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Fraunhofer Forscher machen Solarmodule für Sonnenkraftwerke effizienter Linsen bringen die Sonne auf den Punkt

Sonnenkraftwerke könnten das Sonnenlicht künftig wesentlich effizienter in elektrische Energie umwandeln. Forscher des Fraunhofer-Instituts ISE in Freiburg haben ein Solarmodul entwickelt, dass die Sonnenstrahlen mit Hilfe einer Linse auf die Solarzelle fokussiert.
  • Hans Schürmann

HB DÜSSELDORF. Dadurch kann die Effizienz der Energieumwandlung deutlich gesteigert werden. „Mit ersten Prototypen haben wir bereits einen Wirkungsgrad von rund 23 Prozent erzielt“, sagt ISE-Projektleiter Andreas Bett. Durch Optimierungen seien sogar 28 Prozent erreichbar. Zum Vergleich: Herkömmliche Solarmodule aus Silizium kommen gerade mal auf 14 Prozent.

Das Solarmodul, das die Freiburger verwenden, ist winzig klein. Es ähnelt einer Leuchtdiode und ist nur 0,031 Quadratzentimeter groß. Die Solarzelle im Innern besteht aus einem Mix aus Galliumindiumphosphid, Galliumarsenid und Germanium. Durch den Einsatz der drei Halbleiter kann die Solarzelle unterschiedliche Teile des Sonnenspektrums optimal in elektrische Energie umwandeln und erzielt einen hohen Wirkungsgrad, wie man ihn sonst nur durch Übereinanderstapeln von Solarzellen aus verschiedenen Halbleitermaterialien erreichen kann.

Die Solarzelle an sich ist zwar nicht neu. Sie hat sich bereits in Weltraumanwendungen bewährt. RWE Space Solar Power in Heilbronn fertigt die Tripelzellen nach einem am Fraunhofer ISE entwickelten Prozess. Es war bislang allerdings nicht wirtschaftlich, das teure Material zur Energieumwandlung auf der Erde einzusetzen. „Mit Hilfe der Konzentratortechnik, mit der die Sonnenstrahlen gebündelt und mit Linsen auf die winzig kleinen Solarzellen fokussiert werden können, hat sich das geändert“, sagt der ISE-Projektleiter.

Das von den Fraunhofer Forschern entwickelte Solarzellen-Modul besteht im Wesentlichen aus einer Glas-Box, an deren Oberseite vier Quadratzentimeter große Linsen das auftreffende Sonnenlicht fünfhundertfach konzentrieren und auf die an der Unterseite angebrachten Hochleistungszellen lenken. Damit der Brennpunkt der Linse jederzeit den aktiven Bereich der Solarzelle trifft, werden die Module der Sonne nachgeführt. „Die Fokussierung erhöht nicht nur die Stromausbeute, sondern verringert gleichzeitig auch die Fläche, mit der die Solarkraftwerke künftig gebaut werden müssen“, sagt der Fraunhofer-Forscher.

Weltweit entwickeln zahlreiche Firmen und Institute an ähnlichen Technologien. Sharp in Japan, Isofoton in Spanien oder Pyron Solar in Kalifornien nutzen ebenfalls die Konzentratortechnik, um die Energieeffizienz in der Photovoltaik zu steigern. „Mit unserem neuen Solarmodul haben wir deutlich aufgeholt und liegen nun im internationalen Vergleich mit vorne“, sagt Andreas Bett. Jetzt komme es darauf an, die Technik möglichst schnell zur Marktreife zu entwickeln, fügt er hinzu. Die ISE-Entwickler haben dafür die Concentrix Solar GmbH gegründet – eine Firma, die die Pilotfertigung für die neuen Solarmodule aufbauen und erste größere Demonstrationsprojekte realisieren wird.

Concentrix Solar zielt mit den neuen Solarmodulen vor allem auf größere Kraftwerkseinheiten von bis zu mehreren Megawatt. „Hier könnten wir die Stromerzeugungskosten mit unseren Konzentrator-Photovoltaiksysteme erheblich senken“, sagt der Geschäftsführer der neuen Firma, Hansjörg Lerchenmüller.

Die Konzentratortechnik rechnet sich jedoch nur in sonnenreichen Gegenden. An Orten wie in München, Freiburg oder Paris könne die Technik nicht mit den fest aufgestellten Flachmodulen der Silicium-Photovoltaik konkurrieren, sagt Lerchenmüller. Laut einer Kostenanalyse der Fraunhofer Forscher sind die solaren Stromerzeugungskosten bei der Konzentrator-Technologie an Standorten in Südeuropa günstiger als bei der herkömmlichen Alternative. Danach könnten Kunden an Standorten mit vielen Sonnenstunden in Spanien mit einem Kostenvorteil von über 15 Prozent rechnen. In Regionen mit höherem Direktstrahlungsanteil wie Wüstenregionen in Nordafrika oder den USA steigt der errechnete Kostenvorteil sogar auf über 20 Prozent, sagt Lerchenmüller.

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