allTEIL C

Optimierungs- und Verstärkungstechniken


Einen der ersten und wichtigsten Schritte zur Optimierung des Energieertrags von Solarzellen bildet die Sonnennachführung, zu deren Umsetzung es schon früh die unterschiedlichsten Techniken und Mechaniken gab. Im Allgemeinen geht man davon aus, daß durch eine einachsige Nachführung der Solarmodule der jährliche Energiegewinn um bis zu 27 %, durch eine zweiachsige Nachführung sogar um bis zu 40 % gesteigert werden kann. Die Entwicklungen ab 2009, die im Zuge des zweiten Updates veröffentlicht werden, präsentiere ich weiter unten in einem eigenen Unterkapitel.

Es gibt eine Spezialseite von Duane C. Johnson hierzu, der ich inhaltlich keine Konkurrenz machen will, auch wenn ihre Präsentationsform gewöhnungsbedürftig ist. Unter dem Label ‚Red Rock Energy’ wird hier so gut wie jedes bislang bekannt gewordene System vorgestellt – außerdem gibt es einen Fundus langjähriger Erfahrungen nebst unzähliger Selbstbauanleitungen. Inhaltlich sehr empfehlenswert.

An zweiter Stelle sind Spiegel zu nennen. Einem Bericht der Forschungs- und Entwicklungsinitiative Solare Energieversorgung (FEISS) der TU-Berlin zufolge läßt sich sogar bei einfachen Siliziumzellen die Ausgangsleistung verdoppeln, wenn zusätzliche Spiegel eingesetzt werden. Ein derartiges Modul in Form einer sogenannten Solar-Furche mit seitwärts hochgeneigten Spiegelflächen muß beim Ausrichten der zu den Spiegeln parallelen Schwenkachse nach Ost-West-Richtung sogar nur einmal pro Monat um wenige Winkelgrade nachgestellt werden – womit eine teure und komplizierte mechanisierte Sonnennachführung entfallen kann.

Die Kombination dieser beiden Technologien in Form von Heliostaten, also sonnennachgeführten Spiegeln, die zur Umleitung von Tageslicht bzw. seiner Einleitung in Gebäude genutzt werden, behandle ich im Kapitel über Solararchitektur (s.d.). Dieselbe Technologie begegnet uns auch im Kapitel über Solare Hochtemperatursysteme, und zwar bei den sogenannten Solartürmen.

Neben Nachführungs-Systemen (Solartracker) und Spiegeln sind an dritter Stelle Konzentratoren zu nennen, deren bekannteste die optischen Linsen sind. Eine sehr ausführliche technisch-wissenschaftliche Darstellung, speziell für Entwicklungsländer, stammt von George M. Kaplan aus dem Jahr 1985 und ist im Netz unter dem Titel Understanding Solar Concentrators zu finden (pdf).


Besonders interessant sind in diesem Bereich die lichtbündelnden Fresnel-Linsen (oder Fresnelsche Stufenlinsen), die bereits in verschiedenen Systemkonfigurationen eingesetzt werden, teilweise in Kombination mit einer einachsigen Sonnennachführung.

Diese Linsen gehen auf den französischen Ingenieur und Physiker Augustin Jean Fresnel (1788 — 1827) zurück, der mit seinen Arbeiten der Wellentheorie des Lichtes zum Durchbruch verhalf. Fresnel war es der damals nachgewiesen hat, daß Licht aus Transversalwellen besteht; ihm gelang auch die erste Wellenlängenbestimmung des Lichtes. 1819 wurde Fresnel zum Sekretär der Kommission für Leuchttürme ernannt, für die er um 1822 erstmals seine Fresnellinsen als Ersatz für die bis dahin benutzten Spiegel konstruierte.


Die nun folgenden Techniken sind im wesentlichen chronologisch geordnet, wodurch einige der Methoden mehrfach erwähnt werden. Die neueren Entwicklungen werden in Unterkapiteln zusammengefaßt, was auch eine entsprechenden Aktualisierungen erleichtert. Dies betrifft beispielsweise die inzwischen zunehmend bekannt werdenden Konzentrator-Solarkraftwerke, auf die ich weiter unten noch ausführlich eingehen werde.

