CPV-System erzeugt 54 Prozent mehr Strom als herkömmliche Photovoltaik

Die konzentrierende Photovoltaik (CPV) ist ein beliebtes Forschungsgebiet im Solar-Bereich, da die Technologie ein großes Potenzial für hohe Effizienz mit sich bringt. Wissenschaftler der Penn State University (Pennsylvania, USA) sehen bei heutigen CPV-System einen Nachteil darin, dass die in der Regel sehr groß sind, also einen hohen Flächenverbrauch haben, und außerdem dem Lauf der Sonne nachgeführt werden müssen.

„Wir versuchen, ein hocheffizientes CPV-System mit dem gleichen Formfaktor eines herkömmlichen Silizium-Solarmoduls zu entwickeln“, sagt Chris Giebink, Dozent für Elektrotechnik an der Penn State University. Ziel der jüngsten Experimente sei daher gewesen, die technische Realisierbarkeit eines solchen Systems zu demonstrieren.

Dafür haben die Forscher eine kleine Mehrschicht-Solarzelle mit einer Fläche von etwa 0,5 Quadratmillimetern in Glas eingebettet. Die Solarzelle wird dann zwischen zwei Mikrolinsen-Feldern gelagert, sodass die Zelle der Sonne im Tagesverlauf folgen kann. An einem Tag bewegt sie sich dabei laut den Wissenschaftlern nur ungefähr einen Zentimeter.

Das CPV-System in Betrieb kurz vor Sonnenuntergang.

Foto: Giebink Lab

Das System wurde über zwei Sonnentage von der Morgen- bis zur Abenddämmerung getestet. Die eingebauten Linsen haben das Sonnenlicht dabei mehr als 600-fach konzentriert und auf die Mehrschicht-Solarzelle gelenkt. Daneben haben die Wissenschaftler zum Vergleich den Ertrag einer herkömmlichen Silizium-Solarzelle unter gleichen Bedingungen gemessen.

Den Forschern zufolge erreichte das CPV-System im Test einen Wirkungsgrad von 30 Prozent. Im Verlauf eines Tages erzeugte es zudem 54 Prozent mehr Strom als die Silizium-Vergleichszelle. Mit einem Kühlsystem, dass eine Erhitzung der CPV-Zelle verhindert, hätte das System nach Angaben der Forscher bis zu 73 Prozent mehr Strom als die Vergleichszelle erzeugen können.

Obwohl die CPV-Technologie schon seit mehreren Jahrzehnten existiert, werden solche Systeme bis heute kaum zur kommerziellen Stromerzeugung eingesetzt. Entscheidend ist bei der Technologie, dass sie starkes und direktes Sonnenlicht benötigt, um effizient betrieben werden zu können. Der Forscher Chris Giebink hält dafür Regionen wie den Südwesten der USA oder Australien für gut geeignet.

Giebink stellt zudem fest, dass die Vergrößerung des Test-Systems und die Gewährleistung einer langfristigen Zuverlässigkeit noch große Herausforderungen darstellen. Was das Potential der Technologie angeht ist er aber sehr optimistisch. Die höhere Effizienz des Systems könne überall nützlich werden, wo es wichtig ist, auf einer begrenzten Fläche möglichst viel Sonnenstrom zu erzeugen.