Wie kann man die Energie des Sonnenlichts in Zukunft
noch effizienter umsetzen? Diese Frage gilt es mit neuen Konzepten zu
beantworten. Bisherige Solarzellen auf der Basis des Halbleitermaterials
Silicium erreichen im Labor Wirkungsgrade bis zu 24% und in der Produktion
zwischen 13% und 17%. Höhere Wirkungsgrade können durch ein
Übereinanderstapeln von Solarzellen erzielt werden, die aus verschiedenen
Halbleitermaterialien bestehen. Solche Zellen werden Kaskaden- oder
Mehrfach-Zellen genannt.
Verbindungshalbleiter, die sich aus Elementen der dritten
und fünften Hauptgruppe des Periodensystems zusammensetzen (z.B.
GaAs, GalnP, AlGaAs, AlGalnP etc.), erlauben es, die Bandlücke
in Abhängigkeit der Zusammensetzung von den Elementen zu variieren.
Die Zusammensetzung des Halbleitermaterials kann mittels eines speziellen
Abscheideprozesses eingestellt werden. Somit lassen sich Halbleitermaterialien
mit unterschiedlichen Bandlücken realisieren.
Der Nachteil dieser neuartigen Solarzellen sind die hohen
Kosten der Ausgangsmaterialien. Glücklicherweise eignen sich diese
Halbleiter aber für den Einsatz unter hoher Strahlungsdichte. Damit
kann der Kostennachteil auf der Zellebene auf der Systemebene überkompensiert
werden. Die optische Konzentration wird mittels einer kostengünstigen
Fresnel-Linse durchgeführt, die einen Konzentrationsfaktor über
500 erlaubt (siehe Bild 1). Das bedeutet, dass für dieses Konzept
nur der 500-ste Teil der teuren Halbleiterfläche benötigt
wird. Dies ist der Grund für Kostenersparnis auf Systemebene, wie
auch viele Studien zeigen.
Bild 1: Schematische Darstellung einer Punktfokussolarzelle,
die mittels einer flachen Fresnel-Linse direktes Sonnenlicht direkt
in elektrische Energie umwandelt.
Die Umsetzung dieses Technologieansatzes hin zu einem
realen System ist am Fraunhofer ISE weit fortgeschritten. Es wurde das
Konzept der FLATCON™-Module entwickelt. Die Abkürzung steht
für "Fresnel Lens All-Glass Tandem Cell Concentrator"
und beschreibt den Aufbau der am Fraunhofer ISE entwickelten Module.
Unter realen Anwendungsbedingungen haben die aus 48 verschalteten 2
mm großen GalnP/GalnAs-Tandemzellen bestehenden FLATCON™-Module
bei 500-facher Konzentration bislang einen Wirkungsgrad > 22% erzielt.
Diese können in PV-Kraftwerken eingesetzt werden, um in Zukunft
elektrische Energie direkt aus dem Sonnenlicht kostengünstiger
zu erzeugen.
Bild 2: FLATCON™-Module montiert auf
Nachführeinheit auf dem Dach des Fraunhofer-Instituts für
Solare Energie-Systeme ISE.
Alle Informationen entnommen aus:
Trendbarometer Technik, Hans-Jörg Bullinger (Herausgeber), Hanser
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