Geballtes Sonnenlicht effizient genutzt. Nominiert zum Deutschen Zukunftspreis 2011

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1 Hansjörg Lerchenmüller (Sprecher) Dr. rer. nat. Andreas W. Bett Dr. rer. nat. Klaus-Dieter Rasch Soitec Solar GmbH, Freiburg Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, Freiburg AZUR SPACE Solar Power GmbH, Heilbronn Geballtes Sonnenlicht effizient genutzt Nominiert zum Deutschen Zukunftspreis 2011

2 Konzentrator-Photovoltaik: Geballtes Sonnenlicht effizient genutzt Solarenergie Schlüssel zur Lösung der Energiefrage Wirtschaftlichkeit durch Spitzenwirkungsgrade mit der Konzentrator-Photovoltaik Markterfolg durch herausragende Forschung und visionären Unternehmergeist 1/21

3 Solarenergie verfügt über ein nahezu unbegrenztes Potenzial Energie, die von der Sonne geliefert wird Verfügbare konventionelle Ressourcen Uran Gas Öl Kohle Quelle: BMWi 2000 Energiebedarf der Menschheit 2/21

4 Anwendung der Photovoltaik in Gebäuden und Solarkraftwerken Bild Gebäudeintegrierte Photovoltaik Solarkraftwerke 3/21

5 Wie lassen sich die Kosten für Solarstrom am effektivsten senken? Ab in die Sonne Wirkungsgrad hoch Fertigungskosten senken 4/21

6 Verdoppelung der solaren Einstrahlung bedeutet eine Halbierung der Stromgestehungskosten Quelle: Meteonorm 5/21 6

7 Spektrale Spectral Einstrahlung irradiance [W/m [W/m 2 µm] 2 µm] Leistungsdichte [W/m² µm] Was begrenzt den Wirkungsgrad einer Silizium Solarzelle? Sonnenspektrum AM1.5 spectrum AM1.5 Sonnenspektrum GaInP Spektrum Si (1.12 (1.70 ev) ev) GaInAs (1.18 ev) Thermalization losses Ge (0.67 ev) Energy that can be used by a Si solar cell Transmission losses Wavelength Wellenlänge [nm] 6/21 7

8 Spectral irradiance [W/m 2 2 µm] Leistungsdichte [W/m² µm] Was begrenzt den Wirkungsgrad einer Silizium Solarzelle? AM1.5 Sonnenspektrum spectrum GaInP Silizium (1.12 (1.70 ev) ev) GaInAs (1.18 ev) Thermalization losses Nicht umgesetzte überschüssige Ge (0.67 Energie ev) Energy that can be used by a Si solar cell Umgesetzte Energie Transmission losses Nicht umwandelbare Energie Wavelength Wellenlänge [nm] 7/21 8

9 Spectral irradiance [W/m 2 µm] Leistungsdichte [W/m² µm] Mit gestapelten Solarzellen lässt sich das Sonnenlicht weitaus besser nutzen Sonnenspektrum AM1.5 spectrum GaInP (1.70 ev) GaInAs (1.18 ev) Germanium (0.67 ev) Verschiedene Halbleiter verwerten verschiedene Teile des Sonnenspektrums Wavelength Wellenlänge [nm] 8/21 9

10 Wirkungsgrad [%] 50 Hohe Wirkungsgrade lassen sich nur mit Mehrfachsolarzellen erreichen Silizium-Konzentratorzellen III-V-Mehrfachsolarzellen III-V-Mehrfachsolarzellen am ISE Mehrfachsolarzellen Mehrfachsolarzellen (ISE) Silizium Konzentratorzellen Quelle: Fraunhofer ISE Jahr 9/21 10

11 Mehrfachsolarzellen werden seit dem Jahr 2000 in Solarmodulen für Satelliten eingesetzt Satellit mit Solarmodul 10/21 11

12 Das Prinzip der Konzentrator-Photovoltaik 40% Zellwirkungsgrad 30% Modulwirkungsgrad 25% Kraftwerkswirkungsgrad 11/21 12

13 Das Prinzip der Konzentrator-Photovoltaik 12/21

14 Industrielle Serienfertigung ist entscheidend für die Kostensenkung Solarzellenproduktion Modulproduktion 13/21

15 Umsetzung der Forschungsergebnisse in die industrielle Produktion 100 mm Wafer mit ca Konzentrator- Solarzellen 14/21 15

16 Konzentrator-Photovoltaik Module bestehen aus kostengünstigen Materialien Zwei Glasscheiben 250 g Metall Stromgestehungskosten: c/kwh 70 ml Silikon Winzige Solarzellen 15/21

17 1.200 MW Marktentwicklung Konzentrator-Photovoltaik MW 800 MW 600 MW 400 MW 200 MW 0 MW Quelle: 16/21

18 Demonstrationskraftwerke zeigen Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit Soitec Installationen 17/21 18

19 Solarkraftwerk in Südafrika mit 77 kw Leistung Bild Konzentrator-Photovoltaik Kraftwerk im Western Cape (Südafrika) 18/21

20 Solarkraftwerk in USA mit 1,3 MW Leistung Bild Konzentrator-Photovoltaik Kraftwerk in Questa (Neu Mexiko, USA) 19/21

21 Umweltfreundliche Technologie Kein Wasserverbrauch für die Kühlung Minimaler Einfluss auf das Land/Ökosystem Bild Kurze Energieamortisationszeit (6 Monate) Konzentrator-Photovoltaik Kraftwerk in Puertollano (Spanien) 20/21

22 Beiträge der Nominierten Grundlegende Forschung zu Mehrfachsolarzellen, Modultechnik bis zur Systemtechnik Umsetzung der Forschungsergebnisse in ein Produkt und eine industrielle Produktion - Mehrfachsolarzelle - Konzentrator-Photovoltaik Module und Kraftwerke Paradebeispiel für Technologietransfer aus der Forschung in die Industrie mit Schaffung von Hightech Arbeitsplätzen und Sicherung einer weltweiten Spitzen-Position 21/21

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