Der Allgemeinbegriff für diese Großkraftwerke lautet CPV (Concentrated Photovoltaic) oder HCPV (High Concentration Photovoltaic) während der Begriff CSP (Concentrated Solar Power) zumeist für die entsprechenden thermischen Kraftwerke genutzt wird (siehe: Parabolrinnen-Solarkraftwerke).


Heliofol II Solarkonzentrator

Heliofol II

Bereits im Mai 1978 meldet der Schweizer Thyl Steinemann beim Bundesamt für geistiges Eigentum in Bern das erste Patent seines Heliofol Solarkraftwerksystems an, dessen Effizienz und Wirtschaftlichkeit von kaum einem anderen photovoltaischen Solarsystem erreicht wird.

Das Heliofol-System verwendet preisgünstige Materialien, die das Sonnenlicht auf hoch belastbare Konzentrator-Solarzellen bündeln. Diese Hochleistungszellen sind jeweils kaum größer als ein Daumennagel (5 cm2), leisten aber bei 120facher Strahlungsverdichtung und zweiachsiger Sonnennachführung das Fünffache gegenüber einer üblichen Solarzelle in der Größe einer Handfläche (150 cm2).

Der Prototyp I besitzt etwa 150 einzelne Spiegelstreifen, die das Sonnenlicht auf einen, mit einem Glasrohr wärmeisolierten schwarzen Absorber verdichten. Prototyp II entsteht 1989, es handelt sich um ein Höchstleistungs-Solarzellenarray aus 20 Zellen (8 x 8 mm) aus Rußland sowie 3 Zellen aus den USA. Die Sonnenstrahlung wird etwa 100fach verdichtet. Das System erhält jedoch keine Fördermittel und die Entwicklung stagniert.


Im Jahr 1981 veröffentlicht Wayne Roderick und seine Teton Engineering Inc. Baupläne für einen Selbstbau-Solarkonzentrator mit einer thermischen Leistung von 6 kW.

Die Anlage, die von 1980 bis 1987 kontinuierlich in Betrieb ist, besteht aus 116 Einzelspiegeln und besitzt eine automatische Sonnennachführung – ist gleichzeitig jedoch simple konstruiert und aus einfachen Materialien zusammengesetzt (die überarbeitete Fassung, auf die hier verwiesen wird, erscheint 1999).


1986 beginnt Prof. Richard Swanson an der Universität von Kalifornien mit der Arbeit an Tandemzellen, bei denen mehrere hintereinander angeordnete Siliziumschichten mit jeweils verschiedenen Stoffen – etwa Germanium oder Kohlenstoff – legiert werden. Er erzielt damit Wirkungsgrade von 27 %, wobei bis zu 30 % als erreichbar gelten. Die nur 80 µm dicke Zelle (etwa Haardicke) empfängt fast das gesamte sichtbare Spektrum. Prof. Swanson ergänzt seine Zellen mit winzigen Fresnel -Kunststofflinsen, die das Licht auf die etwa 17.000 aktiven Punkte der 15 mm2 großen Fläche konzentrieren.

Diese Tandemzellen werden auch Stapelzellen oder Kaskadenzellen genannt, weitere Namen sind Sandwich- oder Schichtbau-Zellen. Energiereiche Lichtquanten werden schon in der ersten Schicht absorbiert, während energieärmere in einer der folgenden Schichten mit der passenden Energielücke ‚geschluckt’ werden. Theoretisch sind mit dieser Technik Wirkungsgrade bis zu 50 % möglich. Das ISE erreicht mit Gallium bereits 1997 einen Wirkungsgrad von 31 %, wobei hier noch zusätzlich Plexiglaslinsen zum Einsatz kommen.

Im Jahr 1999 wird am selbigen ISE eine monolithische Tandemzelle mit einem Wirkungsgrad von 27 % entwickelt, was zu diesem Zeitpunkt ein Europa-Rekord ist. Da diese Zelle in einem einzigen Prozeß hergestellt wird, ist ihre Fertigung weit kostengünstiger als das Aufeinandersetzen zweier getrennt hergestellter Zellen, wie im Fall der herkömmlichen Tandem-Zelle. Später setzt Japan mit einem Wirkungsgrad von 30,9 % einen neuen Weltrekord bei monolithischen Tandemzellen.

