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Forscher am Fraunhofer ISE setzen auf optische Konzentration

Konzentratortechnik für Zukunftspreis nominiert

29.08.2011, 00:09

Zukunftspreis Nominierte
Für den Zukunftspreis 2011 nominiert: Dr. Klaus-Dieter Rasch, Hansjörg Lerchenmüller und Dr. Andreas Bett. © ISE

Mit ihrer Entwicklung spezieller Solarzellen, -module und -systeme, die doppelt so viel Sonnenlicht in elektrische Energie umwandeln wie dies auf Basis von Silizium möglich ist, sind die Wissenschaftler Hansjörg Lerchenmüller, Dr. Andreas W. Bett und Dr. Klaus-Dieter Rasch für den Deutschen Zukunftspreis nominiert. Das Prinzip: Mehrfachsolarzellen, die unterschiedliche Wellenlängenbereiche des Sonnenlichts aufnehmen, werden kombiniert mit Linsen, die das Sonnenlicht konzentrieren. Diese Kombination ist heute als Konzentratortechnologie weltweit etabliert. Neben der Silizium- und Dünnschichttechnologie für Dach- oder Freiflächen, spielt sie für große Kraftwerke in sonnenreichen Gegenden eine wichtige Rolle.

Die Jury des Deutschen Zukunftspreises nominiert jährlich drei Teams, die auf Basis exzellenter Forschung neue Produkte erfolgreich in den Markt bringen. In Anwesenheit von Bundespräsident Christian Wulff wurden die Nominierten am 27. August 2011 in Hannover im Rahmen der IdeenExpo der Öffentlichkeit vorgestellt. Das Gewinnerteam erhält die Auszeichnung in Berlin am 14. Dezember vom Bundespräsidenten.

Bis heute wird in 85 Prozent der Fotovoltaikmodule kristallines Silizium verwendet. Doch dieses Halbleitermaterial wandelt nur einen bestimmten Wellenlängenbereich des Sonnenlichts in elektrische Energie, weshalb der Wirkungsgrad begrenzt ist. Deshalb widmeten sich bereits vor fünfzehn Jahren Forscher des Fraunhofer ISE einem neuen Ansatz. Sie stapelten mehrere Schichten aus unterschiedlichen Halbleitern in einer Solarzelle. In diesen winzigen Solarzellen mit 3 Millimeter Durchmesser werden Halbleiter aus den Gruppen III und V des Periodensystems (Galliumindiumphospid, Galliumindiumarsenid und Germanium) übereinander abgeschieden. "Jeder Halbleiter nimmt einen anderen Wellenlängenbereich des Sonnenlichts auf - die Energieausbeute addiert sich", so Dr. Andreas Bett, Bereichsleiter "Materialien - Solarzellen und Technologie" und stellvertretender Institutsleiter am Fraunhofer ISE.

Mehrfachsolarzellen waren zunächst für den Einsatz im Weltall gedacht. Die am Fraunhofer ISE entwickelten III-V Solarzellen werden von Azur Space industriell gefertigt und zur Energieversorgung von Telekommunikationssatelliten eingesetzt. Das Unternehmen spezialisierte sich aber auch auf die kostengünstige Herstellung der terrestrischen Variante von Mehrfachsolarzellen. Aktuell werden die am Fraunhofer ISE entwickelten III-V Solarzellen mit 41,1 Prozent Wirkungsgrad - im Jahr 2009 ein Weltrekord -  von Azur Space in die Serienfertigung transferiert.

Um das Potenzial der Mehrfachsolarzellen auch auf der Erde nutzen zu können, setzten die Forscher am Fraunhofer ISE auf optische Konzentration. Spezielle Linsen, die das Sonnenlicht 500fach bündeln, wurden den Mehrfachsolarzellen vorgelagert, Zellen und Linsen in einem Modul zusammengefasst. "Wir haben teures Halbleitermaterial ersetzt und günstige Optiken hinzugefügt. Mit diesen neu entwickelten Konzentratormodulen produzieren wir mehr Leistung pro Fläche", so Bett.

Quelle: Fraunhofer ISE / sth

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