17.10.2012

Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE

Deutscher Umweltpreis für Konzentratorphotovoltaik

Andreas Bett, Fraunhofer ISE und Hansjörg Lerchenmüller, Soitec Solar für Verdienste um Solartechnologieentwicklung geehrt

Konzentratorphotovoltaik wird in großen Kraftwerken in sonnenreichen Ländern zur Gewinnung von Strom aus Sonnenenergie eingesetzt. Konzentratorkraftwerke produzieren doppelt so viel Strom wie herkömmliche Photovoltaikkraftwerke. Was im kleinen Maßstab im Forschungslabor begann, trägt heute in industriellem Maßstab zur Umsetzung der Energiewende bei.


Dafür werden in großen Kraftwerken tausende industriell gefertigter Konzentratormodule der Sonne nachgeführt. In jedem Modul bündeln Linsen das Sonnenlicht fünfhundertfach. Kleinste mehrschichtige Solarzellen aus Halbleitermaterialien verwandeln das gesammelte Sonnenlicht effizient in Strom. Mit der Verleihung des Deutschen Umweltpreises 2012 wird die Erfolgsgeschichte der Konzentratortechnologie fortgesetzt. Dr. Andreas Bett vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE und Hansjörg Lerchenmüller von Soitec Solar, werden für ihre Verdienste auf Seiten der Forschung und Industrie ausgezeichnet. Soitec Solar bringt die am Fraunhofer ISE entwickelte Technologie in den Markt. Weiterer Preisträger 2012 ist Günther Cramer, Mitbegründer und Aufsichtsrat der SMA Solar Technology AG. Der Deutsche Umweltpreis wird durch Bundespräsident Joachim Gauck am 28. Oktober 2012 in Leipzig überreicht.

Forschung und Industrie arbeiten seit vielen Jahren daran, solare Energiesysteme und deren Komponenten immer effizienter und damit wettbewerbsfähig zu gestalten. Neben den heute gängigen Siliciumtechnologien wurde eine Vielfalt von alternativen Solarzellentechnologien für unterschiedliche Anwendungen entwickelt und erfolgreich auf den Markt gebracht. Jede dieser Solarzellentechnologien zeichnet sich durch besondere Charakteristika und Anwendungen aus. Die Konzentratorphotovoltaik (engl. Concentrator Photovoltaics/CPV wurde insbesondere für große Kraftwerkparks von 1 bis 100 Megawatt Leistung in Ländern mit viel direkter Sonneneinstrahlung konzipiert. Konzentratorkraftwerke sind modular aufgebaut und damit beliebig skalierbar. Die Technologie kombiniert ein spezielles Zellkonzept mit einer Linsen-Optik und einem Nachführsystem. Sie ist in der Lage, doppelt so viel Energie aus Sonnenlicht in Strom umzuwandeln, wie dies bei Kraftwerken aus Siliciumsolarzellen der Fall ist. Wichtige Märkte sind für CPV-Hersteller wie Soitec Solar Länder mit hoher direkter Sonneneinstrahlung, z. B. Südafrika oder die USA.

Das energetische Herzstück der Solarkraftwerke bilden so genannte Mehrfachsolarzellen von nur drei Millimeter Durchmesser. Sie bestehen nicht wie Siliciumsolarzellen aus nur einem Halbleitermaterial, sondern bilden einen Stapel aus verschiedenen Halbleitern der Gruppen III und V des Periodensystems – Galliumindiumphosphid, Galliumindiumarsenid und Germanium. Jeder dieser Halbleiter wandelt einen anderen Wellenlängenbereich des Sonnenlichts in Strom um. Gleichzeitig bündeln Fresnel-Linsen das einfallende Sonnenlicht fünfhundertfach auf jede einzelne Mehrfachsolarzelle. »Die Verwendung Einsatz dieser kostengünstigen fokussierenden Optik ermöglicht einen sparsamen Einsatz der vergleichsweise teuren Halbleitermaterialien. Je nach Konzentrationsfaktor benötigt man nur ein Fünfhundertstel bis Tausendstel des Halbleitermaterials und erhöht dennoch die Effizienz der Solarzelle«, so Dr. Andreas Bett, Bereichsleiter »Materialien – Solarzellen und Technologie« und stellvertretender Institutsleiter am Fraunhofer ISE.

