TU Graz entwickelt Parabolrinnen-Solarmodul zur Strom- und Wärmeerzeugung

Ein Hohlspiegel, der Sonnenlicht auf die in seiner Brennlinie angeordneten Solarzellen richtet, wobei die konzentrierte Solarstrahlung für hohe Stromproduktion sorgt und gleichzeitig Bedarf zur Kühlung der Solarzellen schafft, was wiederum die Möglichkeit zur Nutzung der Abwärme schafft. So lässt sich in Kurzform das Prinzip eines an der TU Graz entwickelten „Parabolrinnen-Solarmoduls“ beschreiben, und diese Idee ist wahrlich nicht neu. Trotzdem ist in einer Mitteilung zum Forschungsprojekt „ECOSun – Economic COgeneration by Efficiently COncentrated SUNlight“ von einem „neuartigen“ Modul die Rede.

Tatsächlich, so schildert es die Universität auch selbst, wird die Idee bereits seit den 1970er-Jahren verfolgt. Damals und auch noch 20 oder 30 Jahre später galten allerdings vollkommen andere Prämissen, denn Solarzellen waren immens teuer. Deshalb schien ein komplizierter Aufbau und die Notwendigkeit, diesen der Sonne nachzuführen gerechtfertigt, wenn es denn der Ertragssteigerung diente. Zum Einsatz kamen hierbei, ebenso wie bei rein auf Stromerzeugung ausgerichteten Entwicklungen zur konzentrierenden Photovoltaik, meist hoch effiziente und damit außerordentlich teure Solarzellen – was vergleichsweise wenig ins Gewicht fiel, weil wegen der Konzentration ja nur sehr kleine Flächen nötig waren.

Kostensenkung durch drei technische Innovationen

Wirklich durchgesetzt hat sich das Prinzip aber nie, die Technologie war zu kompliziert und zu teuer. Heutzutage stehen eher flächige Hybridmodule – oben Solarzellen, darunter der solarthermische Teil – im Zentrum der Entwicklungsarbeit. Nun aber, heißt es in der „ECOSun“-Mitteilung, könnte die Kombination aus Parabolrinne und Receiver womöglich ein Comeback erleben, denn dem Team um Armin Buchroithner vom Institut für Elektrische Messtechnik und Sensorik der TU Graz seien gemeinsam mit den Projektpartnern „mehrere technologische Innovationen geglückt“.

Die erste betrifft die Fertigung der Parabolrinnenkollektoren, die in Kooperation mit dem Partner IMK Solarmirrotec nun unter Nutzung industrieller Methoden wie Spritzgusstechnik wesentlich effizienter erfolge. Zweitens seien gemeinsam mit dem türkischen Forschungszentrum ODTÜ GÜNAM Silizium-Solarzellen so optimiert worden, dass sie kostengünstig und gleichzeitig robust genug sind, um den hohen Temperaturen unter bis zu 60 Sonnen – also 60fach verstärktem Sonnenlicht – standzuhalten. Außerdem habe das Team die Kühlung der Solarzellen optimiert und damit eine bessere Nutzung der Abwärme für weiterführende Anwendungen erreicht.

In den Tests, erklärte Armin Buchroithner auf Anfrage von pv magazine, wurden zwei Anordnungen untersucht. Einmal waren in dem rund 800 Millimeter langen Absorber teure Hocheffizienz-Zellen mit mehreren pn-Übergängen (Multi-Junction-Zellen) eingebaut, hierbei wurden Wirkungsgrade von 28,6 Prozent elektrisch und 48,8 Prozent thermisch erreicht. Die Entwickler von elektrisch/solarthermischen Hybridsystemen addieren diese Wirkungsgrade üblicherweise zu einem Systemwirkungsgrad. Die von „ECOSun“ in diesem Fall erreichten 75,5 Prozent sind „unseres Wissens nach die bis dato höchste Gesamteffizienz eines derartigen Systems“, so Buchroithner. Bei Verwendung der mit dem GÜNAM entwickelten Siliziumzellen ist die Effizienz indes nur halb so hoch. „Je nach Einstrahlung und Zellenart“, fasst Buchroithner zusammen, „kann der Receiver 50-300 W elektrisch und beinahe 1 kW thermisch liefern.“

Die nutzbaren Temperaturen sind mit rund 90 Grad – je nach Auslegung könnten es auch bis 150 Grad sein – ebenfalls eher moderat. Da sich zum jetzigen Zeitpunkt auch keine zuverlässigen Aussagen über die Kosten einer möglichen Serienfertigung machen lassen, lässt sich auch über mögliche Einsatzzwecke nur spekulieren. Ihre Versuche, davon sind die Entwickler überzeugt, hätten aber gezeigt, dass ein Einsatz auch in Mitteleuropa denkbar sei, „um fossile Energie in Industrieprozessen zu substituieren“.