Solarstrom mit der Konzentratortechnologie Aufbau und Wirkungsweise. 11. Sept. 2008, Dipl.-Ing. Matthias Sturm,Sol*Con - Solar*Tec AG

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1 Solarstrom mit der Konzentratortechnologie Aufbau und Wirkungsweise. 11. Sept. 2008, Dipl.-Ing. Matthias Sturm,Sol*Con - Solar*Tec AG

2 Inhalt Konzentratortechnologie Tracksysteme Neue Entwicklungen

3 Ideale maximale Konzentration Ideale maximale Konzentration c max für direkte Solarstrahlung: c max = 1/sinΦ S = 213 eindimensional c max = 213² = zweidimensional Konzentration in CPV-Anwendungen < 1000

4 Unterschiedliche Konzentrator-systeme (CPV) Fokussierende Systeme: Trough Concentrator Lens/Fresnel Systems Dish Concentrator Solar Tower Nicht-fokusierende Systeme: Fluorescent concentrator Compound parabolic concentrator (CPC) Nur die direkte Strahlung kann genutzt und fokussiert werden. Eine Trackinggenauigkeit von 0,1 ist notwendig.

5 CPV-Trough Lösung 100 kw, Shanghai, 3-fache Konzentration, nur 1 Achse tracken.

6 2 Linsiges System 1000-fache Konzentration

7 CPV-Tisch-Systeme Konzentration 500-fach

8 10 MW Solar zwei, Barstow/USA PV- Kraftwerk in Australien Konzentration 3000

9 3. Generation: Sol*Con Konzentrator (CPV) Vorteile: 144 Linsen und 144 Zelle gehärtete Glasscheibe außen geschlossenes System passiver Kühlung Konzentration ~ 700 Größen der Solarzellen 1,5 bis 2 mm²

10 Zusammenarbeit der Solar*Tec AG mit: Wissenschaftlich: Prof. Dr. I. Alferov, Nobelpreisträger Physik 2000, Prof. Dr. S. Andreev, Ioffe Institut, St. Petersburg Dr. B. Eydelmann. Telekom STV, Prof. Dr. V. Rumyantsev, Ioffe Institut Dr. G. Smekens, ENE, Brussels, Prof. Dr. K. Thiessen, Adlershof, Germany Technisch: Dr. CH. Ochs Wacker Chemie, Burghausen Dr. O. Schaefer, HYBRID MATERIALS, Wacker Chemie AG, München Dr. R. Maurer, FUNKTIONSSTOFFE, Wacker Chemie AG, München Edom und M. Goebel, Polymer Systems GmbH, Jenoptik, Triptis H.-U. Geyer, Fresnel Optics GmbH, Apolda, Germany SmartVision GmbH, Amberg, Germany F&K Delvotec Bondtechnik GmbH, Ottobrunn, Germany Muehlbauer AG, Roding, Germany P4Q Electronics, Research & Development, Alonsotegi (Bizkaia), Spain 3M Energy Advanced Materials Division, Neuss, Germany Wissenschaftlerteam im Ioffe Institut Dr. Zoidis, Hr. Sturm mit Prof.Andreev (re)

11 Aus dem Weltraum: hocheffiziente Solarzellen Juni/Juli 2006: ENE S.A., Brüssel ist das älteste europäische PV-Unternehmen und eine von nur 5 Gesellschaften weltweit, die Weltraumsolarzellen herstellen Februar 2008: Solar*Tec AG übernimmt 100 % der Anteile der ENE S.A., Brüssel AlGaAs/GaAs Solarzellen wurden im Ioffe Institut in St. Petersburg entwickelt und in russischen Raumschiffen eingesetzt. Beispiel: Raumstation Mir 1986.

12 Kostenreduktion durch Effizienzsteigerung 50,0 45,0 40,0 35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 Moduleffizienz in % 5, Silizium Wafer Dünnfilmtechnologie Konzentratort.

