Der amerikanische Hersteller von konzentrierender Photovoltaik (CPV) Semprius hat mit der Produktion von Stapelzellen mit vier Schichten begonnen. Die Zellen werden im selbst entwickelten Mikrotransferdruckverfahren hergestellt. Durch dieses Verfahren ist es möglich, viel Zellen innerhalb kürzester Zeit zu produzieren. Sie bestehen aus Mikrozelle mit drei Schichten, die auf die Oberfläche einer Mikrozelle aus Germanium aufgebracht wird. Durch die Nutzung von vier Schichten wird es möglich, ein breiteres Spektrum des Sonnenlichts zu absorbieren und in Strom umzuwandeln. Dadurch steigt die Effizienz im Vergleich zu den normalen Silizium- oder Dünnschichtzellen um ein Vielfaches. Schließlich erreichten die Entwickler bei Semprius schon bei den ersten Versuchen der Serienproduktion einen Wirkungsgrad von 43,9 Prozent. Dieser liegt nur weniger als ein Prozent unter dem bisherigen Effizienzrekord von 44,7 Prozent, den der französische Hersteller Soitec mit Sitz in Bernin im vergangenen Jahr mit einer ähnlichen Technologie aufgestellt hat. Auch die Franzosen nutzten Stapelsolarzellen mit vier Schichten für ihre Rekordzelle. Semprius strebt jetzt an, in naher Zukunft den Wirkungsgrad in der weiteren Entwicklung der Zellen auf 50 Prozent hoch zu treiben.
Grenzflächen zwischen den Schichten verbessert
Die Amerikaner haben vor allem am Material für die Grenzschichten zwischen den Layern gearbeitet, um noch mehr Wirkungsgrad aus den Zellen herauszukitzeln. Dadurch konnten sie die Verluste innerhalb des gesamten Stapels minimieren und den Gesamtwirkungsgrad steigern. Außerdem gönnen die Amerikanern ihren Zellen vier statt bisher zwei Anschlüsse. Damit reduzieren sie die spektrale Abhängigkeit der Solarzelle und erhöhen insgesamt die Energieausbeute. „Diese Entwicklung ist insofern bemerkenswert, weil sie einen direkten Weg zu zukünftigen weiteren Wirkungsgradsteigerungen weist“, sagt Dan Friedman vom National Renewable Energy Laboratory (NREL), dem Forschungslabor für erneuerbare Energien des amerikanischen Energieministeriums. „Schließlich ist die Steigerung der Effizienz ein entscheidender Punkt bei der Senkung des Preises der Solarenergie, weil es dazu beiträgt, nicht nur die Modulkosten zu senken, sondern auch viele andere Kostenbestandteile, inklusive der Kosten für die Flächen, die Installation und die Verkabelung.“
Soitec will Marktanteile haben
Semprius arbeitet schon seit Jahren an der Verbesserung der Effizienz von Konzentratormodulen. Im Jahr 2012 haben die Amerikaner die ersten Module mit einem Wirkungsgrad von 33 Prozent hergestellt. Wenig später konnten sie die Effizienz auf 35,5 Prozent steigern. Mit dem jetzigen Wirkungsgrad setzen sie einen neuen Maßstab bei der Serienproduktion von CPV-Modulen. Der französische Konkurrent Soitec hingegen setzt derzeit vor allem auf die Ausweitung von Marktanteilen. Dazu haben sich die Franzosen mit ihren Landsleuten von Exosun zusammen getan. Exosun entwickelt und baut Solartracker für Freiflächenanlagen. Die beiden Partner bieten jetzt ein neues CPV-System an. Es besteht aus den 4,5 Meter hohen Solartrackern von Exosun, auf die 18 bis 24 Concentrix-Module von Soitech montiert werden. Jedes der Module hat eine Leistung von 61,2 Kilowatt. Die Module werden bereits verkauft und kommen hauptsächlich bei CPV-Projekten zum Einsatz, die aus einer französischen Solarausschreibung vom März 2013 hervorgingen, erklären die Projektpartner. „Mit dem Angebot von Freiflächenanlagen mit einer Leistung von mehr als 250 Kilowatt reagieren wir auf die Forderungen der Energieregulierung in Frankreich, besonders weil sie innovative Technologien wie CPV mit einer Gesamtleistung von 60 Megawatt gebaut haben will“, sagt Jean-Noël de Charentenay, Marketingleiter bei Exosun. „Die Partnerschaft mit Soitec zeigt den Weg, auf dem zwei französische Industrieunternehmen zur Entwicklung eines starken französischen Photovoltaiksektors mit einem Angebot hochqualitativer und innovativer Leistungen beitragen können.“
Zwei Jahre Entwicklung
Die Entwicklung des Systems hat immerhin zwei Jahre gedauert. Exosun hat dafür die zweiachsigen Solartracker beigesteuert, die eine Genauigkeit bei der Nachführung der Module von 0,1 Grad erreichen. Der Antriebsmechanismus, Toleranzteile und Umsetzungsverfahren wurden so umgesetzt, dass sie den Ansprüchen einer flexiblen Entwicklung von CPV-Projekten genügen. „Die Tracker fügen sich perfekt in die Landschaft ein und sind einfach und schnell zu installieren und zu betreiben“, betont das Unternehmen.
Sonnenlicht 500fach konzentriert
Derweil entwickelte Soitec die Module, die immerhin einen Wirkungsgrad von 31,8 Prozent erreichen. Die Franzosen nutzen Fresnellinsen, die das Sonnenlicht auf das 500fache konzentrieren, bevor es in die Stapelzellen mit drei Schichten eindringt. Da die Module aus Glas und Metall bestehen, seien sie besonders langlebig, betonen die Franzosen. „Die Projekte, die wir in Frankreich bauen werden sind ein Teil der Energiewende des Landes und den Maßstab der Industrie für die Zukunft setzen, um international Marktanteile hinzu zu gewinnen“, sagt Jose Beriot, bei Soitec zuständig für die Entwicklung von Solarprojekten. „Durch die Kooperation mit Exosun sind wir froh, zeigen zu können, das die CPV-Technologie in der Lage ist, die Photovoltaikindustrie in Frankreich durch Innovationen neu zu beleben und sie wird das Wachstum ankurbeln.“ (Sven Ullrich)
