Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE
Die optische Leistungsübertragung mit Power-by-Light Systemen (auch bekannt unter dem Namen Power-over-Fiber) ist eine elegante Lösung zur Versorgung von Sensoren oder Aktoren, wenn eine konventionelle Leistungsversorgung über Kupferkabel nicht oder nur eingeschränkt realisierbar ist. Gründe dafür können ganz unterschiedlicher Natur sein, z.B. die Forderung nach galvanischer Trennung, Hochspannung, Blitzschutz, elektromagnetischer Verträglichkeit, die Notwendigkeit drahtloser Energieübertragung, Gewichtsreduktion, die Vermeidung von Funkenbildung, Korrosionsbeständigkeit, hohe Magnetfelder oder rotierende Systeme. Als Beispiele für die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten sind zu nennen die Strukturüberwachung von Windkraftanlagen, Treibstoffsensorik in Flugzeugen, die Überwachung von Hochspannungsleitungen, die optische Versorgung von Automobilsensorik, Biosensorik in smarten Implantaten, oder auch die Überwachung von passiven optischen Netzwerken.
Am Fraunhofer ISE entwickeln wir spezielle Photovoltaikzellen für Power-by-Light Anwendungen, die mit höchster Effizienz monochromatisches Licht in elektrische Energie wandeln, sogenannte Laserleistungszellen. Schwerpunkte unserer Forschung liegen in der Materialentwicklung für spezifische Laserwellenlängen, der Optimierung der Zellstruktur für die Wandlung von monochromatischem Licht und in der Entwicklung fortschrittlicher Zellkonzepte zur Erhöhung der Ausgangsspannung. Weitere Themen sind die Charakterisierung der Zellen unter monochromatischem Licht, Zuverlässigkeitsuntersuchungen, sowie Packaging und Systemintegration. Darunter fallen auch die Kombination von Leistungs- und Datenübertragung, sowie die Ankopplung an elektronische Schaltungen.
Mit einer GaAs-basierten Laserleistungszelle, hergestellt in Dünnschichttechnik mit Rückseitenspiegel, haben wir einen opto-elektrischen Wandlungswirkungsgrad von 67.3% erreicht, gemessen bei einer Laserwellenlänge von 860 nm und einer Bestrahlungsstärke von 9.6 W/cm².
Spricht man von Photovoltaikzellen denkt man üblicherweise – ganz im Namen des Leitmotivs des Fraunhofer ISE, der Energiewende – an die Wandlung von Solarstrahlung in elektrische Leistung. Eine interessante andere Anwendung finden Photovoltaikzellen in sogenannten Power-by-Light Systemen (auch bekannt unter dem Begriff Power-over-Fiber) zur optischen Leistungsversorgung von elektronischen Anwendungen. Hier wird die PV-Zelle nicht als Solarzelle eingesetzt, sondern zur Wandlung von Laserlicht in elektrische Leistung genutzt.