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StartseiteForschung aktuellGeballte Energie18.12.2008

Geballte Energie

Serienfertigung hocheffizienter Konzentrator-Solarzellen beginnt

Umwelt. - Photovoltaik ist die teuerste Art Strom zu erzeugen, nicht zuletzt, weil die Energiequelle nicht konzentriert ist. Ein viel versprechender Ansatz, um die Kosten zu drücken, sind daher so genannte Konzentrator-Solarzellen. Bei ihrer Entwicklung führend mit dabei ist ein Start-Up-Unternehmen aus Freiburg.

Von Ralf Krauter

Solarzellen aus verglastem Silizium sind noch nicht der Weisheit letzter Schluss, werden dennoch allerorten angebracht. (AP)
Solarzellen aus verglastem Silizium sind noch nicht der Weisheit letzter Schluss, werden dennoch allerorten angebracht. (AP)

Mit den üblichen schwarzglänzenden Photovoltaik-Modulen haben die Energiewandler von Concentrix Solar wenig gemein. Von oben betrachtet sieht man nur eine Glasplatte, mit einem schachbrettartigen Muster optischer Linsen. Hansjörg Lerchenmüller, der Geschäftsführer des kleinen Unternehmens, das vor drei Jahren aus dem Freiburger Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme hervorging, zeigt auf einen der Prototypen.

"Also das Modul besteht aus zwei Glasscheiben. Einer Linsenplatte, die besteht aus einem Feld von so genannten Fresnel-Linsen. Fresnel-Linsen sind flache Linsen. Und diese flachen Linsen sind auf der Rückseite der Glasscheibe in einen Silikonfilm eingeprägt. Und diese flache Fresnel-Linse, die bündelt dann das direkte Sonnenlicht auf die klitzekleine Solarzelle, die auf der Rückseite des Moduls aufgebracht ist, auf einer Glasplatte."

Gerade einmal 2,3 Millimeter messen die winzigen Halbeiterstrukturen, die die Energieumwandlung von Licht in Strom besorgen. Über jeder davon befindet sich eine der zentimetergroßen flachen Fresnel-Linsen. Wie Brenngläser fokussieren sie das einfallende Sonnenlicht auf die schwarzen Halbleiterpunkte. Der Vorteil: Nur ein Bruchteil der aktiven Fläche muss mit teuren Siliziumbauteilen bestückt werden – genauer gesagt: Nur ein 385stel der Modulfläche. Lerchenmüller:

"Dadurch, dass ich die optische Konzentration einsetze, kann ich das beste Halbleitermaterial verwenden, das es gibt auf dieser Welt. Dann bin ich bei so genannten Triple-Junction-Solarzellen. Das sind eigentlich drei aufeinander gestapelte Solarzellen. Und diese Triple-Junction-Solarzellen können das Sonnenlicht sehr, sehr viel effizienter verwenden, verglichen mit normalen Siliziumsolarzellen."

Weil die hocheffizienten Sandwich-Solarzellen einen größeren Anteil des Sonnenspektrums ausnutzen, erzielen sie höhere Wirkungsgrade. Lerchenmüller:

"36,5 Prozent ist das, was wir heute in der Pilotfertigung umsetzen. Und mit diesen Solarzellen kommen wir auf Modulwirkungsgrade von 25 Prozent. Aber: 25 Prozent unter regulärem Betrieb. Also nicht bei einem kalten Modul, sondern 25 Prozent im regulären Betrieb unter der Sonne Spaniens."

Wie ausgiebige Tests in der Nähe von Madrid und Sevilla belegen, ist die Energieausbeute damit rund doppelt so hoch, wie bei normalen Photovoltaikmodulen. Ein Fortschritt, der für Investoren, die große Solarkraftwerke planen, bares Geld wert ist, weil sich ihr finanzieller Einsatz schneller bezahlt macht. Lerchenmüller:

"Diese Technologie ist bestimmt für die sonnenreichen Regionen. Wir reden also über Standorte südlich Madrid, in Süditalien aber auch in den USA wird diese Technologie zum Einsatz kommen. Dadurch, dass wir nur das direkte Sonnenlicht verwenden und bündeln können, müssen wir an diese Standorte gehen, wo wir viel direktes Licht haben. Dann kommt der Vorteil dieser Technologie voll zum Einsatz."

70 Watt leistet jedes der 40 x 80 Zentimeter großen Solarmodule. Je 90 davon baut Concentrix zu 32-Quadratmeter-Panelen zusammen. Auf Hausdächern wird man die künftig aber nicht sehen. Um ihre Vorzüge auszuspielen, müssen sie nämlich ständig der Sonne nachgeführt werden. Nur wenn das Licht exakt senkrecht durch die Brenngläser fällt, wird es auf die schwarzen Halbleiterpunkte gebündelt. Die Entwicklung der dazu nötigen Präzisions-Mechanik, habe seinen Leuten allerhand Kopfzerbrechen bereitet, sagt Hansjörg Lerchenmüller. Und das war nicht das einzige Problem, beim Übergang von Labormustern in die industrielle Fertigung.

"Das Kniffligste letztlich ist es, das Modul so zu verändern, dass es den Witterungsbedingungen eines Photovoltaikmoduls stand hält. Es steht im Regen, auch in Spanien gibt’s Tage mit Frost. Im Sommer geht die Temperatur schnell mal auf 60, 70 Grad hoch, da wird das Modul schnell mal 60, 70 Grad warm. Das sind Dinge, die muss man im Labor vorab testen und entsprechend das Design des Moduls anpassen und andere Materialien verwenden. Und da haben wir doch einige Loops gedreht, bis wir da waren."

In den nächsten Wochen soll im neuen Produktionsgebäude im Freiburger Industriegebiet die Serienfertigung anlaufen. Anvisierte Stückzahl: 300.000 bis 400.000 Module pro Jahr. Die potenziellen Abnehmer, Betreiber großer Photovoltaik-Kraftwerke, haben bereits Interesse bekundet.

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