Hochkonzentrierende Systeme (HCPV)

FuE-Leistungen

Unsere FuE-Leistungen im Arbeitsgebiet Hochkonzentrierende Systeme (HCPV) umfassen das Design, Fertigung und Charakterisierung von Konzentratormodulen und Komponenten sowie der Untersuchung von kompletten Systemen:

Konzentratormodule

Produktionsprozesse

Konstruktion, Auslegung und Simulation

Untersuchung der Zuverlässigkeit

Charakterisierung von CPV-System­komponenten

PV-Konzentrator­kraftwerke

Um die III-V Mehrfachsolarzellen auch terrestrisch zu nutzen, entwickeln wir hochkonzentrierende Photovoltaiksysteme. Dazu untersuchen und qualifizieren wir optische Komponenten, die das Sonnenlicht um den Faktor 300-1000 konzentrieren, bevor es in der III-V Mehrfachsolarzelle in elektrische Energie gewandelt wird. Im Bereich der Konzentratorsysteme arbeiten wir an der Weiterentwicklung der gesamten Technologiekette von der Solarzelle über die Konzentratoroptik und Modulfertigung, der spezifischen Elektronik bis zum kompletten System und Monitoring. Ein zentrales Element für die Technologie ist die Entwicklung der Konzentratormodule, die am Fraunhofer ISE im Concentrator Technology & Evaluation Center (ConTEC) zusammengefasst ist. Die Forschungsschwerpunkte des ConTEC liegen auf der Optimierung des Designs, des Herstellungsprozesses und der Zuverlässigkeit von CPV-Modulen. Unsere Kompetenzen im Bereich der thermischen, optischen und elektrischen Simulation stellen wir Kunden zur Verfügung. Wir optimieren und entwickeln Prozesse und innovative Systeme.

Ein Beispiel für die erfolgreiche Modulentwicklung ist die am Fraunhofer ISE entwickelte FLATCON®-Technologie, die heute von Soitec Solar erfolgreich kommerzialisiert wird. Daneben entwickeln wir alternative Modulkonzepte, z. B. durch den Einsatz von Spiegeloptiken für sehr hohe geometrische Konzentrationen. Weiterhin untersuchen wir die Co-Generation von Wärme und Elektrizität in einem konzentrierenden System, um Systemwirkungsgrade mit über 70 % zu realisieren.

Zur Charakterisierung von CPV-Komponenten stehen verschiedene experimentelle Methoden zur Verfügung.

Im Bereich der hochkonzentrierenden PV-Konzentratorsysteme entwickeln wir Konzentratormodule und –systeme und bieten:

  • Integration und testen von neuartigen Zellen in Konzentratormodulen
  • Experimentelle Untersuchung neuer Konzepte und Komponenten (z.B. Sekundäroptiken) für die CPV
  • Designoptimierung und Analyse mittels Finite-Elemente-Methode (FEM) und Computational fluid dynamics (CFD)
  • Produktion von Pilot- und Kleinserien mit automatisierten Fertigungstechnologien (z.B. Pick & Place, Bond-, Klebe- und Lötverbindung)
  • Untersuchung der Zuverlässigkeit und Langzeitstabilität
  • Labor- und Außenmessungen

Ausgewählte Forschungsprojekte

 

HeKMod4

Hocheffizientes Konzentratormodul mit GaSb-basierter Vierfachsolarzelle

 

CPVIndien

Forschungskooperation Klimatechnologie

 

CPV-T System gekoppelt mit Entsalzungssystemen

 

Aktuelle Veröffentlichungen zum Thema Hochkonzentrierende Systeme (HCPV):

