Bei der Konzentratortechnologie - kurz CPV von »Concentrator Photovoltaics« - geht es um den Aufbau von Solarkraftwerken. In den sonnenintensiven Ländern des »Sonnengürtels« treten diese Kraftwerke an, traditionellen Wasser-, Kohle- oder Atomkraftwerken Konkurrenz zu machen. Mit den Photovoltaik(PV)-Anlagen, die hierzulande auf vielen Hausdächern angebracht sind, hat das nicht viel gemein. Im Gegensatz zu diesen Systemen benötigt CPV nur einen Bruchteil des Halbleitermaterials und zugleich ist die Leistung pro Quadratmeter Modulfläche etwa doppelt so hoch wie bei herkömmlichen PV-Anlagen .
Weltraumtechnik wird nutzbar für Solarkraftwerke
Der hohe Wirkungsgrad wird möglich, indem man mehrere Solarzellen übereinanderstapelt. »Ursprünglich wurden Mehrfachsolarzellen für den Weltraum entwickelt; die meisten Satelliten im All sind mit ihnen bestückt. Sie liefern den Strom für den Betrieb«, erzählt Lerchenmüller. Da das Herstellungsverfahren vergleichsweise teuer ist, kamen diese Zellen auf der Erde lange nicht zum Einsatz. Die Kombination der Mehrfachsolarzellen mit einer einfachen Linsenoptik ermöglicht es, dass die CPV-Module im Vergleich zu herkömmlichen Solarmodulen nur noch ein Fünfhundertstel der Halbleiterfläche benötigen. Die einzelnen Zellen haben einen Durchmesser von nur drei Millimetern. Über jeder dieser kleinen Solarzelle liegt in einem Abstand von etwa zehn Zentimetern eine Fresnellinse. Dieser Aufbau konzentriert das Sonnenlicht um den Faktor 500. Damit die Zellen nicht überhitzen, sind sie auf einen Kupferträger aufgebracht, der die Wärme verteilt. Die passive Kühlung reicht aus, dass die Solarzelle nicht zu heiß wird. Mit diesem Aufbau lassen sich heute bereits Wirkungsgrade von bis zu 30 Prozent erzielen. Im Kraftwerk werden die Module auf sogenannten Trackern zweiachsig der Sonne nachgeführt.
Effizienz in grossen Kraftwerken
2007 brachten Lerchenmüller und sein Team die ersten Module auf den Markt. Sie sind - mit einer Leistung von 500 Kilowatt - etwa in einem spanischen Solarpark im Einsatz. Damit können rund250 vierköpfige Familien ihren jährlichen Strombedarf decken. Weitere Anlagen in Spanien, in Italien sowie Jordanien, Ägypten und dem Oman folgten. Vor Kurzem hat der Energiekonzern Chevron in New Mexico ein Megawatt-Kraftwerk installiert, das heißt 170 Tracker mit je 30 Quadratmetern Fläche, auf der jeweils 90 Module installiert sind.
Forschung optimiert die Systeme
Die letzten fünf Jahre verliefen ziemlich turbulent für Lerchenmüller und seine ehemaligen Fraunhofer-Kollegen und Mitgründer. Denn zum Zeitpunkt der Ausgründung gab es zwar Technologieanalysen, standen das optische Grundprinzip der Linsen sowie das technologische Know-how für die Fertigung, und es war klar, welche Materialien infrage kommen, dennoch war der Weg bis zur Serienreife noch weit. »Im Nachhinein würde ich sagen, wir hatten Labormuster, aber kein industrielles Produkt, wie es nötig ist, um die CPV preisgünstig und damit konkurrenzfähig zu machen«, sagt Lerchenmüller. Er begann, die operativen Strukturen der Firma aufzubauen, sich um Investoren und Kunden zu bemühen und, unterstützt von den Mitgründern, um die technologische Weiterentwicklung.
Die ersten anderthalb Jahre war Fraunhofer mehr oder weniger die Forschungs- und Entwicklungsabteilung des jungen Unternehmens. Ohne die intensive Zusammenarbeit mit den früheren Kollegen vom Fraunhofer ISE wäre es nicht so einfach gelungen, das Produkt in der kurzen Zeit in die Pilotfertigung und dann in die erste industrielle Produktion zu bringen«, so Lerchenmüller. Knackpunkt bei der Überführung in die industrielle Fertigung war, das Design der Module so anzupassen, dass man mit Standardmaschinen arbeiten kann.
Auch bei der kontinuierlichen Verbesserung der Systeme oder Fertigungsprozesse setzt der Unternehmer auf Fraunhofer. »Wir arbeiten von zwei Seiten daran, die Systeme attraktiv zu machen. Zum einen senken wir die Kosten in der Fertigung, zum anderen arbeiten wir daran, die Leistung der Zellen und damit der Module zu steigern«, fasst Lerchenmüller die Zukunft zusammen.
Vier Gründe nennt Lerchenmüller warum er überzeugt ist, dass sich die Konzentratortechnologie durchsetzen wird: »Die Performance ist deutlich besser aufgrund des Nachführens nach der Sonne und des guten Temperaturverhaltens, was gerade in den sonnenreichen Regionen bei andere Typen von Solarzellen zu hohen Energieverlusten führt. Die CPV-Kraftwerke lassen sich einfach und schnell aufstellen. Ihr »Environmental Footprint«, also der Einfluss auf die Umwelt, ist sehr gering, besonders weil die CPV-Technik kein Kühlwasser benötigt. Durch die Aufständerung der Module auf einer Trackingeinheit wird das Land nur minimal gestört. Ein immenser Vorteil, für die im Sonnengütel empfindliche Tier- und Pflanzenwelt. Sie wird nur minimal beeinträchtigt - so wenig, dass Umweltschützer dieser Technologie sehr positiv gegenüberstehen. Und zu guter Letzt die Kosten: Keine andere Technologie bietet einen so hohen Wirkungsgrad beim Einsatz einfacher Materialien, und dies führt letztlich zum sentscheidenden Kostenvorteil.«