Entscheidend für einen effizienten und wirtschaftlichen Betrieb großer CPV-Kraftwerke ist das Zusammenspiel aller einzelnen Komponenten, unterstreichen die beiden Freiburger Preisträger. Dies gilt für den Aufbau der einzelnen Module, die Verschaltung der Module wie für die gesamte Systemtechnik und Prozesssteuerung. »Der Wirkungsgrad für ein Konzentratormodul aus der Fertigung von Soitec Solar liegt heute bei 30 Prozent. Gleichzeitig verwenden wir kostengünstige Materialien. Und genau diese Kombination aus geringen Materialkosten und hohem Wirkungsgrad ist der Schlüssel zu günstigen Stromgestehungskosten«, so Hansjörg Lerchenmüller, Geschäftsführer Soitec Solar GmbH in Freiburg. Andreas Bett und sein Team erreichten 2009 im Labor unter Forschungsbedingungen für eine III-V Mehrfachsolarzelle einen Weltrekordwirkungsgrad von 41,1 Prozent. Sowohl Bett als auch Lerchenmüller sehen für den Wirkungsgrad bei Zelle und Modul weiterhin Potenzial nach oben.

Bett arbeitet im Rahmen seiner Forschungsarbeiten am Fraunhofer ISE mit über 50 Kolleginnen und Kollegen weiter daran, die Effizienz von Mehrfachsolarzellen zu verbessern und in einem speziell ausgestatteten Labor, dem Concentrator Technology Center ConTEC, den Aufbau der Konzentratormodule zu optimieren. Dadurch ist die Zusammenarbeit mit Soitec Solar auch heute noch gegeben. Soitec arbeitet mit seinem Team daran, die weltweit installierte Leistung von CPV-Kraftwerken weiter auszubauen. Mit der Soitec Solar GmbH, der in Freiburg ansässigen Tochterfirma des französischen Halbleiterkonzerns Soitec, hat Lerchenmüller wesentlich zur industriellen Umsetzung, Kommerzialisierung und Internationalisierung der Konzentratortechnologie beigetragen. Das Unternehmen hat das Konzept der Konzentratormodule erfolgreich in die Industrie transferiert und ist heute einer der Weltmarktführer. In Freiburg hat Soitec Solar eine 70 MWp Fertigungslinie aufgebaut, in der CPV-Module in einem automatisierten Prozess hergestellt werden. In den USA wird derzeit eine Modulfabrik mit 280 MWp Produktionskapazität in San Diego aufgebaut. Die Zeichen für weitere Expansion und neue Rekordwirkungsgrade stehen gut, die Bekanntgabe der Verleihung des Deutschen Umweltpreises ist für Bett und Lerchenmüller »Belohnung, Motivation und vor allem eine große Freude«.

»Andreas Bett und Hansjörg Lerchenmüller haben ganz wesentlich dazu beigetragen, diese sehr innovative, zuverlässige und effiziente Technologie der CPV zu entwickeln«, so Gaetan Borgers, Leiter der Solar Division des französischen Mutterunternehmens Soitec. »Heute betreibt Soitec in Freiburg eine der weltweit modernsten Produktionslinien für die Herstellung von Konzentratormodulen. Wir haben bereits mehr als 10 MWp rund um den Globus installiert.« Auch Prof. Eicke R. Weber, Leiter des Fraunhofer ISE freut sich: »Die Verleihung des Deutschen Umweltpreises an das außerordentlich erfolgreiche Tandem Fraunhofer ISE und Soitec Solar ist ein deutliches Signal, das die Bedeutung von Innovationen in der Photovoltaik für die künftige weltweite Energieversorgung unterstreicht.«

Quelle: