Der Forscher der ETH Zürich Thomas Cooper hat ein neues und kostengünstiges System entwickelt, um das Sonnenlicht auf Solarzellen in CPV-Systemen maximal zu konzentrieren. Über einen ersten Spiegel aus Polymerfolie leitet er das Sonnenlicht auf einen zweiten Sekundärspiegel und erreicht damit die notwendige Konzentration des Sonnenlichts.
Erstmals gewinnt ein Photovoltaikforscher den begehrten Preis der Hans Eggenberg Stiftung mit Sitz in Zürich. Der Wissenschaftler der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH) Thomas Cooper wurde für seine Arbeit an preiswerten Spiegelsystemen für die konzentrierende Photovoltaik (CPV) geehrt.
Licht maximal konzentrieren
Um eine möglichst hohe Energieausbeute aus den in CPV-Systemen genutzten Stapelzellen zu erreichen, muss das Sonnenlicht maximal konzentriert werden. Dazu setzen die Hersteller dieser Systeme dreidimensionale Spiegel ein. Der Nachteil ist: Diese Spiegel sind teuer. Die billigeren tangentialen Spiegelsysteme erreichen wiederum nicht die notwendige Konzentration des Sonnenlichts. Der Züricher Forscher hat ein Weg gefunden, die bisher eingesetzten teuren dreidimensionalen Parabolspiegel durch eine verspiegelte Polymerfolie zu ersetzen. Diese Polymerspiegel werden so aufgeblasen, dass die Form von vier tangential verbundenen Kreisbögen entsteht. Die Form der Kreisbögen kann so variiert werden, dass die gleiche Konzentrationsleistung wie die eines Parabolspiegels erreicht wird.
Paradigmenwechsel in der CPV-Technologie
Um die notwendige Konzentration des Sonnenlichts auch in zweidimensionalen, sogenannten liniensymmetrischen Spiegelsystemen zu erreichen hat Cooper einen neuartigen Sekundärkonzentrator entwickelt. Dadurch kann er die Konzentration des Sonnenlichts auf die Solarzelle auch in solchen Systemen auf das 500fache steigern. Cooper hat die Sekundärkonzentratoren auf seinen pneumatischen Primärspiegel abgestimmt. „Die Bauweise stellt innerhalb der Sonnenkollektoren einen Paradigmenwechsel hin zu kostengünstigeren Strukturen dar, die grosse Flächen bedecken und damit hohe elektrische Leistungen generieren können“, begründen die Juroren ihre Entscheidung. „Schließlich eröffnet die in Thomas Coopers Arbeit präsentierte Bauweise zusammen mit den vorgestellten Methoden neue Möglichkeiten für kostengünstige konzentrierende Sonnenkollektoren mit hohem Wirkungsgrad. Dadurch erweitert sich das mögliche Anwendungsfeld für diese Kollektoren.“
Prototyp steht schon
Um zu zeigen, dass sein System auch funktioniert, hat er zusammen mit dem schweizerischen CPV-Hersteller Airlight Energy in Biasca, Tessin, einen Prototypen in Originalgröße aufgebaut. Beim ersten Test erreichte die Konstruktion das höchste je für Konzentratorsystemen mit Parabolrinnen gemessene Sonnenkonzentrationsverhältnis. Außerdem maßen die Forscher einen maximalen Wirkungsgrad von 20,2 Prozent. Das sein Weltrekord für eine derartige Konstruktion, erklären die Konstrukteure der Anlage.
Im nächsten Schritt will Airlight Energy das System auf den Markt bringen. Es sei vor allem für entlegene Regionen der Welt mit hoher Sonneneinstrahlung gut geeignet, da die Materialien für die Unterkonstruktion aus Gussbeton durchaus auch in solchen Regionen vorhanden sind. Die Spiegelmembrane haben die Dicke von nur einem Zehntel Millimeter und werden eingerollt ausgeliefert. Dadurch sinkt der Aufwand beim Transport in entlegene Gebiete. (su)
