusätzlich zur landwirtschaftlichen Nutzung. Mehrere Projekte untersuchen gegenwärtig Vorzüge und allfällige Nachteile solcher Agri-Photovoltaikanlagen – und können damit auch helfen, Grundlagen für mögliche regulatorische Anpassungen bereitzustellen. Weiterlesen

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Einstecken und schon fliesst der Strom – So einfach soll eine Plug&Play-Solaranlage installiert werden können. Doch ist das wirklich so simpel? Und welche Bewilligungen sind für solche Anlagen notwendig?

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Die Sonne scheint für alle. Energeiaplus zeigt, wie auch Mieterinnen und Mieter ohne eigenes Dach ihren eigenen Solarstrom produzieren oder Solarenergie beziehen können, wie die verschiedenen Möglichkeiten genutzt werden und was die Vor- und Nachteile sind. Eine Übersicht bietet auch das Merkblatt von EnergieSchweiz. Weiterlesen

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