13 Sol*Con produzierter Strom wird konkurrenzfähig 30,0 Stromkosten per KW im Vergleich: Fossile Brennst./ Silizium/ Sol*Con Kalkulation für Länder mit hohem direkten Sonnenlichtanteil 25,0 Ce ent / W p 20,0 15,0 10,0 5,0 0, Fossile Brennst. Sol*Con Silizium Wafer Source: IEA, own forecast

14 Umwandlung der Solarstrahlung Nur Silizium: 3 Lagen Halbleiter Si GaInP GaInAs Ge Effizienz 14 % Effizienz 35 % +

15 Herstellung von Germanium 100 mm Ge Substrat = 7,6 gr = 500 Watt=0,015gr/Wp Vergleich zu 3,1 gr/wp für Standard Si-Module

16 Solarzellen Struktur

17 Zellen sortieren Weltweit einmalige Spezialentwicklung bei der Solartec AG 100% Kontrolle aller Solarzellen, Messung und Sortierung nach Klassen

18 Tapen von Solarzellen Solarzellen von der Folie abnehmen und in Bändern verpacken

19 Montage der Solarzellen auf dem Receiver Montage-Linie Pick and Place Bestückung der Receiver

20 Inline bonden, autom. Fertigung aus der Chip-Industrie Solarzellenbonder fertig montierte Solarzelle fertig montierte Diode Bondfuss

21 Test der Receiver Vorrichtung zum Flashen einzelner Receiver Bestückter Receiver mit Solarzellen und Diode

22 Zusammenfassung der Daten für Mold Injection 800 Tonnen Presse

23 Inline Dickdrahtbonden Dickdraht bonden über Stege Dickdrahtbonder Testtype Pulltest : Destructive Testspeed 3000 µm/s Testload 1000,00 cn Fallback 70 % Test results Module Bond Results Type Grade Comment ,66 Pass Heel Break ,38 Pass Heel Break ,13 Pass Heel Break 1 Dickdrahtbonden des 4 fach Receivers

24 Fresnellinse, 0.5 Aperturwinkel, Fokus 40mm

25 Berechnungsprogramm für Fresnellinsen

26 Ideale, gerechnete Fresnellinse und reale Struktur rechn. optimierte Fresnellinsen Werkzeug zur Fresnellinsen- Herstellung, Radien kleiner 5ym, Rauhigk. < 10nm fertige Fresnellinse

27 Zellen und Linsen ausrichten und verkleben Glasscheibe mit 144 Fresnellinsen Modulrahmen mit 16 Receivern

28 Inhalt Konzentratortechnologie Tracksysteme Neue Entwicklungen

29 Testeinrichtungen in Berlin-Adlershof und München-Aschheim Aschheim Testanlagen in Piacenza (Italien) Adlershof

30 2 Achsen-Steuerung über astronomische Berechn. und Licht-Sensor Anforderungen an einen Tracker und seine Steuerung : Genauigkeit der Nachführung < 0,1 Azimutbewegung 270 Elevationsbewegung 80 Betriebsbereitschaft und Böensicherheit bis Windgeschw. von 40 m/s = 144 km/h Betriebstemperatur : - 20º to 85º Relative Humidity: 95% Anemometer Lichtsensor Kontroller

31 Datenlogger, Wechselrichter, Notstromversorgung Datenlogger Notstromversorgung Wechselrichter

32 2-Achsen Tracksystem Ausgeklappte Module zur Reduzierung der Windlast

33 Tracksystem Montage Eindrehen der Bodenanker

34 Konzentratorsysteme sind in Bereichen ab 1400 kwh m -2 a -1 sinnvoll

35 Wechselrichter für die Konzentratorsysteme Leistungseinbrüche können bis zum vollständigen Rückgang des Stroms auf Null über Minuten vorkommen! Normale Wechselrichter interpretieren dies als Nachtabschaltung und trennen sich komplett von DC und AC Eine Wiedereinschaltung kann Geräteabhängig bis zu mehreren Minuten benötigen 1,4 0 1,2 0 1,0 0 0,8 0 0,6 0 0,4 0 0,2 0 blau=egis Tracker mit zwei hintereinander geschalteten Modulen lila = Carpe Diem Tracker m it einem Modul Für Konzentratorsysteme sind die Wechselrichter speziell anzupassen 0,0 0 9:30 9:39 9:47 9:56 10:05 10:14 10:22 10:31 10:40 10:49 10:57 11:06 11:15 11:24 11:32 11:41 11:50 11:58 12:07 12:16 12:25 12:33 12:42

36 Inhalt Konzentratortechnologie Tracksysteme Neue Entwicklungen

37 Entwicklungsprojekte Sekundäroptik zur Vergrößerung des Akzeptanzwinkels

38 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Solar*Tec AG Uhlandstr Aschheim