Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE
Die konzentrierende Photovoltaik (engl. concentrating photovoltaics, CPV) nutzt optische Systeme, um Sonnenlicht vielfach zu bündeln und auf hocheffiziente III‑V-Mehrfach-Solarzellen zu fokussieren. Diese Solarzellen wurden ursprünglich für Anwendungen im Weltraum entwickelt und erreichen höchste photovoltaische Wirkungsgrade.
Durch die starke Konzentration der Solarstrahlung wird nur eine sehr kleine Halbleiterfläche benötigt. Dies reduziert den Materialeinsatz um mehrere Größenordnungen und ermöglicht den wirtschaftlichen Einsatz komplexerer Mehrfachsolarzellen. Gleichzeitig führt der geringere Materialbedarf zu einem reduzierten CO2-Fußabdruck der Module, wodurch CPV sowohl ökonomische als auch ökologische Vorteile bietet.
Am Fraunhofer ISE entwickeln wir CPV-Module vom Zell‑ und Optikdesign über das Modul bis hin zum kompletten System. Dabei reichen unsere Demonstratoren von kompakten Testmodulen bis hin zu Panel-Formaten (etwa 60×45 cm²). Weiterhin entwickeln wir wettbewerbsfähige Lösungen für die weitere Skalierung und Produktion von Modulen.
Ein besonderer Fokus liegt auf der Micro‑CPV-Technologie. Durch die Miniaturisierung der Solarzellen auf Sub‑mm²‑Größe und die Integration in hochgradig parallelisierte Fertigungsprozesse entstehen neue Ansätze für eine kosteneffiziente Massenproduktion bei gleichzeitig sehr hohen Wirkungsgraden.
CPV-Systeme sind besonders geeignet für Standorte mit hoher direkter Solarstrahlung. Anwendungen liegen im Bereich solarer Kradtwerke, in der Agri-Photovoltaik oder in der Kombination mit der Erzeugung von grünem Wasserstoff.
Neben linsenbasierten Modulen verfolgen wir auch Konzepte mit Spiegeloptiken. Diese werden beispielsweise in zentralen Receivern eingesetzt, in denen hochkonzentrierte Strahlung auf dicht gepackte Solarzellen trifft. In solchen Systemen kann neben elektrischer Energie auch Wärme bereitgestellt werden. Dies eröffnet neue Anwendungen, etwa durch die Kombination von Stromerzeugung mit Prozesswärme oder Meerwasserentsalzung.
Durch die Kombination aus höchster Effizienz, reduziertem Ressourceneinsatz und systemischer Integration schaffen wir die Grundlage für eine neue Generation leistungsfähiger und nachhaltiger Photovoltaiksysteme.
