Photovoltaik: Open-Source-Werkzeuge für die Ertragssimulation

Mit der lizenzfreien Software „EYCALC“ aus dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) lässt sich der Energieertrag komplexer perowskitbasierter Tandem-Solarzellen präzise berechnen

Forschende am KIT veröffentlichen Open-Source-Software „EYCALC“ zur Energieertragsberechnung komplexer Solarzellen. (Grafik: KIT)

Gegenüber der fossilen Energieerzeugung sind Photovoltaikanlagen längst wettbewerbsfähig. Noch attraktiver wird ein Ausbau der klimafreundlichen Technologie mit Solarzellen der nächsten Generation, wie etwa neuartigen perowskitbasierten Tandem-Solarzellen. Diese erreichen im Labor bereits Rekordwirkungsgrade von bis zu 29,5 Prozent. Doch durch die Komplexität der neuartigen Bauelementarchitekturen wird auch die Energieertragsberechnung komplexer.

„Wie viele Kilowattstunden eine Photovoltaikanlage produziert, hängt von vielen Faktoren ab“, sagt Ulrich W. Paetzold, der sowohl am Lichttechnischen Institut als auch am Institut für Mikrostrukturtechnik des KIT tätig ist. „Wichtig sind natürlich der Standort und der Aufstellwinkel einer Solarzelle. Aber auch die Position der Sonne am Himmel hat Einfluss auf den Ertrag.“ Gemeinsam mit seinem Team hat er die Software EYCALC (Energy Yield Calculator) entwickelt, mit der es möglich ist, den jährlichen Energieertrag mit stündlicher Auflösung für verschiedene Standorte (derzeit ca. 1 000 Standorte in den USA) unter Berücksichtigung dieser zeitlich variablen Parameter zu ermitteln.

Verwendet werden dabei reale Einstrahldaten spezifischer Lokalitäten. Die Solarzellen können unter konstanter Neigung oder mit verschiedensten Nachführalgorithmen untersucht werden. Die Simulationssoftware eigne sich für alle herkömmlichen, vor allem aber erstmals für neuartige Solarzellen-Architekturen mit hoher Komplexität, sagt Paetzold. Als Open-Source Werkzeug steht EYCALC allen Nutzerinnen und Nutzern zur Verfügung.

Auch für neuartige Tandem-Solarzellen geeignet

Neben den Einfach-Solarzellen liegt die Stärke der Software in der Simulation von Tandem-Solarzellen. Bei diesen werden verschiedene Absorber-Materialien kombiniert. Bei Perowskit-Silizium-Tandem-Solarzellen kann so durch eine bessere Lichtausbeute der Wirkungsgrad auf über 35 Prozent erhöht werden. „Solche komplexen Tandem-Solarzellen bestehen aus einer Kombination von Dünnschicht-Solarzellen und konventionellen, optisch dicken Solarzellen“, erläutert Paetzold. „Diese können mit EYCALC auf effiziente Weise simuliert werden.“ Auch Verkapselungsschichten auf beiden Seiten der Tandemsolarzelle werden berücksichtigt.

mhe, 21.06.2021