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 Was begrenzt den Wirkungsgrad einer Silizium Solarzelle? Spektrale Einstrahlung [W/m 2 µm] Leistungsdichte [W/m² µm] Sonnenspektrum AM1.5 spectrum AM1.5 Sonnenspektrum Spektrum Wellenlänge [nm] Wellenlänge [nm] 6/21 7

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

9 Mit gestapelten Solarzellen lässt sich das Sonnenlicht weitaus besser nutzen Spectral irradiance [W/m 2 µm] Leistungsdichte [W/m² µm] 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 50 Hohe Wirkungsgrade lassen sich nur mit Mehrfachsolarzellen erreichen Wirkungsgrad [%] Silizium-Konzentratorzellen III-V-Mehrfachsolarzellen III-V-Mehrfachsolarzellen am ISE Mehrfachsolarzellen Mehrfachsolarzellen (ISE) Silizium Konzentratorzellen Jahr Quelle: Fraunhofer ISE 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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