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Konzentrator-Solarzelle erzeugt 54 Prozent mehr Strom

Pennsylvania, USA - Neue Forschungsergebnisse aus den USA auf dem Gebiet der Konzentrator-Photovoltaik (CPV) lassen aufhorchen. Im Praxistest erzeugte ein CPV-System über 50 Prozent mehr Strom als eine gängige Silizium-Solarzelle.

Bereits seit längerem befassen sich Wissenschaftler in der Solarforschung mit hochkonzentrierenden Solarzellen, bei denen die Solarstrahlung gebündelt wird. Ein kommerzieller Durchbruch konnte bislang noch nicht erzielt werden.

Neues CPV-Konzentrator-System mit Micro-Tracking Mechanismus

Eine Herausforderung bei Konzentrator-Systemen liegt darin, dass die Solarzellen über einen Tracking-Mechanismus kontinuierlich dem Verlauf des Sonnenlichtes nachgeführt werden müssen. Nachteilig ist zudem die Größe der Systeme, da diese bislang deutlich mehr Fläche benötigen als marktgängige Solarzellen. Forscher der Pennstate University in Pennsylvania haben nun ein System mit einem neuen Tracking-Mechanismus getestet, das zudem deutlich kleiner ist. "Wir versuchen, ein hocheffizientes CPV-System mit der Größe eines herkömmlichen Silizium-Solarmoduls zu entwickeln", so Charles Giebink, Assistenz-Professor für Elektrotechnik an der Pennstate Universität. Dazu haben die Forscher kleine Mehrschicht-Solarzellen mit einer Größe von 0,5 Quadrat-Millimetern in eine Glasscheibe eingebettet. Diese wird flexibel zwischen zwei Kunststoff-Linsen-Arrays gelagert. In dieser Konstruktion könnten die Solarzellen dem Sonnenlicht folgen, obwohl die Kunststofflinsen auf dem Dach fixiert sind. Über einen Tag gesehen, müssten sich die Solarzellen nur zwei Zentimeter bewegen.

CPV-Zelle erzeugt 54 Prozent mehr Strom als Silizium-Vergleichszelle

"Unser Ziel in diesen jüngsten Experimenten war es, die technische Machbarkeit eines solchen Systems zu demonstrieren", so Giebink. "Wir haben einen Prototypen mit einer einzigen Mikrozelle und ein Paar Linsen zusammengestellt, die das Sonnenlicht mehr als 600 Mal konzentrieren, und ließen es die Sonne im Laufe eines ganzen Tages automatisch verfolgen." Im Rahmen eines zweitätigen Praxistestes konnten die Wissenschaftler nachweisen, dass ihr CPV-System im Vergleich zur 17-prozentigen Effizienz der Siliziumzelle einen Wirkungsgrad von 30 Prozent erreichte. Über den ganzen Tag produzierte das CPV-System zudem 54 Prozent mehr Energie als die Siliziumzelle. Wenn die Zelle gekühlt worden wäre, hätten sogar 73 Prozent mehr Strom erzeugt werden können, so die Wissenschaftler.

Hohes Potenzial in Regionen mit viel direktem Sonnenlicht

Nach Einschätzung von Charles Giebink ist das eingebettete Tracking-CPV-System perfekt für Orte mit viel direktem Sonnenlicht, wie die südwestlichen USA oder Australien. Insgesamt äußerte er sich angesichts der Testergebnisse optimistisch über das Potenzial der neuen CPV-Technik für Anwendungen in Dachanlagen oder auch Elektrofahrzeugen. Es bestünden allerdings noch große Herausforderungen bei der Größenskalierung und dem Nachweis, dass das System langfristig zuverlässig funktionieren kann.

© IWR, 2017

24.07.2017