In einem Forschungsprojekt der HTWK Leipzig wurde die Nutzung von OPV-Modulen in Agri-PV untersucht. Bei einem Experiment mit Salatpflanzen zeigten OPV-Module durch Verschattung positive Effekte auf Ertrag und Blattgesundheit. Außerdem reduzierten sie den Wasserverbrauch um 20 Prozent.
Interessantes Potenzial der OPV
Allerdings war der Stromertrag deutlich geringer als bei Siliziummodulen. Die Studie hebt das Potenzial von organischer Photovoltaik in der Landwirtschaft hervor, zeigt aber weiteren Forschungsbedarf zur Effizienzsteigerung.
Bis 2030 sollen 80 Prozent des Strombedarfs in Deutschland durch Strom aus Windkraft und Solarenergie gedeckt werden. Klassische Photovoltaikmodule aus Silizium brauchen viel Fläche, sind aufgrund der Deckgläser schwer und benötigen wertvolle Materialien. Organische Photovoltaikzellen (OPV) bieten sich als vielversprechende Alternative an.
Organische Solarzellen verwenden spezielle Kohlenstoffverbindungen, um Sonnenlicht in Strom umzuwandeln. Der Elektronenspender (Donator) besteht aus konjugierten Polymeren, die durch abwechselnde Einfach- und Doppelbindungen Elektronen transportieren.
Zu den gängigen Polymeren zählen P3HT und PTB7, die Sonnenlicht effizient absorbieren und Elektronen gut leiten. Das macht sie für flexible und kostengünstige Solarzellen interessant. Der Elektronenempfänger (der Akzeptor) besteht häufig aus Fullerenen wie C60 oder C70.
Kugelförmige Moleküle
Diese kugelförmigen Kohlenstoffmoleküle zeichnen sich durch hohe Stabilität und gute Leitfähigkeit aus, was zu hoher Effizienz bei der Energieumwandlung führt. Zusammen ermöglichen diese Materialien die Herstellung leichter, flexibler und dünner Solarzellen.
Zudem sind sie durch die Verwendung organischer Materialien umweltfreundlicher und bieten durch ihre Eigenschaften vielfältige Einsatzmöglichkeiten, etwa in Kleidung, Fenstern oder Gewächshäusern.
Agri-PV kombiniert landwirtschaftliche Flächen für die Stromerzeugung und die Herstellung von Nahrungsmitteln. Dort kommen bisher überwiegend starre Siliziummodule zum Einsatz. Organische Photovoltaik könnte hier deutliche Vorteile bieten.
Versuchsstand aufgebaut
Dank ihrer Flexibilität und Semitransparenz lassen sie mehr Licht zu den Pflanzen durch und passen sich der Umgebung an. Die Module lassen sich in Farbe und Transparenz variieren, um den Bedürfnissen der Pflanzen zu entsprechen.
Im Rahmen des Forschungsprojekts Organic Photovoltaic an der HTWK Leipzig wurden die Wechselwirkungen zwischen organischen Solarmodulen und landwirtschaftlichen Nutzpflanzen untersucht. Dafür wurde ein Versuchsaufbau konzipiert und auf der Dachterrasse eines Gebäudes der Hochschule in Leipzig errichtet. Drei kleine Gewächshäuser dienten als Versuchsfelder. Zwei waren mit OPV-Modulen ausgestattet, eines zusätzlich mit LED-Lampen, die mit dem erzeugten Strom eine Stunde am Tag betrieben werden sollten.
Ein weiteres Gewächshaus ohne Module diente als Referenz. Mittels geeigneter Sensorik wurden die Versuchsstände überwacht und im Anschluss analysiert.
Mehr Biomasse, weniger Wasser
Die Ergebnisse zeigten, dass die Verschattung durch die Module positive Effekte auf den Ertrag der Salatpflanzen hatte. Sowohl die Biomasse als auch die Blattgesundheit waren in den OPV-Gewächshäusern besser als im Referenzhaus. Zudem wurde im Vergleich etwa 20 Prozent weniger Wasser verbraucht, aufgrund der Verschattung. Der Stromertrag der organischen Module war jedoch geringer als bei Siliziummodulen. Die LED-Lampe wurde maximal zehn Minuten täglich betrieben.
In Deutschland gibt es bislang nur zwei Hersteller von organischen Modulen: Asca und Heliatek. Noch befindet sich die Technologie in einem frühen Stadium der Entwicklung. Trotz des vielversprechenden Potenzials für die Landwirtschaft sind weitere Forschungen notwendig, um den Wirkungsgrad zu verbessern und die Stromproduktion zu erhöhen.
https://www.htwk-leipzig.de/forschen/forschungsprojekte/opv-organic-pho…
Foto: HTWK
Foto: HTWK
Elstatik-Stiftung
Projekt in Leipzig unterstützt
Das Leipziger Forschungsprojekt wurde finanziert durch die Elstatik-Stiftung von Günter und Sylvia Lüttgens. Für diese Unterstützung danken die Autoren herzlich.
Die Autoren
