Konzentrierende Photovoltaik erzeugt mehr Strom aus Sonnenlicht

Eine starke Lupe und ein Blatt Zeitungspapier - mehr braucht es nicht, um ein Lagerfeuer zu entfachen. Zumindest sofern die Sonne kräftig scheint: Sie hat so viel Energie, dass das Papier in Flammen aufgeht, wenn die gebündelten Sonnenstrahlen darauf treffen.

Jetzt will auch die Photovoltaikindustrie dieses so einfache wie wirkungsvolle Prinzip nutzen. Unternehmen und Forschungsinstitute arbeiten an neuartigen Solarmodulen, die mit besonderen Linsen ausgerüstet sind. Wie eine Lupe konzentrieren sie die einfallenden Sonnenstrahlen um das 500- bis 1000fache - und damit auch deren Energiegehalt. Die Solarzellen können so auf sehr kleiner Fläche viel Strom gewinnen.

Mit der CPV-Technologie (Concentrated Photovoltaics) erzielen Wissenschaftler heute im Labor bereits Wirkungsgrade von 40 Prozent und mehr. Bei fabrikgefertigten CPV-Modulen sind es immerhin noch 30 Prozent. Ein enorm hoher Wert - die handelsüblichen Siliziummodule kommen gerade einmal auf die Hälfte.

Und während die Hersteller konventioneller Module mühsam um jedes Zehntelprozent mehr Wirkungsgrad kämpfen, schrauben die Konzentrator-Spezialisten die Effizienz ihrer Produkte binnen kürzester Zeit gleich um ganze Prozentpunkte nach oben. Dabei ist das Ende der Fahnenstange längst noch nicht erreicht: "Ich gehe davon aus, dass wir auf Zellebene in den nächsten Jahren die Fünfzig-Prozent-Marke knacken werden", sagt Andreas Bett vom Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme, das großen Anteil an der Entwicklung dieser Technologie hat. Bett wird Ende Oktober mit dem Deutschen Umweltpreis ausgezeichnet, er ist einer von drei Preisträgern in diesem Jahr.

Sonnenstrom für unter zehn Cent pro Kilowattstunde

Möglich wird die Rekord-Ausbeute mit einem einfachen Trick: Da das gebündelte Sonnenlicht auf eine winzige Fläche fällt, können die Modulhersteller teure Materialien verwenden, denn sie brauchen nicht viel davon. Meist setzen sie Halbleiter-Verbindungen etwa aus Gallium, Indium oder Germanium ein, welche die Solarstrahlung sehr gut verwerten. Die Unternehmen schichten dabei gleich mehrere verschiedene Halbleiter übereinander - wie auf einem üppig belegtem Sandwich. Der Clou dabei: Da jede Schicht andere Wellenlängen absorbiert, nutzen die Zellen einen viel größeren Spektralbereich des Sonnenlichts aus als die klassische Silizium-Photovoltaik. Doch auch Siliziummodule könnten mit einer speziellen Beschichtung ein breiteres Strahlungsspektrum erschließen - Forscher aus Cambridge arbeiten zurzeit an einem solchen Konzept.

Der hohe Wirkungsgrad und der geringe Materialbedarf machen den Strom aus den CPV-Anlagen sehr günstig. "In Regionen mit hoher Sonneneinstrahlung können Sie damit heute schon für deutlich unter zehn Cent pro Kilowattstunde Strom erzeugen", sagt Bett. Voraussetzung dafür seien jedoch gute Konditionen bei der Finanzierung der Anlage. Die US-amerikanischen Analysten von GTM Research gehen davon aus, dass die Kosten bis 2015 sogar auf sieben Eurocent fallen werden. Damit wäre die Solarenergie etwa genauso billig wie Strom aus Kohlekraftwerken.

Allerdings sind solche Vorhersagen mit Vorsicht zu genießen. Denn wie günstig der CPV-Strom eines Tages tatsächlich sein wird, hängt neben den Kapitalkosten und dem Standort der Anlage auch davon ab, wie viele Module produziert werden - je höher die Stückzahl, desto niedriger die Fertigungskosten.

Dirk Morbitzer, Geschäftsführer des Beratungsunternehmens Renewable Analytics, hält die Kostenprognose aber grundsätzlich für richtig: "Abhängig davon, welche Sonneneinstrahlung und welche Finanzierungsbedingungen angesetzt werden, ist es absolut realistisch, dass die Kosten bis 2015 sogar auf unter sieben Cent sinken werden." Angesichts des gegenwärtigen Preisverfalls gelte dies allerdings genauso für die Solarsysteme ohne Konzentrator-Technik, betont der Analyst.

Große CPV-Solarparks geplant

Nach Jahren der Forschung sind die Unternehmen jetzt in die Serienfertigung eingestiegen. Die zur französischen Soitec-Gruppe gehörende Freiburger Firma Concentrix zum Beispiel baut zurzeit in San Diego eine große CPV-Produktion auf. Allein in Kalifornien will das Unternehmen bis 2015 Solarparks mit einer Leistung von 300 Megawatt errichten.

Dass die Anlagen fern der Heimat entstehen, ist kein Zufall. Denn die Konzentrator-Technologie arbeitet nur effizient, wenn die Solarstrahlung direkt auf die Module fällt. Verbirgt sich die Sonne hinter Wolken, können sie mit dem Streulicht kaum etwas anfangen. Deshalb eignet sich die Technologie vor allem für Länder mit viel Sonnenschein, etwa für die Mittelmeer-Anrainer. Die etablierte Silizium-Photovoltaik wird die CPV dort nicht verdrängen, da auch sie immer günstiger wird. Ein neuer Hoffnungsträger für die zurzeit so gebeutelte Solarbranche sind die Sandwich-Module aber. Das lockt auch die großen Konzerne: So hat sich Siemens im vergangenen Jahr am US-amerikanischen CPV-Hersteller Semprius beteiligt.