YearTitle/AuthorDocument Type
2017Concentrating photovoltaic systems
Steiner, M.; Gerstmaier, T.; Bett, A.W.
Book Article
201643 % direct sunlight conversion efficiency using 4J cell with achromatic full glass lens
Steiner, M.; Siefer, G.; Schmidt, T.; Wiesenfarth, M.; Dimroth, F.; Bett, A.W.
Conference Paper
2016CPV-T Mirror Dish System Combined with Water Desalination Systems
Wiesenfarth, M.; Went, J.; Bösch, A.; Dilger, A.; Kec, T.; Kroll, A.; Koschikowsi, J.; Bett, A.W.
Conference Paper
2016Rating of CPV modules: Results of module round robins
Steiner, Marc; Siefer, Gerald; Baudrit, Mathieu; Askins, Stephen; Domínguez, César; Antón, Ignacio; Roca, Francesco; Fucci, Raffaele; Cancro, Carmine; Romano, Antonio; Graditi, Giorgio; Pugliatti, Paola Maria; Stefano, Agnese di; Kenny, Robert; Norton, Matthew; Minuto, Alessandro; Morabito, Paolo; Muller, Matthew; Riley, Daniel; Pratt, Larry
Conference Paper
2016Recent Development in Direct Generation of Hydrogen Using Multi-Junction Solar Cells
Ohlmann, J.; Sanchez, J.M.; Lackner, D.; Förster, P.; Steiner, M.; Fallisch, A.; Dimroth, F.
Conference Paper
2015Analysis of the output of two isotype cell sets compared to a precicion spectroradiometer
Norton, M.; Galleano, R.; Siefer, G.; Steiner, M.; Kenny, R.; Zaaiman, W.
Conference Paper
2015Challenges and perspectives of CPV technology: Presentation held at 42nd IEEE Photovoltaic Specialists Conference 2015, New Orleans, USA, 14.06.2015-19.06.2015
Bett, A.W.
Presentation
2015CPV module design optimization for advanced multi-junction solar cell concepts
Steiner, M.; Kiefel, P.; Siefer, G.; Wiesenfarth, M.; Dimroth, F.; Krause, R.; Gombert, A.; Bett, A.W.
Conference Paper
2015CPV module with fresnel lens primary optics and homogenizing secondary optics
Wiesenfarth, M.; Dörsam, T.; Eltermann, F.; Hornung, T.; Siefer, G.; Steiner, M.; Riesen, S. van; Neubauer, M.; Boos, A.; Wanka, S.; Gombert, A.; Bett, A.W.
Conference Paper
2015A high-efficiency hybrid high-concentration photovoltaic system
Zimmermann, S.; Helmers, H.; Tiwari, M.K.; Paredes, S.; Michel, B.; Wiesenfarth, M.; Bett, A.W.; Poulikakos, D.
Journal Article
2015Quantum efficiency measurement of concentrator photovoltaic modules
Mundus, M.; Rapp, C.; Missbach, T.; Siefer, G.; Hohl-Ebinger, J.; Bett, A.W.; Warta, W.
Conference Paper
2015Technical analysis and optimization of a high concentrating photovoltaic power tower
Ordóñez Moreno, K.; Heimsath, A.; Wiesenfahrt, M.; Schöttl, P.; Nitz, P.
Conference Paper
2015YieldOpt, a model to predict the power output and energy yield for concentrating photovoltaic modules
Steiner, M.; Siefer, G.; Hornung, T.; Peharz, G.; Bett, A.W.
Journal Article
2014Challenges for Thermal Management and Production Technologies in Conchotovoltaic (CPV) Modules
Wiesenfarth, M.; Gamisch, S.; Dörsam, T.; Bett, A.W.
Conference Paper
2014Development and Investigation of a CPV Module with Cassegrain Mirror Optics
Dreger, M.; Wiesenfarth, M.; Kisser, A.; Schmid, T.; Bett, A.W.
Conference Paper
2014High-Efficiency - A Key for CPV: Presentation held at CPV-10, 10th International Conference on Concentrator Photovoltaic Systems 2014, Albuquerque, USA, 08.04.2014
Bett, A.W.
Presentation
2014Highly Efficient Multi-junction Solar Cells
Bett, A.
Presentation
2014III-V multi-junction solar cells and concentrating photovoltaic (CPV) systems
Philipps, S.P.; Bett, A.W.
Journal Article
2014Investigation of Different Fresnel Lens Designs and Methods to Determine the Optical Efficiency
Wiesenfarth, M.; Steiner, M.; Wolf, J.; Schmidt, T.; Bett, A.W.
Conference Paper
2014Similarities and Differences between Terrestrial CPV and Space Multi-Junction Solar Cells: Presentation held at 10th European Space Power Conference 2014, Noordwijkerhout, Netherlands, 13.04.2014-17.04.2014
Bett, A.W.
Presentation
2014SPICE network simulation to calculate thermal runaway in III-V solar cells in CPV modules
Steiner, M.; Siefer, G.; Bett, A.W.
Journal Article
2013Analysis of high concentration passively cooled CPV module designs using mirror optics
Dreger, M.; Wiesenfarth, M.; Schmid, T.; Bett, A.W.
Conference Paper
2013Conceptual product development with integrated concentrating PV systems - CPV in the built environment from a designer's perspective
Reinders, A.; Wiesenfarth, M.; King, R.R.
Conference Paper
2013Design criteria for robust and secure next generation CPV control systems
Benoit, P.; Fey, S.; Rohbogner, G.; Kohrs, R.; Wittwer, C.; Georg, D.; Wüllner, J.; Gombert, A.
Conference Paper
2013Efficiency of dense-array CPVT module with front-side interconnected cells
Polonsky, G.; Shelef, G.; Flitsanov, Y.; Wiesenfarth, M.; Steiner, M.; Helmers, H.; Bett, A.W.; Kribus, A.
Conference Paper
2013Investigations on 3-dimensional temperature distribution in a FLATCON-type CPV module
Wiesenfarth, M.; Gamisch, S.; Kraus, H.; Bett, A.W.
Conference Paper
2013Ko-Generation von Elektrizität und Wärme aus konzentriertem Sonnenlicht: Überblick über Technologie und Anwendungen
Helmers, H.
Book Article
2013Temperature dependent electroluminescence and voltages of multi-junction solar cells
Karcher, C.; Helmers, H.; Schachtner, M.; Dimroth, F.; Bett, A.W.
Conference Paper
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