KoMGen – Charakterisierung von Parabolspiegeln für Konzentrator-PV

Die konzentrierende Photovoltaik (CPV) verwendet winzige Solarzellen zur Energieumwandlung und eine größere Fläche mit Optiken, um das Sonnenlicht zu sammeln und zu fokussieren. Dazu eignen sich Parabolspiegel, die im Gegensatz zu Linsen keine chromatische Aberration aufweisen. Die Verteilung des fokussierten Sonnenlichts auf der Solarzelle entscheidet mit über die Effizienz des Gesamtsystems. Wir bestimmen diese Verteilung an einem neu entwickelten Messplatz und verwenden sie zur Vorhersage des Systemverhaltens. Damit können wir die Geometrie der Parabolspiegel und deren Herstellungsprozesse optimieren sowie Qualitätskontrollen durchführen.

CPV-Systeme konzentrieren das direkte Sonnenlicht z. B. mit Parabolspiegeln auf kleine Solarzellen. Die optischen Eigenschaften der Spiegel charakterisieren wir mit unserem neu entwickelten Messplatz. Das Messsystem misst die optische Konzentration ortsaufgelöst in der Brennebene des Parabolspiegels, wo sich in einem Konzentrator-Photovoltaiksystem die Solarzelle befinden würde. Die Messung ermöglicht damit direkt Rückschlüsse auf die räumliche Verteilung der Zellbestrahlung im realen System.

Da der Brennpunkt eines Parabolspiegels in dessen Eintrittsapertur liegt, würde ein dort platzierter Detektor im Messsystem das einfallende Licht blockieren. Deshalb haben wir dort einen kleinen Diffusor eingebaut, der über einen Umlenkspiegel mit Hilfe einer außerhalb der Eintrittsapertur montierten CCD-Kamera fotografiert wird (Abb. 2).

Die Unterschiede zweier Parabolspiegel, die mit unterschiedlichen Herstellungsprozessen gefertigt wurden, werden in den am Messplatz bestimmten Lichtverteilungen deutlich sichtbar. Ein Spiegel bündelt das Licht sehr gut in einem Punkt (Abb. 3, links). Beim anderen Spiegel zeigt die Lichtverteilung eine sternförmige Verteilung im Fokus (Abb. 3, rechts). Dies lässt auf Formfehler während der Produktion schließen. Die Messergebnisse geben Aufschluss über den Einfluss dieser Formabweichungen auf die Leistung des CPV-Systems und liefern wichtige Erkenntnisse zur weiteren Verbesserung des optischen Konzentratorsystems.

Über das Projekt

Am Fraunhofer ISE decken wir die gesamte Entwicklungskette eines photovoltaischen Konzentratorsystems (CPV) ab, von der Entwicklung der Komponenten Solarzelle oder Konzentratoroptik bis zum kompletten Modul und System sowie die Charakterisierung der Komponenten und Module. Im Projekt „Entwicklung von Konzentratormodulen der nächsten Generation – KoMGen“ wurden am Fraunhofer ISE neue Konzepte für die photovoltaische Konzentratortechnologie entwickelt. Die Konzepte wurden im Projekt sowohl technologisch als auch ökonomisch evaluiert und bilden die Grundlage für zukünftige photovoltaische Konzentratorsysteme.

Der Artikel »Charakterisierung von Parabolspiegeln für Konzentrator-PV« beleuchtet dabei nur einen Aspekt des KoMGen-Projekts. Ein weiteres Teilprojekt untersuchte die CPV-Modul-Technologie auf Basis der Cassegrain-Optik.