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Solartechnik : Kieler Doktorand an Weltrekord beteiligt

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Solarzellen können nur einen Teil der Sonnenenergie in Strom umwandeln. Kieler und Freiburger Wissenschaftler haben jetzt einen Rekord-Wirkungsgrad von 41,1 Prozent erreicht.

Jetzt, da sie sich so spärlich zeigt, merken es viele Menschen besonders: Die Sonne ist der wichtigste Energielieferant – ob sie nun endlich die Winterjacke überflüssig macht, das Gemüt aufhellt oder die Pflanzen sprießen lässt. Um jedoch mit der Sonne auch Radios, Waschmaschinen oder sogar Autos antreiben zu können muss ihre Strahlungsenergie in elektrische Energie umgewandelt werden.
Zumindest zum Teil. Denn genau hier liegt ein Problem, das die Solarforscher schon ein halbes Jahrhundert beschäftigt. Handelsübliche Solarzellen können heute 6 bis gut 18 Prozent der Sonnenenergie in Strom umwandeln. Wesentlich teurere Modelle, die auf dem Markt in der Art nicht konkurrenzfähig sind, erreichten bisher 40,7 Prozent (unter konzentriertem Licht). Wissenschaftler aus Freiburg und Kiel haben diese Marke nun überboten: Ihre so genannte Mehrfachsolarzelle erreicht im Labor einen Wirkungsgrad von 41,1 Prozent unter 454-facher Lichtkonzentration. "Das ist natürlich auf den ersten Blick keine riesige Steigerung", sagt der beteiligte Doktorand Jan Schöne von der Technischen Fakultät der CAU bescheiden. "Aber man muss sich das so vorstellen wie beim 100-Meter-Lauf. Da sind kleine Verbesserungen der Weltrekordmarke bereits sehr große Erfolge."
Unregelmäßigkeiten im Kristallgitter
Erreichen konnten die Wissenschaftler diesen hohen Wirkungsgrad, indem sie mehrere Solarzellen aus unterschiedlichen Materialien übereinander stapeln, damit alle Spektralteile des Sonnenlichts – von ultraviolett bis infrarot – absorbiert und zur Stromerzeugung genutzt werden können. Bei dieser Stapelung verschiedener Materialien entstehen jedoch Kristalldefekte, also Unregelmäßigkeiten im Kristallgitter, die den Wirkungsgrad der Zelle wiederum negativ beeinflussen. Und hier setzte die Arbeit von Jan Schöne an: Der Kieler Doktorand forschte in Kooperation mit dem Fraunhofer ISE in Freiburg, unter welchen Bedingungen die Materialien möglichst wenig Kristalldefekte ausbilden und wie sich diese Defekte kontrollieren lassen.
Um die in der Herstellung sehr teure Mehrfachsolarzelle auch auf dem Markt konkurrenzfähig zu machen, wenden die Wissenschaftler einen weiteren Trick an: Sie bündeln das Sonnenlicht mit Hilfe von Fresnellinsen, die man sich wie eine sehr große Lupe vorstellen kann: In etwa 400 bis 500-facher Stärke strahlt das Sonnenlicht dank dieser Konstruktion auf die Zelle. Hierdurch können teure Solarzellenfläche durch eine günstige Optik ersetzt und die Kosten reduziert werden.
Keine Alternative für das Bauernhofdach in Nordfriesland

"Das Konzept ist mittlerweile auch konkurrenzfähig", sagt Schöne. "Allerdings zunächst nur in sonnigen, südlichen Regionen, da derartige Konzentratormodule direktes Sonnenlicht benötigen." Also keine Alternative für das Bauernhofdach in Nordfriesland? Jan Schöne lacht. "Nein, das ist sowieso kein Modell für Häuslebauer. Diese Art von Solarmodulen werden aktuell nur für solare Großkraftwerke eingesetzt. Und das lohnt sich im Norden zurzeit nicht."
Noch nicht. Denn in vielleicht zehn Jahren, prognostiziert Schöne vorsichtig, wenn auch die industrielle Fertigung dieser Solartechnik weiter vorangeschritten ist, könnte sich ein solches solares Großkraftwerk auch in Schleswig-Holstein rentieren – allerdings zunächst wohl nur auf den sonnenverwöhnten Ostsee-Inseln.

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erstellt am 11.Mär.2009 | 02:34 Uhr

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