(v.l.n.r) Dr. rer. nat. Klaus-Dieter Rasch, Hansjörg Lerchenmüller, Dr. rer. nat. Andreas W. Bett

Hansjörg Lerchenmüller (Sprecher)
Dr. rer. nat. Andreas W. Bett*
Dr. rer. nat. Klaus-Dieter Rasch**
Soitec Solar GmbH
*Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme ISE
**AZUR SPACE Solar Power GmbH

Die Zukunft der Energieversorgung ist regenerativ. Die Fotovoltaik wird weltweit stark an Bedeutung gewinnen. Doch bisher ist der Sonnenstrom noch relativ teuer. Wie lässt sich das Sonnenlicht zu konkurrenzfähigen Kosten in Strom verwandeln?

Hansjörg Lerchenmüller, Dr. Andreas W. Bett und Dr. Klaus-Dieter Rasch fanden die Antwort: Sie erhöhten die Energieausbeute bei der photovoltaischen Nutzung des Sonnenlichts, indem sie drei winzige Solarzellen aus unterschiedlichen Materialien übereinander stapeln – und dann noch dafür sorgten, dass das Sonnenlicht auf die Winzlinge konzentriert wird. Hansjörg Lerchenmüller ist Geschäftsführer von Soitec Solar GmbH in Freiburg, Andreas Bett ist stellvertretender Institutsleiter am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg und Klaus-Dieter Rasch Chef des Heilbronner Unternehmens AZUR SPACE Solar Power.

Der Vorteil der Mehrfach-Solarzellen liegt darin, dass das Sonnenlicht effizienter genutzt wird: Jede der drei Zellen fischt einen anderen Anteil aus seinem Spektrum heraus. Das Resultat ist der höchste Wirkungsgrad für jede Art von Solarzellen. Doch die Herstellung der Zellen ist vergleichsweise aufwändig. Daher kamen die Mehrfachzellen bisher nur zur Energieerzeugung an Bord von Satelliten zum Einsatz. Die Technik dafür haben auch schon die Experten von Fraunhofer ISE und AZUR Space Solar Power entwickelt. Die Konzentration des Lichts macht sie nun auch für Anwendungen auf der Erde bezahlbar, da sie den Bedarf an teuren Werkstoffen für die Zellen deutlich verringert.

Die Forscher um Andreas Bett schufen auf der Basis der Mehrfachzellen-Technologie ein neues Fotovoltaik-Modul-Konzept. Darin konzentrieren in eine Glasplatte integrierte Speziallinsen das Sonnenlicht 500-fach auf darunter liegende Stapelzellen. Jede davon misst nur drei Millimeter Durchmesser. Soitec entwickelte aus dem neuen Modul-Prinzip ein serienfähiges Produkt und überführte es aus dem Labor in die industrielle Serienfertigung.

Die Effizienz der Energieerzeugung, die sich mit Mehrfach-Solarzellen erreichen lässt, ist enorm. So gelang es den Fraunhofer-Forschern, erstmals eine konzentrierende Dreifachsolarzelle mit einem Wirkungsgrad von 41,1 Prozent herzustellen. Das war Weltrekord und weitaus höher als bei den besten herkömmlichen Zellen. Die schnelle Umsetzung dieser Wirkungsgrade aus dem Labor in die Industrie durch AZUR SPACE Solar Power wird schon bald die Leistung der bereits in Serie produzierten Systeme von Soitec noch effizienter machen. Im praktischen Einsatz in Konzentrator-Kraftwerken erreichen diese heute schon über 25 Prozent Systemwirkungsgrad – doppelt so viel wie bei Kraftwerken aus Standard Silizium Flachmodulen.

Da die konzentrierende Fotovoltaik (CPV) nur das direkt eingestrahlte Sonnenlicht nutzt, eignet sie sich vor allem für sonnenreiche Regionen – etwa in Südeuropa oder im Südwesten der USA. Dort könnte sie künftig in großen Solarkraftwerken zum Einsatz kommen. Bis 2015 werden nach Expertenschätzungen weltweit etwa 2 Gigawatt Leistung in solchen Anlagen installiert sein. Die Concentrix Solar GmbH, heute Soitec Solar GmbH, ist 2005 als Ausgründung aus dem Fraunhofer ISE hervorgegangen. Das Unternehmen hat bereits über 3 Megawatt Leistung in CPV-Kraftwerken in Spanien, Frankreich, Südafrika und den USA installiert, weitere Anlagen sind geplant. In den nächsten Jahren wird das Unternehmen zudem eine große Modulfabrik in Kalifornien errichten. Die enge Kooperation zwischen den Fraunhofer-Forschern und Experten in den Unternehmen hat die Solartechnik aus Freiburg und Heilbronn an die Weltspitze gebracht.