Forscher erzielen neuen Rekord bei Konzentrator-PV

© Fraunhofer ISE/Alexander Wekkeli

Freiburg - Bereits seit längerem befassen sich Wissenschaftler in der Solarforschung mit Konzentrator-PV-Zellen, bei denen die Solarstrahlung gebündelt wird. Fraunhofer Forscher und ihre Partner haben jetzt einen neuen Wirkungsgrad-Rekord erzielt.

Konzentrator-Photovoltaik (CPV) erreicht bei Weitem die höchsten Wirkungsgrade für die Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie. Grundlage hierfür ist neben speziellen Mehrfachsolarzellen das Zusammenspiel zwischen der Zelle und der im Modul verwendeten Optik.

Konsortium erzielt Fortschritte bei Herstellung und Design der CPV-Module
Bei der Konzentrator Photovoltaik (CPD) kommen Mehrfachsolarzellen aus III-V-Halbleiterverbindungen zum Einsatz. Diese Mehrfachzellen zeichnen sich dadurch aus, dass sie aus mehreren sehr dünnen Solarzellen bestehen, die übereinander gestapelt sind, um so das Sonnenspektrum wesentlich effizienter nutzen. Sie werden mit optischen Linsen kombiniert, die die Solarstrahlung auf eine dann winzige Solarzellenfläche konzentrieren. Die Module wiederum bewegen sich auf zweiachsigen Nachführeinheiten synchron mit dem Sonnenlauf.

Die Projektpartner des Projektes CPVMatch haben unter der Leitung von Fraunhofer ISE im Rahmen ihrer Arbeiten mit Blick auf die weitere Entwicklung der Konzentrator-PV zwei wesentliche Resultate erzielt. Einerseits konnten sie unter Verwendung von neuen Materialien, Prozessen und neuem Produktionsequipment durch den Einsatz innovativer Zellarchitekturen für Mehrfachsolarzellen die Herstellung von Vierfachsolarzellen optimieren. Zudem haben sie das Design hochkonzentrierender Module verbessert, in erster Linie durch Veränderungen der auf achromatischen Linsen basierenden optischen Elemente. Die Verbindung von höchsteffizienten Vierfachsolarzellen mit achromatischen Linsen führte nun zu dem neuen Rekordwirkungsgrad von 41,4 Prozent für ein Modul mit einer Fläche von 122 cm2. „Wir freuen uns sehr über diese Ergebnisse, die den Weg für die weitere Effizienzsteigerung in der Konzentrator-Technologie aufzeigen“, so Fraunhofer ISE Institutsleiter Dr. Andreas Bett über die Ergebnisse des Projektes.

CPV-Technologie mit viel Potenzial
Die industrielle Umsetzung höchster Wirkungsgrade für Konzentrator-Solarmodule und damit die Verkleinerung der Lücke zwischen Forschungsergebnissen und Produktion standen im Fokus des Projektes CPVMatch. Unter der Leitung des Fraunhofer ISE hat ein Konsortium aus Forschungs- und Industriepartnern aus Deutschland, Italien, Spanien und Frankreich in den letzten 3,5 Jahre neue Lösungsansätze erarbeitet. Ein Schwerpunkt lag auf der Beantwortung der Fragestellung, wie Solarzelle und die im Solarmodul verwendete Optik optimiert werden können, um das Potenzial der Technologie noch besser zu nutzen. Aus Sicht von Institutsleiter Bett besteht ein großes Potenzial für die besonders effiziente CPV-Modultechnologie, da sie den Ressourceneinsatz für die Energiewandlung pro Fläche signifikant verringert und damit auch zu mehr Nachhaltigkeit beiträgt.