Solarstrom wird billiger: Fraunhofer-Gesellschaft vergibt Wissenschaftspreise an Freiburger Solar-Forscher

Dr. Andreas Bett und Dr. Frank Dimroth vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg entwickeln Lösungen, um Strom aus Sonnenlicht in Zukunft billiger und effizienter zu machen. Hierzu arbeiten sie mit ihrem Team seit mehr als zehn Jahren an Photovoltaik-Modulen, die das Sonnenlicht 500-fach auf winzige Solarzellen konzentrieren. Diese Vorgehensweise reduziere die Fläche des benötigten Halbleitermaterials und ermögliche den Einsatz von neuartigen Solarzellen, die besonders effizient Sonnenlicht in elektrischen Strom umwandeln, berichtet das Fraunhofer ISE in einer Pressemitteilung.
Große Beachtung haben die Freiburger Forscher im vergangenen Jahr für die Entwicklung einer sogenannten metamorphen Dreifach-Solarzelle mit einem Rekordwirkungsgrad von 41,1 Prozent erfahren. Ergänzt durch eine spezielle Linsenoptik werden die höchst effizienten Mehrfachsolarzellen in nunmehr marktreif entwickelten Konzentratormodulen eingesetzt. Hierfür nahmen Dr. Andreas Bett und Dr. Frank Dimroth in Leipzig am 19.05.2010 die höchste Auszeichnung der Fraunhofer-Gesellschaft entgegen, den Joseph-von-Fraunhofer-Preis 2010.

Optimierung von Optik und Material
„Wir ersetzen teures Halbleitermaterial durch günstige Optiken. Zusätzlich verwenden wir höchst effiziente Solarzellen und reduzieren damit die Stromkosten“, erläutert Dr. Andreas Bett, Leiter der Abteilung „Materialien – Solarzellen und Technologien“. Mit Hilfe dieser Technologie lasse sich mehr Leistung pro Fläche erzeugen als in herkömmlichen Systemen. Unter günstigen Bedingungen könnten Stromkosten von zehn bis fünfzehn Cent pro Kilowattstunde in Süd-Europa möglich sein. Wegen der konzentrierenden Optik müssen Photovoltaik-Konzentratorsysteme dem Stand der Sonne nachgeführt werden. Sie nutzen nur den direkten Anteil des Sonnenlichts. Strahlung, die an Wolken oder Wassertröpfchen gestreut wird, kann nicht umgewandelt werden. Deshalb eignen sie sich nicht für den Einsatz in Deutschland oder auf Hausdächern, sondern vielmehr für große, kommerzielle Solarkraftwerke z.B. im sonnenreichen Südeuropa.
Die zweiachsige Nachführung der Systeme ermöglicht auch in den Morgen- und Abendstunden eine hohe Leistung, wenn die Sonne tief am Himmel steht. Konzentratorsysteme sind modular aufgebaut und von Kilowatt bis Gigawatt beliebig erweiterbar. Ein weiterer Pluspunkt laut Fraunhofer ISE: Der Kapitalbedarf und die Investitionen für den Aufbau einer automatisierten Massenfertigung seien vergleichsweise gering. Des Weiteren sei es auch eine sehr „grüne“ Technologie: Der Energieverbrauch für die Herstellung und Installation von Konzentratorsystemen amortisiere sich bereits in wenigen Monaten.

Vom Labor auf den Markt
Aus hocheffizienten Mehrfach-Solarzellen, versehen mit einer speziellen Optik, haben die Freiburger Forscher und ihr Team das sogenannte FLATCON-Konzentratormodul entwickelt. Der Wirkungsgrad dieser Module liege bei 29 Prozent. Die Technologie wurde 2005 mit der Ausgründung der Firma Concentrix Solar GmbH kommerzialisiert. Concentrix betreibt heute mit mehr als 60 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern eine Fertigungslinie in Freiburg und liefert hochkonzentrierende Solarmodule nach Süd-Europa und in die USA. Bis dato hat das junge Unternehmen laut ISE mehr als 600 Kilowatt an Konzentratorsystemen in Spanien installiert.
„Konzentratortechnologie fertigen ist wie Autos bauen“, sagt Dr. Frank Dimroth, Leiter der Gruppe „III-V – Epitaxie und Solarzellen“ am Fraunhofer ISE. „Durch die Massenfertigung sinken die Kosten, und erst so kann eine neue Technologie ihr Potenzial voll entfalten. Langfristig rechnen wir damit, dass diese Technologie 20 bis 30 Prozent wirtschaftlicher sein wird als Siliziumtechnologie.“ Um dieses Ziel zu erreichen, arbeitet am Fraunhofer ISE ein 50-köpfiges Team an der Optimierung vieler Teilaspekte des Systems, von der Solarzelle über die Messtechnik und Prozesstechnologie bis hin zu den Modulen.
Es soll gezeigt werden, wie die Systeme in großen Stückzahlen kostengünstig hergestellt werden können, und dass sie über einen Zeitraum von 20 Jahren zuverlässig Energie produzieren. Aktuell liege der Wirkungsgrad für ein komplettes 5 kW Konzentratorsystem bei 25 Prozent. „Wir sind sehr stolz auf unsere junge Mannschaft, die sich mit einem unglaublichen Engagement für die Solarenergie einsetzt. Dass wir den Joseph-von-Fraunhofer- Preis verliehen bekommen, bestätigt unsere Motivation, Solarenergie durch neue Technologien konkurrenzfähig zu machen“, so Dr. Andreas Bett.

Hugo-Geiger-Preis 2010 für neuartiges Solarzellen-Konzept
Auch dem Physiker Nils Brinkmann, ehemaliger Diplomand am Fraunhofer ISE, wird auf der Fraunhofer-Jahrestagung in Leipzig ein Preis für herausragende angewandte Forschung verliehen. Seine Diplomarbeit zum Thema „Epitaxie durch Löcher – Prozessentwicklung und Charakterisierung“ wird mit dem 3. Hugo- Geiger-Preis 2010 ausgezeichnet. Nils Brinkmann hat laut Fraunhofer einen erweiterten Ansatz entwickelt, um konkurrenzfähigen Strom aus preiswerten photovoltaischen Modulen zu gewinnen. Er kombiniere die Vorteile zweier technologischer Ansätze und ergänze diese um eine entscheidende Neuerung: Dünnschichtsolarzellen, bei denen kostensparend ein Wafersubstrat mit einer sehr dünnen Schicht aus hochreinem Silizium versehen wird, werden auf der Rückseite mit stromableitenden Kontakten versehen. Das Entscheidende an diesem neuen Zellkonzept seien winzige Löcher, durch die epitaktische Schichten auf beiden Seiten der dünnen Siliziumgrundlage aufgewachsen werden.

24.05.2010 | Quelle: Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE | solarserver.de © EEM Energy & Environment Media GmbH