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In den letzten Wochen haben die Helmholtz-Zentren weitere Fortschritte in den Solartechnologien Solarthermie, Silizium- und CIS-Solarzellen gemeldet. Außerdem verstärkt die Helmholtz-Energie-Allianz die Forschung an neuartigen Materialkombinationen für Solarzellen.SonnenwärmekraftwerkIm Januar 2012 ging das erste Solarthermiekraftwerk in Südostasien mit einer Leistung von fünf  Megawatt ans Netz. Dies ist das erste Parabolrinnen-Kraftwerk, das den Turbinen-Dampf direkt in den Parabolrinnen erzeugt. Forscher vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) haben bei der Entwicklung und beim Gesamtkonzept der Anlage mitgewirkt.Weitere Verbesserungen bei Si-SolarzellenModerne Silizium-Solarzellen haben einen maximalen Wirkungsgrad von etwa 25 Prozent. Weltweit liefern sich Forscher ein Rennen, diesen Wirkungsgrad immer weiter zu erhöhen. Eine natürliche Grenze liegt jedoch bei etwa 30 Prozent, weil Solarzellen Licht mit Energien unterhalb einer materialspezifischen Grenze nicht absorbieren können. Wissenschaftler der Universität Sydney und des Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) haben jetzt in Laborversuchen eine Art „Turbo für Solarzellen“ entwickelt, die so genannte photochemische Hochkonversion: Zwei energiearme Photonen, die eigentlich in der Solarzelle wirkungslos bleiben, werden dabei zu einem energiereichen Photon gebündelt – das in der Solarzelle Strom erzeugen kann. Weitere Forschung in diese Richtung könnte es ermöglichen, die 30 Prozent-Marke zu überbieten. Der photochemische Solarzellenturbo nutzt organische Moleküle, um energiearme rote Photonen in energiereichere gelbe Photonen umzuwandeln. „Auf diese Art konnten wir erstmals einen Effizienzgewinn einer Solarzelle durch die photochemische Hochkonversion demonstrieren“, sagt Projektleiter Dr. Klaus Lips vom HZB-Institut für Silizium-Photovoltaik. Auch neue Solarzellarchitekturen waren erfolgreich: So hat die am HZB entwickelte „Rückkontaktierte Heteroübergang-Solarzelle“ jetzt einen Wirkungsgrad von 20,2 Prozent. Noch in 2011 lagen die Werte bei nur 15 bis 16 Prozent. Die neuartige Zellarchitektur entstand im Institut für Silizium-Photovoltaik des HZB in Zusammenarbeit mit dem Institut für Solarenergieforschung Hameln im Rahmen Projekts, das vom Bundesministerium für Umwelt und den Firmen Bosch, Schott Solar, Sunways und Stiebel Eltron unterstützt wurde.CIS-Module mit ILGAR umweltfreundlicherHZB-Teams aus dem Institut „Heterogene Materialsysteme“ konnten auch CIS-Dünnfilm-Solarmodule weiter verbessern. Mit dem am HZB entwickelten ILGAR-Verfahren (Ion Layer Gas Reaction) konnten sie auf das sonst verwendete hochgiftige Cadmium verzichten und Pufferschichten aus Indiumsulfid oder Zinksulfid/Indiumsulfid herstellen. Außerdem nutzten sie lichtabsorbierende Schichten, die standardmäßig in der Industrie im Einsatz sind und erreichten so kostengünstig sehr gute Wirkungsgrade von rund 16 Prozent, die nun auch offiziell durch ein unabhängiges Kalibrierlabor bestätigt wurden.Neue Materialkombinationen für die PhotovoltaikUm Effizienz und Wirtschaftlichkeit von Solarzelllösungen zu steigern, können auch anorganische und organische Materialien in Hybrid-Solarzellen kombiniert werden. Diese Forschung erfordert Expertise ganz unterschiedlicher Ausrichtung, die nun im Rahmen einer Helmholtz-Energie-Allianz gebündelt werden soll. Die Allianz wird aus dem Impuls- und Vernetzungsfonds mit insgesamt fünf Mio. Euro jährlich drei Jahre gefördert. Beteiligt sind die Helmholtz-Zentren HZB und das Forschungszentrum Jülich sowie die Humboldt-Universität zu Berlin, die Universität Potsdam und die Freie Universität Berlin. Assoziierter Partner ist das Kompetenzzentrum Dünnschicht- und Nanotechnologie für Photovoltaik, Berlin PVcomB. Die Partner bringen zusätzlich eigene Mittel ein. Ab 2015 sollen die Themen in die programmorientierte Förderung der Helmholtz-Gemeinschaft übergeführt werden, so dass die Forschung langfristig fortgeführt werden kann. Mehr Informationen: www.helmholtz.deFoto: Arbeitsgruppen aus dem Helmholtz-Zentrum Berlin steigerten den Wirkungsgrad von Solarzellen. / Bild: HZB


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