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Europa

Konzentratoren machen Fotovoltaik effizient

Ständig suchen Forscher nach Wegen, erneuerbare Energiequellen effizienter zu machen. Der neueste Schrei in der Fotovoltaik: die Konzentrator-Technologie.

Konzentrator-Panele des Unternehmens Guascor in einem Konzentratorenpark in der Extremadura (Foto: Guascor)

So sieht eine Konzentrator-Panele aus

Was Touristen nach Spanien lockt, darüber freut sich auch die Solarwirtschaft: die Sonne. Während Deutschland im Schnitt ungefähr fünfeinhalb Stunden die Sonne scheint, lacht sie in Madrid fast acht Stunden täglich vom Himmel. Grund genug für einige Unternehmen, sich im Süden niederzulassen, um die Sonnenstrahlen in Energie umzuwandeln.

So auch das staatliche Unternehmen Isfoc in Puertollano: Südlich von Madrid gelegen - auf halbem Wege nach Malaga - hat die Firma hier ein Versuchsfeld für Konzentrator-Technologie errichtet. Ziel dieser neuen Technik ist es, durch Bündelung des Sonnenlichts eine höhere Umsetzung in Energie erlangen zu können.

Diese Technik der so genannten dritten Generation werde im sonnenreichen Süden bald zum Standard in den Fotovoltaik-Parks, ist sich der Direktor der Anlage Pedro Banda sicher. "Die ganze Gegend hier ist wie geschaffen nicht nur für die Nutzung der Wind- und Sonnenenergie, sondern auch für die Herstellung von Konzentrator-Anlagen." Zahlreiche Komponentenhersteller hätten sich hier bereits niedergelassen.

Spiegel und Lupen konzentrieren das Sonnenlicht

Das Versuchsfeld von Isfoc in Puertollanos südlich von Madrid (Foto: Isfoc)

Das Versuchsfeld von Isfoc in Puertollanos südlich von Madrid

Das System vor Ort erreiche bereits eine "Konzentration von 400 Sonnen", so Banda. Das heißt, dass jede Zelle ein 400 Mal stärkeres Sonnenlicht empfängt als es ohne die vorgeschaltete "optische Einheit" geschieht. Mit einer optischen Einheit meint Pedro Banda eine Spiegelkonzentration vor der eigentlichen Solarzelle, mit der ein US-amerikanischer Hersteller arbeitet. Das Modul besteht aus einem Spiegel, der das Licht auf einen Punkt in der Mitte bündelt. Dort ist erneut ein kleiner Spiegel angebracht, der den Lichtstrahl auf die Solarzelle umleitet. Die meisten anderen Hersteller arbeiten mit einem Lupenprinzip: Eine optische Einheit aus Kunststoff verdichtet das Licht auf eine winzige Zelle. Ein im Grunde simples Prinzip, an dem jedoch schon seit Ende der 70er-Jahre geforscht werde, erklärt Banda.

Die dabei verwendeten Solarzellen seien im Gegensatz zur herkömmlichen Fotovoltaik nicht aus Silizium, aber hocheffizient. Bis zu 38 Prozent der Sonnenenergie könnten sie umsetzen, erzählt Pedro Banda. "Mit Silizium erreicht man heute höchstens 20 Prozent", sagt er. In Laborversuchen hat das Freiburger Fraunhofer Institut in diesem Jahr den Rekord aufgestellt: 41,1 Prozent. "Diese Energieeffizienz lässt sich aber ganz bestimmt noch weiter erhöhen", ist sich der Physiker sicher.

Im Einsatz auf dem Testfeld in Spanien relativiert sich die hohe Ausbeute jedoch schnell. Unregelmäßigkeiten in der Fertigung oder physikalische Widerstände lassen die Effizienz schrumpfen. Mehr als 28 Prozent erreicht keine der in Puertollanos aufgestellten Einheiten. Damit ist die Konzentratortechnologie aber immer noch doppelt so effizient wie herkömmliche Solarzellen.

Solarstrom für zwölf Cent

Sonne in Nahansicht (Foto: DW)

Die Kraft der Sonne nutzen: das Prinzip von Solarenergie

Besonders wichtig ist eine punktgenaue Ausrichtung der Zellen. Die Module sind auf großen Platten angebracht, die sich der Sonne ausrichten. Diese Einheiten müssen extrem genau arbeiten, der Toleranzwert liegt bei nur einem Grad. "Sonst fällt das gebündelte Sonnenlicht ja nicht mehr auf die Zelle. Das funktioniert mit einer Mischung aus Software und Hardware, Messegeräten, die ermitteln, wann die Einstrahlung am intensivsten ist", erklärt Banda. "Ohne direkte Sonneneinstrahlung funktionieren diese Zellen nicht."

Die ersten Solarparks dieser dritten Generation sind bereits seit 2008 in den Regionen Navarra und Extremadura mit einer Gesamtleistung von mehr als zehn Megawatt am Netz. In diesem Jahr richten die Hersteller ihre Aufmerksamkeit vor allem auf den US-amerikanischen Markt. Die Vorteile liegen auf der Hand: Herstellerangaben zufolge senken die Konzentrator-Module die Produktionskosten des Solarstroms schon jetzt um bis zu 20 Prozent gegenüber der herkömmlichen Fotovoltaik. Solarstrom könnte in Spanien schon jetzt zwölf Cent kosten. Und Pedro Banda von Isfoc zweifelt nicht daran, dass die Kosten mit der Entwicklung noch effizienterer Zellen und moderner Fertigungsmethoden weiter sinken werden.

Autor: Hans-Günter Kellner
Redaktion: Mareike Röwekamp

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