Tandemzellen aus amorphem und mikrokristallinem Silizium gelten unter Fachleuten als eine High-End Dünnschicht-Technologie. Über weitere Entwicklungsschritte verlautet lange nichts mehr Neues. Erst im März 2010 gibt die Firma Leybold Optics in Alzenau/Frankfurt bekannt, daß sie hierbei erstmals einen Wirkungsgrad von über 10,3 % erreicht hat. Durch den ‚mikromorphen’, das heißt doppelschichtigen amorph-mikrokristallinen Aufbau der Tandemzellen wird nahezu das gesamte Lichtspektrum der Sonne, vom violetten bis zum Infrarotbereich, zur Stromerzeugung genutzt.


Auch bei den Sandia National Laboratories wird seit 1989 mit Kunststofflinsen experimentiert, die das einfallende Licht bündeln und mit bis zu 100-facher Stärke auf dahinterliegende Siliziumzellen werfen. Es wird damit ein Wirkungsgrad von 20,3 % erreicht. Im Laufe der Jahre wird dann mittels einer mechanischgeschichteten Vielfachkontakt-Zelle ein Wirkungsgrad von 31 % erreicht.

Auch hier besteht die Deckhaut aus flachen Kunststofflinsen, in der Mitte befindet sich eine Schicht aus Galliumarsenid, und darunter eine Schicht aus Silizium. Man plant, in wenigen Jahren eine marktreife 3-Schicht-Zelle mit einem Wirkungsgrad von 38 % zu erreichen.


Eine ähnliche Technik wird vom Electric Power Research Institute (EPRI) untersucht, einer Gründung verschiedener US-Stromversorger. Bei den dort entwickelten Punkt-Kontakt-Zellen werden Fresnel-Linsen mit einer Antirefelxschicht kombiniert.

Auf den vielen kleinen und hocheffektiven Zellen wechseln sich reflektierende Streifen mit sogenannten ‚Kontaktpunkten’ ab. Auf 1 cm2 Zellenoberfläche befinden sich rund 73.000 Stück dieser mikroskopisch kleinen Kontaktpunkte. Zur Steigerung der Effizient ist die Zelle auf einer Kupferkonstruktion zur Wärmeableitung angebracht.


Die Firma Bluenergy mit Niederlassungen in den USA (Boulder, Colorado) und in Deutschland (Bluenergy AG in Wermelskirchen), deren Gründungsdatum ich bislang nicht herausfinden konnte, entwickelt ein Verfahren welches es ermöglicht, die Kontaktbahnen durch die Halbleiterelemente überlappend abzudecken, anstatt diese wie bislang üblich als sichtbare Lötbänder auf der Oberfläche zu plazieren. Außerdem stellt das Unternehmen eine Fluorpolymer-Folie vor, deren Mikrostruktur (Dendriten im Nanometer-Bereich) sowohl das einfallende Licht aus allen Winkeln einfängt, als auch selbstreinigend ist (Lotos-Blüten-Effekt). Damit können die Lichtverluste durch spiegelnde Flächen und Verschmutzungen minimiert werden.

Dendriten Mikrostruktur

Dendriten Mikrostruktur

Das Unternehmen ist auch im Bereich der Windenergie aktiv, wo man einen weiterentwickelten Savonius-Rotor komplett mit Solarzellen laminiert (s.d.). In Zusammenarbeit mit einem Dachziegelhersteller wird ein Mini-Solar-Panel entwickelt, das einfach in die zugehörige Dachpfanne eingeklemmt werden kann. Seit dem Beginn der Aktivitäten im Jahr 1978 und bis einschließlich 2001 hat Bluenergy Fördergelder in Höhe von 11,8 Mio. € verbraucht, wobei die meisten Mittel schon in den 1980ern geflossen sind.

