Die Konzentrator-Photovoltaik (CPV) soll die Wirkungsgrade von Solarzellen weiter steigern. Dabei ersetzt preisgünstige Optik und Mechanik das teure Halbleitermaterial und verringert dadurch die Modulkosten. Zum Herstellen von Solarzellen wird weltweit am häufigsten Silizium als Ausgangsmaterial verarbeitet. Silizium nutzt jedoch nur einen Teil des Sonnenlichtes aus, denn der photovoltaische Effekt ist von der Energie der Photonen, also ihrer Frequenz und Wellenlänge, abhängig. Dünnschichtzellen – diese zweite Generation der Solartechnik gewinnt am Solarmarkt derzeit zunehmend an Bedeutung – nutzen denselben Effekt in hauchfeinen Schichten aus Silizium oder Verbindungshalbleitern aus.
Einen Halbleiter, der das gesamte Spektrum des Sonnenlichtes von Infrarot bis Ultraviolett ausnutzt, gibt es bislang nicht. Ende der 60er Jahre wurden die ersten Stapelzellen entwickelt. Dabei werden verschiedene Halbleitermaterialien der Gruppen III und V des Periodischensystems (wie z.B. Ga und As) miteinander kombiniert, um die Bandbreite des nutzbaren Lichtes zu erhöhen. Die Stapelzellen wurden bisher zur Stromversorgung von Satelliten eingesetzt – für Anwendungen auf der Erde waren sie zu kostspielig.
Weil die Solarzelle die teuerste Komponente einer Photovoltaikanlage darstellt, können die Kosten gesenkt werden, wenn durch eine günstige optische Bündelung des Lichtes die Leistung pro Flächeneinheit erhöht wird. Die dafür benötigten Solarzellen sowie das gesamte CPV-System werden u.a. von der SolarTec AG mit Sitz in Aschheim bei München in Kooperation mit internationalen Partnern – darunter das Ioffe-Institut in St. Petersburg und der Energies Nouvelles et Environment in Brüssel – weiterentwickelt.
Für die Konzentration des Sonnenlichtes werden so genannte Fresnel-Linsen eingesetzt, die das Licht aus einem großen Einfallswinkel wie ein Brennglas in einem Punkt sammeln und so um den Faktor 250 bis 1 000 bündeln. Die aktive Solarzellenfläche lässt sich im Vergleich zu herkömmlichen Modulen somit auf ca. 2 mm² reduzieren. Das verringert den Materialverbrauch und damit die Kosten. Die bei der Konzentration des Sonnenlichtes entstehende Wärme muss jedoch sofort abgeleitet werden. Als Wärmesenke dient eine mit der Solarzelle verbundene Metallplatte. Da konzentrierende Photovoltaikmodule auf direkte Sonneneinstrahlung angewiesen sind, werden die Anlagen mit so genannten Tracking-Systemen ausgestattet, die die Zellen dem Sonnenstand exakt nachführen. Mehrere dieser Systeme sollen künftig zu großen Solarkraftwerken zusammengeschaltet werden. Eine weitere technische Herausforderung stellen in diesem Zusammenhang die eingesetzten Wechselrichter dar, die den solar erzeugten Gleichstrom in netzkonformen Wechselstrom umwandeln. Bei CPV-Systemen müssen diese so ausgelegt sein, dass auftretende Spannungsschwankungen – beispielsweise ausgelöst durch Störungen des Trackers – ausgeglichen werden können.
Weitere Informationen: www.cluster-energietechnik.de
