Neuer Weltrekord in der Konzentratorphotovoltaik

Hierbei wird mittels einer Fresnel-Linse das Sonnenlicht gebündelt, um es dann auf eine sehr kleine, aber hocheffiziente Solarzelle zu lenken. Die am Fraunhofer ISE entwickelte Modultechnologie FLATCON® wurde kontinuierlich weiter entwickelt. Die Freiburger Forscher können jetzt mit 36,7 % einen neuen Weltrekordwert für diese Konzentratormodule vermelden.

Erreicht haben sie ihn durch die Anpassung der Linsen an eine neue Solarzellenstruktur, gemessen wurde der Wirkungsgrad unter CSTC-Bedingungen, die Abkürzung steht für »concentrator standard testing conditions«. Es handelt sich um den bislang höchsten Wirkungsgrad für ein Photovoltaikmodul.

Wesentlich für das Erreichen dieses neuen Weltrekords war, dass das Fraunhofer ISE neu entwickelte, auf der so genannten Wafer-Bonding-Technologie basierende Vierfachsolarzellen der Firma Soitec Solar in ihrem FLATCON® Modulkonzept einsetzen konnte.

Das Modul hat eine Aperturfläche von 832 cm², d. h. auf dieser Fläche trifft das Licht auf der Moduloberfläche auf. Es nutzt 52 jeweils 16 cm² große Fresnel-Linsen, um das Sonnenlicht mit dem Faktor 230 auf etwa sieben Quadratmillimeter große Zellen zu konzentrieren. »Wir sind natürlich ganz begeistert von diesem hohen Modulwirkungsgrad«, sagt Dr. Andreas Bett, der die Entwicklung in diesem Bereich am Fraunhofer ISE seit vielen Jahren leitet und dafür im Jahre 2012 gemeinsam mit Hansjörg Lerchenmüller, Soitec Solar, mit dem Deutschen Umweltpreis ausgezeichnet wurde.

»Dieser Erfolg zeigt uns, dass sich die hohen Wirkungsgrade der neuartigen Vierfachsolarzellen von Soitec auch auf die Module übertragen lassen.«

Erst vor wenigen Monaten hatte das Fraunhofer ISE, gemeinsam mit Soitec, der französischen Forschungseinrichtung CEA-Leti und dem Helmholtz-Zentrum Berlin, einen neuen Rekordwirkungsgrad für Solarzellen von 44,7 % unter konzentriertem Licht bekannt gegeben. Bei dieser Rekordzelle waren erstmals vier Teilzellen verwendet worden, die aus den Verbindungshalbleitern GaInP, GaAs, GaInAs, InP bestehen. Da die Herstellung derartiger Solarzellen im Vergleich zu Standard-Siliciumsolarzellen deutlich teurer ist, kommen sie bislang nur in Konzentratorsystemen zum Einsatz.

Konzentratorphotovoltaik-Systeme werden in sonnenreichen Regionen aufgebaut und erzeugen Solarstrom für Kosten unter 8 Eurocent pro Kilowattstunde. Entscheidend für diese Technologie ist der Wirkungsgrad der Zellen sowie der konzentrierenden Optik. Im Rekordmodul wurde die neu entwickelte Vierfachsolarzelle mit Fresnel-Linsen kombiniert, die nach einem neuen Design des Fraunhofer ISE vom Industriepartner ORAFOL Fresnel Optics industriell gefertigt wurden. Eine Umsetzung der hohen Modulwirkungsgrade in kommerziellen Produkten kann in ein bis zwei Jahren erwartet werden.

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