Die Urbanbox der Firma iWorks AG ist ein ausfahrbares Photovoltaikdach für die wirtschaftliche Erzeugung von Solarstrom über Parkplätzen, Kläranlagen oder auch Strassen. Die erste Demonstrationsanlage wurde im Herbst 2022 bei der ARA Bendern im Fürstentum Liechtenstein in Betrieb genommen (vgl. Bild). Die PV-Anlage hat eine DC-Leistung von 50 kW und überdeckt knapp 300m² Fläche. Die verhältnismässig leichte Unterkonstruktion besteht aus Stahl und Holz. Der Clou der flexiblen Photovoltaiklösung: bei schlechter Witterung fährt das faltbare PV-Dach eingeständig ein. Deshalb ist die maximale Wind- und Schneelast reduziert und es kann Material für die Unterkonstruktion eingespart werden. Ist das Wetter wieder besser, fahren die PV-Module automatisch aus, wobei sie jeweils von rotierenden Bürsten gereinigt werden. Dadurch kann auf eine Wartung verzichtet werden und der PV-Ertrag soll 1 bis 5 Prozent höher liegen als bei ungereinigten Anlagen, abhängig von der Verschmutzungssituation.

ZHAW-Ingenieure implementieren automatische Reinigung der PV-Module
Im Rahmen der Validierung hat das siebenköpfige ZHAW-Ingenieurteam des Instituts für Energiesysteme und Fluid-Engineering (IEFE) und des Instituts für Mechanische Systeme (IMES) zusammen mit iWorks auch die automatische Modulreinigung implementiert und eine Fehlermöglichkeits- und -Einflussanalyse durchgeführt. Dafür wurde das Dach 400 Mal ein- und ausgefahren und der Reinigungsmechanismus vor Ort getestet. Mit den Ergebnissen der Analyse konnten die Schlüsselkomponenten der Traktion optimiert und so der Nachweis erbracht werden, dass die verschiedenen Elemente die erwartete Lebensdauer erreichen. Zudem entwickelte das Team eine Methode, mit der der Verschmutzungsgrad auf den PV-Modulen optisch ermittelt werden kann. Dazu wurde im Frühjahr 2023 eine Bachelorarbeit an der ZHAW durchgeführt, welche diese Fragestellung detailliert untersucht hat. Die Arbeit zeigt, dass dank der optischen Messung der Verschmutzung die Module nicht bei jedem Einfahren gereinigt werden müssen. Dadurch werden die Bürsten weniger abgenutzt und sie müssen während der Lebensdauer des PV-Kraftwerks nicht ausgewechselt werden.

Weitere Anlage in Planung
Die erste Phase des Dauertests der Demonstrationsanlage in Bendern durch die ZHAW-Institute IEFE und IMES wurde nun erfolgreich abgeschlossen. Die Ergebnisse konnten von Franz Baumgartner, Projektleiter Urbanbox an der ZHAW School of Engineering, auf der europäischen Photovoltaik Konferenz im September in Lissabon in einem Fachvortrag vorgestellt werden. Die Firma iWorks wertet nun die Ergebnisse aus und möchte im nächsten Jahr im Kanton Zürich eine weitere Urbanbox erstellen, die wiederum von den beiden ZHAW-Instituten begleitet werden soll.

Urbanbox-Film
https://www.urbanbox.li/extra/01_UrbanBox_deutsch.mp4

Beitrag im «Engineers 2023» (Seite 72): https://www.zhaw.ch/storage/shared/user_upload/ZHAW-Engineers-2023_digital-light_einzelseiten.pdf 

Kontakt:
Prof. Dr. Franz Baumgartner, Institut für Energiesysteme und Fluid-Engineering (IEFE)
Roland Fehr, Prof. Dr. Robert Eberlein, Institut für Mechanische Systeme (IMES)
Arthur Büchel, iWorks AG; www.urbanbox.li

ZHAW-Forschungsdatenbank
https://www.zhaw.ch/en/research/research-database/project-detailview/projektid/5569/