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Fraunhofer-Gesellschaft

Deutscher Umweltpreis für Fraunhofer-Forscher: Konzentriertes Sonnenlicht

Erfolg für Solar-Experten: Dr. Andreas Bett vom Fraunhofer ISE und Hansjörg Lerchenmüller von der Firma Soitec erhalten den Deutschen Umweltpreis 2012. Bundespräsident Joachim Gauck ehrt sie für die Entwicklung und industrielle Umsetzung von Konzentrator-Photovoltaik-Systemen am 28. Oktober mit der Auszeichnung.

Klimawandel, versiegende fossile Ressourcen, wachsende Weltbevölkerung – wenn wir künftig eine zuverlässige, umweltfreundliche Energieversorgung wollen, brauchen wir neue Lösungen. Die Sonne liefert unbegrenzt sauberen Strom und kann so helfen, den Energiebedarf zu decken. Um das Potenzial der Sonnenenergie besser auszuschöpfen, muss die Photovoltaik-Technik aber noch effizienter und kostengünstiger werden. Hier setzen die Arbeiten von Andreas Bett vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg und Hansjörg Lerchenmüller von dem Unternehmen Soitec an: Sie haben Konzentrator-Photovoltaik-Systeme auf der Basis von Mehrfachsolarzellen entwickelt und industriell umgesetzt. Damit lässt sich etwa doppelt so viel Energie aus Sonnenlicht in Strom umwandeln wie dies auf Basis von Silizium möglich ist. Für diese Technologie werden die beiden Photovoltaik-Experten mit dem Deutschen Umweltpreis 2012 geehrt.

Die mit 500 000 Euro dotierte Auszeichnung ist einer der bedeutendsten Umweltpreise in Europa. In diesem Jahr geht der Preis an zwei Projekte. Neben den Konzentrator-Photovoltaik-Experten wird auch Günther Cramer, Mitbegründer und Aufsichtsratschef der SMA Solar Technology AG in Kassel, für seine weltweit marktführende Photovoltaikwechselrichter-Entwicklung geehrt.

Stromausbeute verdoppelt

Doch wie gelingt es, mit Mehrfachsolarzellen die Stromausbeute zu verdoppeln? Herkömmliche Solarzellen aus Silizium können nicht das gesamte Spektrum des Sonnenlichts in Strom umwandeln. Die Preisträger verwenden daher mehrere unterschiedliche Halbleitermaterialien. Sie stapeln Lagen aus Galliumindiumphosphid, Galliumindiumarsenid und Germanium übereinander und können so die Sonnenenergie nahezu komplett einfangen. Vor drei Jahren erzielte das Forscherteam um Andreas Bett damit im Labor einen Wirkungsgrad von 41,1 Prozent – damals Weltrekord.

Sonnenlicht wird gebündelt

Die Herstellung von Dreifachsolarzellen ist aufwändig und teuer. Um Mehrfachsolarzellen dennoch preiswert zu fertigen, greifen die Forscher zu einem Trick. Sie setzen vor jede Zelle eine Linse, die das Sonnenlicht 500-fach bündelt. Nun genügen winzige Halbleiter von nur drei Millimeter Durchmesser, um den fokussierten Lichtstrahl aufzufangen. »Der Einsatz dieser kostengünstigen fokussierenden Optik ermöglicht einen sparsamen Einsatz der vergleichsweise teuren Halbleitermaterialien. Je nach Konzentrationsfaktor benötigt man nur ein Fünfhundertstel bis Tausendstel des Halbleitermaterials – und erhöht dennoch die Effizienz der Solarzelle«, erläutert Dr. Andreas Bett, Bereichsleiter »Materialien – Solarzellen und Technologie« und stellvertretender Institutsleiter am Fraunhofer ISE.

Effizienz der Mehrfachsolarzellen gesteigert

Bett ist es gemeinsam mit seinen Kolleginnen und Kollegen am Fraunhofer ISE gelungen, die Effizienz von Mehrfachsolarzellen zu verbessern und den Aufbau der Konzen-trator-Photovoltaik-Module zu optimieren. Zur industriellen Umsetzung wurde die Firma Concentrix im Jahr 2005 in Freiburg gegründet. Vier Jahre später hat das Unternehmen Soitec den spin off übernommen. Hansjörg Lerchenmüller, ehemaliger Mitstreiter am Fraunhofer ISE, treibt seit der Ausgründung die Kommerzialisierung und Internationalisierung voran. Soitec hat das Konzept der Konzentrator-Photovoltaik-Module erfolgreich in die Serienfertigung transferiert und ist heute einer der Weltmarktführer. Die industriell hergestellten Module haben einen Wirkungsgrad von 30 Prozent. Einen Wert, den Lerchenmüller und Bett in den kommenden Jahren noch steigern wollen.

Die Konzentrator-Photovoltaik-Module benötigen direkte Sonneneinstrahlung. Sie sind deshalb besonders für den Einsatz in Südeuropa, Nordafrika, dem Südwesten der USA oder im Nahen Osten in Solarparks geeignet.  Solarkraftwerke des Unternehmens Soitec – mit einer Gesamtleistung von über 10 Megawatt – stehen bereits in 14 Ländern weltweit.

Über den Umweltpreis

Die Deutsche Bundesstiftung Umwelt DBU vergibt jährlich Ende Oktober die mit 500 000 Euro höchstdotierte Umweltauszeichnung Europas. Seit 1993 ehrt die DBU mit dem Deutschen Umweltpreis Persönlichkeiten für ihre herausragenden Leistungen und den Einsatz im Umweltschutz.

Über das Fraunhofer ISE

Mit 1200 Mitarbeitern ist das in Freiburg angesiedelte Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE das größte europäische Solarforschungs-Institut. Das Fraunhofer ISE setzt sich für ein nachhaltiges, wirtschaftliches, sicheres und sozial gerechtes Energieversorgungssystem ein. Es schafft technische Voraussetzungen für eine effiziente und umweltfreundliche Energieversorgung, sowohl in Industrie- als auch in Schwellen- und Entwicklungsländern. Hierzu entwickelt das Institut Materialien, Komponenten, Systeme und Verfahren in insgesamt acht Geschäftsfeldern: Energieeffiziente Gebäude und Gebäudetechnik, Angewandte Optik und funktionale Oberflächen, Solarthermie, Silicium-Photovoltaik, Photovoltaische Module und Systeme, Alternative Photovoltaik-Technologien, Regenerative Stromversorgung sowie Wasserstofftechnologie. Das Institut verfügt über mehrere akkreditierte Testzentren.

Über Soitec

Soitec ist ein internationaler Marktführer in der Entwicklung und Herstellung neuartiger Materialien für die Halbleiterindustrie und ein Vorreiter im Bereich Energie und Elektronik. Soitec stellt unter anderem Substrate für die Mikroelektronik, wie etwa SOI (Silicon-on-Insulator) und Konzentrator-PV-Systeme her. Soitecs Schlüsseltechnologien sind Smart Cut™, Smart Stacking™ und Concentrix™. Außerdem verfügt das Unternehmen über besondere Expertise im Bereich Epitaxie. Diese Produkte finden Anwendung in der Verbraucherelektronik, mobilen Geräten, Mikroelektronik, Telekommunikation sowie in der Automobilelektronik, in der Beleuchtung und in Solarkraftwerken. Soitec verfügt über Produktionsanlagen und Forschungszentren in Frankreich, Singapur, Deutschland und den Vereinigten Staaten.

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