Einsatz von hocheffizienten Solarzellen in elektrisch betriebenen Nutzfahrzeugen - Optimierung des transienten Schaltverhaltens von Zellen mit integrierten Bypassdioden

Obwohl Vehicle-Integrated Photovoltaic (VIPV) kein neues Forschungsfeld ist und für Verbrennungsmotor-betriebene Fahrzeuge schon evaluiert wurde, gewinnt es durch die steigende Bedeutung von Elektromobilität, das im Pariser Klimaabkommen vereinbarte Ziel einer CO₂-Einsparung von 40% bis 2020 (gegenüber 1990), sowie durch die fortschreitende Preisreduktion in der Photovoltaik ein völlig neues Momentum. Gerade für Lieferfahrzeuge, die in derzeit Feinstaub-geplagten Innenstädten unterwegs sind, eine große Dachfläche aufweisen und ein Fahrprofil mit vielen Standzeiten absolvieren, kann die photovoltaische Energiekonversion einen signifikanten Anteil der benötigen Energie bereitstellen.

Die technologische Herausforderung ist hierbei zum einen die Notwendigkeit sehr hoher Solarzellen- bzw. Modulwirkungsgrade zur Reduktion der Stromgestehungskosten, da mit kleinerer Fläche die Balance of System (BOS) Kosten stärker ins Gewicht fallen und da die Betriebsdauer von Fahrzeugen typischerweise geringer ist als die von stationären PV-Anlagen. Weitere notwendige Anpassungen der Solarzellen und –module an die Anforderungen von VIPV beinhalten ein verbessertes optisches Erscheinungsbild, höhere Resistenz gegenüber mechanischen Vibrationen, sowie höhere Toleranz gegenüber Teilverschattung. Auch die Bordelektronik von Elektrofahrzeugen muss für die Einbindung von VIPV angepasst werden.

Das Teilvorhabens des MBE im Rahmen des Vorhabens Street hat das übergeordnete Ziel, die wissenschaftlichen Grundlagen für die Maximierung des Modulertrages unter transienter Teilverschattung zu legen. Diese Ertragsmaximierung soll zum einen dadurch erfolgen, dass in jeder einzelnen Zelle Bypassdioden integriert werden sollen, anstatt wie bisher nur drei Bypassdioden pro Modul zu verwenden. Die Entwicklung und grundlegenden Untersuchung dieser in die Zellen integrierten Bypassdioden ist die zentrale Aufgabe des MBE.