„nachhaltige technologien - 2|2020"

Alois Resch, MSc, ist wissenschaftlicher Mitarbeiter der Fachhochschule Oberösterreich, Forschungsgruppe ASiC. alois.resch@fh-wels.at Dipl.-Ing. Dr. Robert Höller ist Professor für Erneuerbare Energie an der Fachhochschule Oberösterreich. robert.hoeller@fh-wels.at wandelt werden kann 3 . Für kristallines Silizium liegt dieser ideale Spektralbereich etwa zwischen 700 nm und 1100 nm. Sowohl der kurzwelligere als auch der langwellige Bereich des Solarspektrums (280 nm bis 700 nm bzw. über 1100 nm) können nur zu einem Teil in elektrische Energie umgewandelt werden, was zu einer Erwärmung der PV-Zelle und einer Reduktion des Wirkungsgrades führt. Mithilfe von Spectral Splitting kann gewährleistet werden, dass nur jener Spektralbereich der Solar- strahlung die PV-Zellen eines konzentrierenden PVT- Kollektors erreicht, der mit maximaler Effizienz in elektrischen Strom umgewandelt wird. Alle anderen Bereiche des Solarspektrums werden optisch gefil- tert und im thermischen Teil des Receivers direkt in Wärme umgewandelt. Receiver-Entwicklung Im Rahmen des Projektes ENTHYRE soll ein PVT- Receiver entwickelt und das Konzept von Spectral Splitting implementiert werden. Neben umfang- reichen Modellierungsarbeiten ist der Bau und die eingehende Charakterisierung eines Prototyps ein wesentlicher Bestandteil des Projektes. Den Startpunkt bildete eine optische Modellierung des Fresnel-Spiegelfeldes in MATLAB TM zur Ermitt- lung der Bestrahlungsstärke am Eintritt in den Receiver. Auch konnten durch die Modellierung die für ein lineares Fresnel-System charakteristischen internen Verschattungsmechanismen berechnet und deren Auswirkung auf die optische Performance des Spiegelfeldes quantifiziert werden. Aufbauend auf den Ergebnissen der optischen Mo- dellierung wurden verschiedene Varianten von mög- lichen Receiver-Designs erarbeitet und einer grund- legenden Bewertung unterzogen. Für den Einsatz von kristallinem Silizium wäre folgender Receiver-Aufbau denkbar (siehe Abbildung): Zentrale Komponente ist ein spektral selektiver Absorptionsfilter, der in einer inneren Glasröhre von Wärmeträgermedium umströmt wird. Zwischen innerer und äußerer Glas- röhre befindet sich ein luftgefüllter Ringspalt, der die Wärmeverluste zur Umgebung bzw. die Wärme- übertragung zu den PV-Zellen verringern soll. Über den konzentrischen Glasröhren werden die PV-Zellen in einem Aluminiumprofil angeordnet und thermisch an einen rückseitigen Kühlkreis angebunden. Die von unten in den Receiver einfallende konzentrierte Solarstrahlung durchdringt die Glasröhren und das Fluid und trifft auf den Spektralfilter, der die für die PV-Zellen ungeeigneten Wellenlängenbereiche absorbiert und in Wärme umwandelt. Der selektierte Spektralbereich zwischen 700 nm und 1100 nm wird vom Filter relativ verlustarm transmittiert, trifft auf die PV-Zellen und wird dort mit maximaler Effizienz in elektrischen Strom umgewandelt. Möglicher Receiver-Aufbau mit implementiertem Spectral Splitting Quelle: FH OÖ Die weitere Arbeit im Projekt ENTHYRE wird zeigen, ob sich das theoretische Potential von Spectral Splitting zur effizienten Bereitstellung von Prozesswärme und elektrischem Strom auch praktisch umsetzen lässt. Dieses Projekt wird durch das Dissertationspro- gramm der Fachhochschule Oberösterreich von der Forschungsförderungsgesellschaft (FFG) mit Mitteln des Landes Oberösterreich gefördert. 3 Diese wellenlängenabhängige Umwandlungseffizienz wird durch die Kennwerte „Spectral Response“ bzw. „Externe Quanteneffizienz“ beschrieben. PV Zellen Aluminiumprofil Niedertemperatur Wärmeträger- medium Mitteltemperatur Wärmeträger- medium Rückseitige Kühlung der PV Innere Glasröhre Absorptions- filter Luft- volumen Äußere Glasröhre Luftgefüllter Ringspalt