Projektbeispiel: Urban Plant | ZHAW Institut für Energiesysteme und Fluid-Engineering IEFE

Faltbares Solardach richtet sich nach Wetterlage

Zusammen mit der ZHAW hat die Firma Light Energy Systems AG das Solarfaltdach Urban Plant entwickelt. Der Clou: Bei schlechter Witterung werden die Solarpanels automatisch zum Schutz in eine Sicherheitsbox eingefahren. Diese intelligente Steuerung ist das Ergebnis einer ausgezeichneten Bachelorarbeit zweier Elektrotechnik-Absolventen der ZHAW School of Engineering.

Die Materialkosten für die Solarpanels machen heute nur noch rund die Hälfte der Gesamtkosten einer Photovoltaikanlage aus. Etwa ein Drittel der Kosten entfällt auf die Unterkonstruktion sowie die Montage der Module. Neben günstigeren Solarpanels sind deshalb neue Konstruktionskonzepte entscheidend für rentable Solarenergieanlagen.

Der innovative Ansatz der Firma Light Energy Systems AG besteht darin, die Photovoltaikanlage in Leichtbauweise zu realisieren und zwar so, dass diese geschützt ist vor widrigen Wetterbedingungen. Urban Plant fährt die Photovoltaik-Module, wenn nötig, in ein sicheres Gehäuse ein und schützt sie so vor Beschädigungen durch Wind und Wetter.

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«Bei Urban Plant werden die Module nicht allwettertauglich konstruiert, sondern zum Schutz in die Sicherheitsbox eingefahren.»

Prof. Dr. Franz Baumgartner, Dozent, Institut für Energiesysteme und Fluid-Engineering

Leichtbauweise spart Materialkosten

Ein erster funktionierender Prototyp steht bereits seit einigen Monaten im liechtensteinischen Balzers. Die Konstruktion benötigt weniger Material zur Stabilität und ist damit kostengünstiger im Vergleich zu einer herkömmlichen Anlage. «Alle fest verbauten Anlagen müssen für den Worst Case vorbereitet sein und sind entsprechend stabil konstruiert, damit die Module den starken Belastungen standhalten», so Franz Baumgartner, Dozent für Photovoltaik am Institut für Energiesysteme und Fluid-Engineering (IEFE). «Bei Urban Plant werden die Module nicht allwettertauglich konstruiert, sondern zum Schutz in die Sicherheitsbox eingefahren.» Man spart auf diese Weise Tonnen von Beton, Stahl und Glas.

Und gleichzeitig spendet das Dach Schatten. Laut Baumgartner benötigt man für die Fundamentierung dieser Anlage nur ein Zehntel des Betons einer vergleichbar grossen fest verbauten Solaranlage. Berechnungen am Prototyp zeigen ausserdem, dass man nur ein bis drei Prozent des jährlichen Solarstromertrags verliert, wenn man die Anlage immer dann einfährt, wenn es die Wetterlage erfordert.

Wetterabhängige intelligente Steuerung

Urban Plant ist das weltweit erste wettergeführte Solarkraftwerk, welches über Parkplätzen errichtet werden soll. Bei schönem Wetter entfaltet sich das Solardach mit einer Fläche von mehreren hundert Quadratmetern und produziert Strom. Stehen Sturm, Hagel oder Schnee unmittelbar bevor, verschwinden die Module automatisch im fest gebauten Hauptteil der Anlage.

Möglich macht dies ein intelligentes Steuerkonzept, das in Abhängigkeit von verschiedenen Wetterdaten das faltbare Solardach einfährt, wenn ein Risiko für Beschädigung besteht. Entwickelt haben es die Elektrotechnik-Absolventen Thomas Baumann und Matthias Ott im Rahmen ihrer Bachelorarbeit am IEFE.

Auf dem Dach der Anlage befindet sich eine kleine Wetterstation. Sie gibt Auskunft darüber, wie stark sich die Windgeschwindigkeiten innerhalb eines Zeitraums ändern. Die Wetterstation misst aber nicht nur den Wind, sondern beobachtet auch Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftdruck.

Diese Werte geben Aufschluss darüber, wie sich das Wetter kurzfristig entwickelt. «Wenn beispielsweise ein Gewitter bevorsteht, dann kündigt sich dies unmittelbar davor in Form von veränderter Luftfeuchtigkeit und Temperatur an», erklärt Thomas Baumann. «So sind wir dem Wetter einen Schritt voraus, weil wir die drohenden Windböen bereits erahnen können.» Der Befehl zum Einfahren des Dachs erfolgt dann automatisch. Innerhalb einer Minute befinden sich sämtliche Solarpanels in der Sicherheitsbox.

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«So sind wir dem Wetter einen Schritt voraus, weil wir die drohenden Windböen bereits erahnen können.»

Thomas Baumann, Absolvent Elektrotechnik, ZHAW School of Engineering

Auszeichnung und folgendes Innosuisse-Projekt

Für ihre hervorragende Arbeit ist den beiden Absolventen der Swiss Engineering Award sowie der diesjährige Klimaschutzpreis von myblueplanet und der Johann Jacob Rieter-Stiftung verliehen worden. Das Projekt überzeugte die Jury mit seiner hohen Praxisrelevanz und seinem Potenzial, einen Beitrag zur Energiewende leisten zu können.

Besonders überzeugend war auch, dass die Steuerung bereits in der Prototypanlage eingesetzt wird sowie nach Abschluss der Bachelorarbeit weiter optimiert und dann serienmässig produziert werden soll. Denn im Anschluss an die bisherige Zusammenarbeit konnte ein eineinhalb Jahre dauerndes von Innosuisse (ehemals KTI) gefördertes Projekt gestartet werden, welches unter anderem auch die weitere Optimierung der Steuerung zum Ziel hat.

Neben der eigenen Wetterstation soll die Steuerung künftig zusätzlich mit überregionalen Wetterinformationen aus dem Internet gefüttert werden. Eine weitere Anlage ist im kommenden Jahr im Schwarzwald geplant.