Forscher der University of New South Wales (UNSW) haben ein neuartiges, spektral-selektives, halbtransparentes kristallines Silizium-Modul entwickelt, das speziell für den Einsatz in der Agrivoltaik konzipiert ist. Die Technologie kombiniert Distributed Bragg Reflectors (DBR) und V-Groove-Konzentratoren, um nahes Infrarotlicht (NIR) gezielt zu den Solarzellen zu leiten, während ein sehr hoher Anteil der photosynthetisch aktiven Strahlung (PAR) für die Pflanzen durchgelassen wird. Damit bietet das Modul sowohl eine deutliche Steigerung der elektrischen Energieausbeute als auch eine schonende Lichtversorgung für die Kulturen.
Seiteninhalte
- Steigerung der elektrischen Energieausbeute um 34 %
- Erhaltung von mehr als 90 % der photosynthetisch aktiven Strahlung (PAR)
- Umleitung von naher Infrarotstrahlung (NIR) für Stromerzeugung
- Vergleich mit bestehenden Technologien
- Potenzielle Vorteile für die Agrarwirtschaft
- Herausforderungen und Risiken
- Häufig gestellte Fragen (FAQ)
- Fazit
Steigerung der elektrischen Energieausbeute um 34 %
Im Vergleich zu herkömmlichen halbtransparenten PV-Modulen erzielt das neue UNSW-Modul eine elektrische Ausgabe, die um 34 % höher liegt (Jahr 2026, Quelle S1). Diese Leistungssteigerung wird durch die Umleitung von etwa 80 % der nahen Infrarotstrahlung (NIR) in die Photovoltaikzellen ermöglicht, wo kristallines Silizium besonders effizient arbeitet. Simulationsdaten für verschiedene australische Standorte zeigen, dass bei direkter Sonneneinstrahlung die elektrische Leistung konstant um ein Drittel über den Werten konventioneller Module liegt.
Erhaltung von mehr als 90 % der photosynthetisch aktiven Strahlung (PAR)
Die Module lassen über 90 % der für die Photosynthese notwendigen Strahlung (Wellenlänge 400-700 nm) unverändert durch (Jahr 2026, Quelle S1). Dadurch erhalten Pflanzen ausreichend Licht für ein optimales Wachstum, selbst wenn das Modul in geschützten Anbauflächen integriert wird. Die hohe PAR-Durchlässigkeit ist ein zentrales Merkmal, das die Technologie von bestehenden semi-transparenten Modulen abhebt.
Umleitung von naher Infrarotstrahlung (NIR) für Stromerzeugung
Rund 80 % der NIR-Strahlung werden im Modul zu den Solarzellen geleitet, wo sie in elektrische Energie umgewandelt wird. Die Kombination aus DBR-Spiegeln (mit Reflexionsraten > 99,9 % im Zielbereich) und V-Groove-Flachplatten-Konzentratoren sorgt dafür, dass das NIR-Licht über totale innere Reflexion (TIR) im Glas eingeschlossen und effizient genutzt wird. Zwei DBR-Technologien wurden getestet: silber-dielektrische Beschichtungen und mehrlagige polymere Folien, wobei letztere die höchste NIR-Reflexion und minimale optische Absorption bieten.
Vergleich mit bestehenden Technologien
Im direkten Vergleich zu derzeitigen semi-transparenten PV-Modulen, die einen Großteil des Sonnenspektrums ungenutzt lassen, zeigen die neuen Module dank der Integration von DBR-Technologien und V-Groove-Konzentratoren eine signifikante Verbesserung:
- Elektrische Ausgabe: +34 % gegenüber konventionellen Modulen (2026).
- PAR-Erhaltung: > 90 % (2026).
- NIR-Umleitung: ca. 80 % für Stromerzeugung (2026).
Die Ergebnisse basieren auf einem dual-Glass-Aufbau mit TOPCon-Solarzellen und einer Zellabdeckung von 38 % bis 50 %, wobei höhere Zellabdeckungen zu noch größeren Leistungsgewinnen von 34 % bis 40 % führen können.
Potenzielle Vorteile für die Agrarwirtschaft
Durch die Reduktion von NIR-Strahlung, die die Oberflächentemperatur von Pflanzen erhöht, kann das Modul in semi-ariden Regionen den Wasserverbrauch senken. Die Forscher schätzen, dass die Filterung von etwa 80 % des NIR-Lichts zu einer merklichen Abkühlung der Kulturfläche führt – ein Effekt, der jedoch stark von lokalen Klimabedingungen und den jeweiligen Pflanzenarten abhängt. Zusätzlich ermöglicht das System die gleichzeitige Erzeugung von Solarstrom und die Aufrechterhaltung optimaler Lichtbedingungen für das Pflanzenwachstum.
Herausforderungen und Risiken
Obwohl die Labor- und Feldtests vielversprechend sind, gibt es noch offene Punkte:
- Entwicklungsphase: Der Prototyp befindet sich noch im Entwicklungsstadium und muss weiter getestet und kommerzialisiert werden, bevor ein breiter Einsatz möglich ist.
- Abhängigkeit von lokalen Bedingungen: Die Effizienz des Moduls kann je nach Anbausystem, Pflanzenart und Standort stark variieren.
Diese Aspekte müssen in zukünftigen Feldversuchen und Skalierungsstudien genauer untersucht werden.
Häufig gestellte Fragen (FAQ)
Wie beeinflussen diese Module die Pflanzen?
Die Module ermöglichen eine hohe Lichtdurchlässigkeit für Pflanzen, indem sie mehr als 90 % der PAR unverändert durchlassen, während sie gleichzeitig etwa 80 % der NIR-Strahlung für die Stromerzeugung umleiten. So bleibt das für die Photosynthese notwendige Lichtspektrum erhalten, und die Pflanzen können normal wachsen.
Welche Technologie wird im Modul verwendet?
Das Design kombiniert Distributed Bragg Reflectors (DBR) – entweder silber-dielektrische Beschichtungen oder mehrlagige polymerische Folien – mit V-Groove-Flachplatten-Konzentratoren. TOPCon-Solarzellen und eine dual-Glass-Architektur sorgen für die notwendige elektrische Effizienz.
Fazit
Die von der UNSW entwickelten spektral-selektiven, halbtransparenten kristallinen Silizium-Module markieren einen wichtigen Fortschritt für die Agrivoltaik. Mit einer nachgewiesenen Steigerung der elektrischen Ausgabe um 34 %, einer PAR-Erhaltung von über 90 % und einer NIR-Umleitung von etwa 80 % bieten sie eine ausgewogene Lösung, die sowohl die Energieerzeugung als auch die Pflanzenversorgung optimiert. Trotz noch bestehender Entwicklungs- und Standortabhängigkeits-Herausforderungen zeigen die ersten Prototypen, dass diese Technologie das Potenzial hat, die Wettbewerbsfähigkeit erneuerbarer Energien in der Landwirtschaft zu erhöhen und gleichzeitig Wasserverbrauch zu reduzieren. Weitere Tests und die Kommerzialisierung werden entscheidend sein, um die Technologie breit einzusetzen.
