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Konzentrierende Photovoltaik

Konzentrator-Systeme bündeln die Solarstrahlung mit Spiegeln oder Linsen und richten sie auf spezielle Konzentrator-Solarzellen. Gegenüber herkömmlichen Zellen verringert sich die erforderliche Halbleiterfläche auf etwa ein Fünfhundertstel. Mit einer metamorphen Dreifach-Solarzelle aus den III-V-Verbindungshalbleitern Galliumindium-phosphid, Galliumindiumarsenid und Germanium haben Forscher vom Fraunhofer ISE einen Rekordwirkungsgrad von 41,1% erreicht.

Zellstapel und Konzentrator

Für diesen hohen Wirkungsgrad werden mehrere Solarzellen übereinander gestapelt. Die Dreifach- Solarzelle besteht aus mehr als 20 einzelnen Schichten. In Konzentrator-Modulen sitzt etwa zehn Zentimeter über den drei Quadratmillimeter kleinen Solarzellen eine Fresnellinse, die das Sonnenlicht 400- bis 500- fach konzentriert. Die Zellen sitzen zur Hitzeableitung auf einem Kupferträger. Solche Module erreichen einen Wirkungsgrad von 29%.

Für den Wirkungsgrad der neuen höchsteffizienten Strukturen ist es entscheidend, das einfallende Sonnenlicht durch eine geeignete Wahl der absorbierenden Materialien in drei gleich große Spektralbereiche aufzuteilen. So generieren alle Teilzellen den gleichen Strom. Dies ist sehr wichtig bei seriell verschalteten Solarzellen, da der Strom des Bauelements immer durch den kleinsten Strom einer Teilzelle limitiert wird. Mit den metamorphen Ga0.35In0.65P/Ga0.83In0.17As/Ge Materialien konnte eine Solarzellenstruktur geschaffen werden, die unter dem terrestrischen Sonnenspektrum exakt stromangepasst ist.

Ertragreiches System für sonnenreiche Regionen

Die neuen Module eignen sich insbesondere für sonnenreiche Regionen mit viel direkter Sonneneinstrahlung, z. B. in Südeuropa. Auf einem Tracker montiert, werden sie zweiachsig der Sonne nachgeführt, damit der Brennpunkt der Linse jederzeit den aktiven Bereich der Solarzelle trifft.

Merkzettel

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Liste der BMU-Forschungsvorhaben
(pdf, 3 Seiten, 402 kB)

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