Für die Elektrifizierung des Transrapids mit Solarenergie entwickelt Bluenergy ein völlig neuartiges Modul, das herkömmliche Photovoltaik-Module mit Glaskörper dem enormen Luft Über- und Unterdruck des 400 km/h schnellen Zuges nicht standhalten konnten. Der Träger des neuen, praktisch unzerstörbaren Moduls besteht aus einer perforierten, rostfreien Edelstahlplatte (V2A-Blech). Mir ist allerdings nicht bekannt, daß dieses Konzept bislang umgesetzt wurde (s. Patent Nr. 102.38.385.5 vom 15.09.2002, Solarer Transrapid).

Kurz vor der Serienreife steht dagegen die Ausstattung flexibler Materialien mit Photovoltaik-Modulen, wobei auch hier – wie bei allen Bluenergy-Produkten – eine Monofluorpolymerverkapselung (Teflon) Anwendung findet. Mit den flexiblen Membran-Modulen der Firma wird die PV-Nutzung bei allen Arten von Zelten und Planen aus Glasfieber oder Trevira möglich, ebenso wie bei Segelschiffen, die ihren Energiebedarf nun direkt aus dem eigenen Segel decken könnten.

Dafür, daß das Unternehmen nur zwei bescheidene Referenzprojekte vorweisen kann, ist kaum nachzuvollziehen, daß es eine dermaßen große Zahl von Preisen eingeheimst hat, wie z.B. den Innovationspreis der Deutschen Wirtschaft 1981, 1986 und 1998, den Brüsseler Merite de L’invention 1988, den Four Star Invention Preis der Hans-Sauer-Stiftung 1990, den niederländischen Environment Award 1994, den Erfinderpreis NRW 1996, den Energie- und Umweltpreis der Schuler-Stiftung in Zusammenarbeit mit dem Wuppertal-Institut 1996, sowie den Wuppertaler Energie und Umweltpreis 2000.


Grundlegende Informationen über das 1988 gegründete US-Unternehmen SunPower Corp. in Sunnyvale, Kalifornien, befinden sich in der Liste der PV-Hersteller (s.d.). Uns interessiert an dieser Stelle jedoch mehr, daß sich SunPower ab 1999 auch mit Solar-Konzentrator-Systemen beschäftigt, als das Unternehmen im Rahmen des Advanced Technology Program (ATP) einen 2 Mio. $ Vertrag mit dem amerikanischen Wirtschaftsministerium schließt, um eine neue Konzentratorzelle zu entwickeln.

Eine winzige, verkapselte Empfängerzelle wird mittels einer Kunststofflinse mit 200-facher Sonneneinstrahlung versorgt, wobei das Gesamtsystem kaum größer als ein Golfball ist. Die neue Linse wird an der Technischen Universität von Madrid entwickelt. Aus mehreren dieser Mikro-Konzentratoren wird dann ein Panel zusammengeschaltet, das kaum mehr als 2,5 cm dick ist und der Sonne nachgeführt wird. Die Herstellung ähnelt der von LEDs und kann weitgehend vollautomatisch ablaufen. SunPower rechnet damit, die Technologie nach Abschluß der Entwicklungsarbeiten zu einem Installationspreis von 1.000 $/kW anbieten zu können. Das Unternehmen beteiligt sich selbst mit 1,5 Mio. $ an dem auf drei Jahre angelegten Projekt.

Zu einem nicht genannten späteren Zeitpunkt erhält SunPower weitere 75.000 $ von der California Energy Commission (CEC) um eine neue Halbleitertechnologie für hochkonzentriertes Sonnenlicht zu entwickeln, das durch Fresnel-Linsen gebündelt wird. Es scheint jedoch, daß diese Mittel nicht ausreichend waren, denn über weitere Entwicklungsschritte oder gar Umsetzungen erfährt man lange Zeit nichts mehr.

Alpha-2 LCPV

Alpha-2 LCPV

Erst im Oktober 2010 meldet SunPower, das mit seinen hocheffizienten Zellen (> 20 %) inzwischen knapp 1 Mrd. $ Umsatz macht, daß man sich wieder ernsthaft mit Solarkonzentratoren beschäftigt. Man habe im Labor bereits ein Modell entwickelt, das das Licht, welches auf das Solarzellenpanel fällt, um einen Faktor von 6 bis 7 steigert. Eine erweiterte Version des Gerätes namens Alpha-2 LCPV (Low-Concentration Photovoltaic) wird ab August an den Sandia National Labs in Albuquerque getestet. Es handelt sich um eine PV-Anlage mit Flachspiegeln und einachsiger Nachführung, die einen Systemwirkungsgrad von 15,6% erreicht.

