Dr. Andreas Bett und Dr. Frank Dimroth vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg entwickeln Lösungen, um Strom aus Sonnenlicht in Zukunft billiger und effizienter zu machen. Hierzu arbeiten sie mit ihrem Team seit mehr als zehn Jahren an Solarmodulen, die das Sonnenlicht 500-fach auf winzige Solarzellen konzentrieren. Diese Vorgehensweise reduziert die Fläche des benötigten Halbleitermaterials und ermöglicht den Einsatz von neuartigen Solarzellen, die besonders effizient Sonnenlicht in elektrischen Strom umwandeln. Große Beachtung haben die Freiburger Forscher im vergangenen Jahr für die Entwicklung einer sogenannten metamorphen Dreifachsolarzelle mit einem Rekordwirkungsgrad von 41,1 Prozent erfahren.Ergänzt durch eine spezielle Linsenoptik werden die höchsteffizienten Mehrfachsolarzellen in nunmehr marktreif entwickelten Konzentratormodulen eingesetzt. Dafür haben Dr. Andreas Bett und Dr. Frank Dimroth in Leipzig am 19.Mai 2010 heute die höchste Auszeichnung der Fraunhofer-Gesellschaft, den Joseph-von-Fraunhofer-Preis 2010, entgegen genommen.
Optimierung von Optik und Material
»Wir ersetzen teures Halbleitermaterial durch günstige Optiken. Zusätzlich verwenden wir höchsteffiziente Solarzellen und reduzieren damit die Stromkosten«, erläutert Dr. Andreas Bett, Leiter der Abteilung »Materialien – Solarzellen und Technologien«. Mit Hilfe dieser Technologie lässt sich mehr Leistung pro Fläche erzeugen als in herkömmlichen Systemen. Unter günstigen Bedingungen könnten Stromkosten von zehn bis fünfzehn Cent pro Kilowattstunde in Süd-Europa möglich sein. Wegen der konzentrierenden Optik müssen Konzentratorsysteme dem Stand der Sonne nachgeführt werden. Sie nutzen nur den direkten Anteil des Sonnenlichts. Strahlung, die an Wolken oder Wassertröpfchen gestreut wird, kann nicht umgewandelt werden. Deshalb eignen sie sich nicht für den Einsatz in Deutschland oder auf Hausdächern, sondern vielmehr für große, kommerzielle Solarkraftwerke z.B. im
sonnenreichen Süd-Europa.
Die zweiachsige Nachführung der Systeme ermöglicht auch in den Morgen- und Abendstunden, wenn die Sonne tief am Himmel steht, eine hohe Leistung. Konzentratorsysteme sind modular aufgebaut und im Bereich von Kilowatt und Gigawatt beliebig erweiterbar. Ein weiterer Pluspunkt: Der Kapitalbedarf und die Investitionen für den Aufbau einer
automatisierten Massenfertigung sind vergleichsweise gering. Weiterhin ist es auch eine sehr grüne Technologie: Der Energieverbrauch für die Herstellung und Installation von
Konzentratorsystemen amortisiert sich bereits in wenigen Monaten.
Vom Labor auf den Markt
Aus hocheffizienten Mehrfachsolarzellen versehen mit einer speziellen Optik haben die Freiburger Forscher und ihr Team das sogenannte Flatcon®-Konzentratormodul entwickelt. Der
Wirkungsgrad dieser Module: 29 Prozent. Die Technologie wurde 2005 mit der Ausgründung der Firma Concentrix Solar GmbH kommerzialisiert. Concentrix betreibt heute mit mehr als
60 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern eine Fertigungslinie in Freiburg und liefert hochkonzentrierende Solarmodule nach Süd-Europa und in die USA. Bis dato hat das junge Unternehmen mehr als 600 Kilowatt an Konzentratorsystemen in Spanien installiert. »Konzentratortechnologie fertigen ist wie Autos bauen«, sagt Dr. Frank Dimroth, Leiter der Gruppe »III-V – Epitaxie und Solarzellen« am Fraunhofer ISE, »durch die Massenfertigung sinken die Kosten und erst so kann eine neue Technologie ihr Potenzial voll entfalten. Langfristig rechnen wir damit, dass diese Technologie 20 bis 30 Prozent wirtschaftlicher sein wird als Siliciumtechnologie.«
Um dieses Ziel zu erreichen, arbeitet am Fraunhofer ISE ein 50-köpfiges Team an der Optimierung vieler Teilaspekte des Systems, von der Solarzelle über die Messtechnik und Prozesstechnologie bis hin zu den Modulen. Es soll gezeigt werden, wie die Systeme in großen Stückzahlen kostengünstig hergestellt werden können, und dass sie über einen Zeitraum von 20 Jahren zuverlässig Energie produzieren. Aktuell liegt der Wirkungsgrad für ein komplettes 5 kW Konzentratorsystem bei 25 Prozent. »Wir sind sehr stolz auf unsere junge Mannschaft, die sich mit einem unglaublichen Engagement für die Solarenergie einsetzt. Dass wir den Joseph-von-Fraunhofer-Preis verliehen bekommen, bestätigt unsere Motivation Solarenergie durch neue Technologien konkurrenzfähig zu machen«, so Dr. Andreas Bett.
Mehr Informationen: www.ise.fraunhofer.de
Foto: ©Fraunhofer/Dirk Mahler
