In einen 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.
Perowskite: Hohe Effizienz, aber instabil
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.
Umweltfreundliche Alternative?
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 schwer und benötigen wertvolle Materialien. Organische Photovoltaikzellen (OPV) bieten sich als vielversprechende Alternative an.
Für Abonnenten: Sonnenstrom für die Growbox
Organische Solarzellen verwenden spezielle Kohlenstoffverbindungen, um Sonnenlicht in Strom umzuwandeln. Der Elektronenspender (Donator) besteht aus konjugierten Polymeren, die durch abwechselnder Einfach- und Doppelbindungen Elektronen transportieren.
Hering fertigt nun organische Photovoltaikmodule
Neue Anwendungen erschließen
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.
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 Anwendungen, etwa in Kleidung, Fenstern oder Gewächshäusern.
Fraunhofer ISE: Integrierte Solarzellen auf der Motorhaube
Leichte, semitransparente Solarzellen
Agri-PV kombiniert landwirtschaftliche Flächen für die Stromerzeugung und die Herstellung von Nahrungsmittel. Dort kommen bisher überwiegend starre Siliziummodule zum Einsatz. Organische Photovoltaik könnte hier deutliche Vorteile bieten.
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 Nutzpflanzen zu entsprechen.
Fraunhofer ISE: Organische Solarzelle liefert neuen Weltrekord mit 15,8 Prozent
Versuchsstand entwickelt und aufgebaut
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.
ASCA und BGT integrieren OPV-Module in die Fassade eines Bürogebäudes
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 deutlich geringer als bei Siliziummodulen. Die LED-Lampe wurde nur maximal zehn Minuten täglich betrieben.
Bleiben Sie auf dem Laufenden, melden Sie sich für unseren Newsletter an
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.
Das Leipziger Forschungsprojekt wurde finanziert durch die Elstatik-Stiftung von Günter und Sylvia Lüttgens. Für diese Unterstützung danken die Autoren herzlich. (bearbeitet: HS)
Mehr Informationen zum Forschungsprojekt finden Sie hier.
Die Autoren:
Laura Ruminger hat ihren Bachelor im Wirtschaftsingenieurwesen mit Schwerpunkt Maschinenbau absolviert und befindet sich nun in der Abschlussphase ihres Masterstudiums. Als Wissenschaftliche Mitarbeiterin am Lehrstuhl untersucht sie die Auswirkungen der Integration von organischer Photovoltaik auf Nutzpflanzen.
Prof. Dr.-Ing. Mathias Rudolph studierte an der TH Leipzig Elektrotechnik, Fachrichtung Mess-, Steuer- und Regelungstechnik, und promovierte 1999 zum Dr.-Ing. Nach Tätigkeiten als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle sowie in Lehre und Forschung an der Professur für Systemtheorie der TU Chemnitz war er seit 2006 bei der Siemens AG in Erlangen als Entwicklungsingenieur tätig. Seit 2013 ist er Inhaber des Lehrstuhls für Industrielle Messtechnik an der HTWK Leipzig.
Lesen Sie auch:
Zerez: Register für Zertifikate ab Februar 2025 verpflichtend
