Der Betrieb von Solarsystemen in kalten Regionen steht vor einer wiederkehrenden Einschränkung: der Schneesammlung auf den Modulen, die die verfügbare Strahlung reduziert und den Betrieb wochenlang beeinträchtigt. Bisher umfassten die Alternativen manuelle Reinigungsverfahren oder Heizmechanismen, beide mit hohen Betriebskosten.
Diese Herausforderung hat neue Forschungsrichtungen in schweizerischen spezialisierten Zentren motiviert, die an Lösungen arbeiten, die passive Techniken und optimierte Materialien für niedrige Temperaturen integrieren können, mit dem Ziel, die typischen Winterunterbrechungen zu minimieren und die Energieindustrie zu transformieren.
Der Vorschlag des Schweizerischen Zentrums für Erneuerbare Alpenenergie (SERA)
Das Schweizerische Zentrum für Erneuerbare Alpenenergie (SERA) stellte ein Solarsystem vor, das entwickelt wurde, um die Schneesammlung zu reduzieren und die Produktion ohne zusätzlichen Eingriff aufrechtzuerhalten.
Die Forschung, veröffentlicht im Journal of Cleaner Production, basiert auf:
- Photothermischen Oberflächen, die einen Teil der Strahlung absorbieren und die Temperatur des Panels leicht erhöhen, wodurch das Abtauen ohne externen Energieverbrauch begünstigt wird.
- Strukturen mit dynamischen Winkeln, die sich dem Gelände anpassen und das Abrutschen des Schnees erleichtern.
- Hydrophoben Beschichtungen, die die Haftung von Eis verhindern und das Abfließen des geschmolzenen Wassers beschleunigen.
Darüber hinaus arbeitete SERA mit an die Kälte angepassten Halbleitern, um die Leistung der Module bei geringer Strahlung zu verbessern. In Tests im Kanton Wallis hielten die Prototypen mehr als 90 % der Betriebsfähigkeit nach intensiven Schneefällen aufrecht, ohne dass eine manuelle Reinigung erforderlich war.
Strukturelles Design und Vorteile
Die Herausforderung des Schnees beschränkt sich nicht auf die optische Behinderung: Die Ansammlung erhöht das Gewicht, verändert den Windfluss und erzeugt Schattenzonen, die die Lebensdauer der Komponenten beeinträchtigen.
Der Vorschlag kombiniert:
- Variable Ausrichtung und größere Höhe im Vergleich zu herkömmlichen Installationen.
- Nutzung der Schwerkraft und vorherrschenden Winde, um den Schnee zu verschieben.
- Dynamische Neigung, die Ansammlungsbereiche reduziert und den mechanischen Stress verringert.
Die Schlussfolgerungen des Teams zeigen, dass diese Strategie die Wartungshäufigkeit reduziert, den Einsatz von Heizgeräten vermeidet und Kosten sowie Energieverbrauch senkt. Die hydrophoben Beschichtungen bieten zudem Beständigkeit gegen thermische Veränderungen und Korrosion, was die Lebensdauer der Module erhöht.
Energiepolitische Implikationen
Dieses Projekt hat direkte Auswirkungen auf Länder mit langen Wintern, in denen Photovoltaikenergie ein Schlüssel in der Energieplanung ist. Ein System, das seine Leistung unter Schnee aufrechterhält, ermöglicht es, die Lücke zwischen Erzeugung und Nachfrage in den kalten Monaten zu verringern.
Die Schweiz plant, diese Technologie in alpinen Projekten im Rahmen des Programms Netto-Null 2050 anzuwenden, mit dem Ziel, die Produktion zu diversifizieren und die elektrische Selbstversorgung zu stärken. Auch wird ihre Integration in großflächige Solarparks evaluiert, wo der kontinuierliche Betrieb strategisch ist.
Parallel dazu fördert die Grüne Partei die Bürgerinitiative Solar Initiative, die vorschlägt, Solaranlagen in Neubauten und Renovierungen zu integrieren, außer in begründeten Ausnahmen. Das Ziel ist, dass Solarenergie zusammen mit Wasserkraft zum Rückgrat der Schweizer Energiematrix wird.
Komplementäre Innovation: das Helioplant-System
Ein weiterer Forschungsblock stammt von der École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), dem WSL-Institut für Schnee- und Lawinenforschung und dem österreichischen Unternehmen Ehoch2. Ihr Vorschlag, genannt Helioplant, besteht aus einem vertikalen Mehrflächensystem mit in verschiedene Richtungen ausgerichteten Panels, um die Reflexion des Schnees zu nutzen.
Das Modell Snowbedfoam analysiert das Verhalten des Schnees in Abhängigkeit von Wind, Ausrichtung und Abstand zum Boden. Die Tests zeigen, dass:
- Das Anheben der Module um mindestens 60 cm und ihre Ausrichtung an den vorherrschenden Winden die Ansammlung erheblich reduziert.
- Ein angepasster Abstand zwischen den Panels das Abfallen von Flocken begünstigt und Schattenzonen vermeidet.
Dieser Ansatz zielt darauf ab, das Design an unregelmäßige Reliefs anzupassen und seine Auswirkungen auf die tatsächliche Stromerzeugung zu untersuchen.
Die schweizerischen Innovationen in Solarsystemen für verschneite Umgebungen stellen einen entscheidenden Fortschritt in der Energiewende dar. Durch die Kombination optimierter Materialien, dynamischer Strukturen und spezialisierter Beschichtungen wird die Photovoltaikproduktion unter extremen Bedingungen aufrechterhalten, Kosten gesenkt und die Widerstandsfähigkeit erhöht.
Die Integration dieser Technologien in alpine Projekte und großflächige Solarparks stärkt die Vision der Schweiz für eine Netto-Null 2050-Zukunft, in der Solar- und Wasserkraft als Säulen der nationalen Energiematrix konsolidiert werden.