In einer Meldung vom Dezember 2010 gibt SunPower bekannt, daß die Konzentratorzellen im Labor 25 % erreichen, wobei im Feldeinsatz schon bis zu 24 % gemessen werden konnten. Die Entwicklung sei jedoch noch nicht marktreif.


Am Zentrum für photovoltaische Systeme der Universität von New South Wales in Sydney erreicht Prof. Martin Green bereits 1989 im Labormaßstab bei monokristallinen Siliziumzellen einen Wirkungsgrad von 23 %, und bei polykristallinen 18 % durch das lasergestützte Eingravieren von V-Ritzen in das Solarzellen-Material: Zwischen den pyramidenförmigen Erhebungen fängt sich das Sonnenlicht, fast jedes Photon wird zur Energieumwandlung genutzt. Das Forscherteam um Prof. Green hofft, sogar bis auf 25 % zu kommen. Bereits lizenzierte Vorgängermodelle erreichen 20 % und werden schon 1992 in großen Mengen produziert und nach Japan verkauft.

Für seinen Erfolg auf dem Gebiet der Solarzellen-Entwicklung erhält Prof. Green 1991 den Eureka-Preis für Umweltforschung. Bis 1996 hat die Universität schon Solarzellen für über 10 Mio. AUS-$ verkauft, unter anderem auch an Spanien (Toledo), Deutschland (Technologiepark Gelsenkirchen) und in die Schweiz (Parlamentsgebäude). Auf der Photovoltaik-Konferenz 1998 in Wien berichtet Prof. Green von neuen Rekorden: 24,4 % für monokristalline und 19,8 % für polykristalline Module.


Eine australische Entwicklung wird relativ schnell von BP Solar und Telefunken Systemtechnik übernommen: Bereits 1991 erwerben die Unternehmen Lizenzen für die neue Zellenarchitektur, bei der die Zellenoberfläche in Form einer umgekehrten Pyramide strukturiert wird. Diese Strahlenfalle erhöht den Wirkungsgrad von 15 % auf 18 %. Ähnliche Technologien werden uns im Laufe der Folgejahre noch mehrfach begegnen.

Die Mitte der 1990er von BP Solar hergestellten Siliziumzellen werden mit der sogenannten Saturn-Technologie behandelt, wobei die Zellenoberfläche derart mit Lasern bearbeitet wird, daß neben dem direkten auch das diffuse Sonnenlicht genutzt werden kann.


Ein Kopierverfahren für großflächige holographische Konzentratoren wird 1993 am Lehr- und Forschungsbereich Hochtemperaturthermodynamik (LHT) der TH Aachen entwickelt. Die bis zu 1 m2 großen Hologramme zerlegen das Sonnenlicht in seine spektralen Bestandteile und fokussieren diese in einzelnen Bändern auf spektral angepaßte Solarzellen. Zum einen genügen dadurch kleinere Flächen von Solarzellen, zum anderen steigt der Wirkungsgrad mit der Einstrahlungsintensität.

Zugleich kann mit holographischen Linsen deren wellenlängenabhängige Beugung zur spektralen Aufsplittung genutzt werden: Spezielle, in ihrem Bandabstand an das jeweilige Teilspektrum angepaßte Solarzellen wandeln das eintreffende Licht unter verminderten Verlusten in Elektrizität um. Unerwünschtes Infrarotlicht kann ausgeblendet werden. Das BMFT unterstützt dieses Vorhaben, bei dem das spektral zerlegte Sonnenlicht bis zu 50-fach konzentriert werden kann. Über holografische Solarzellen berichte ich im ensprechenden Kapitel (s.d.).


Unter dem Namen Amonix-Zelle wird 1994 ein Forschungsprojekt in Atlanta (Georgia) beendet, bei dem es um die Integration von gehärteten Acryl-Linsen und trichterförmigen Aluminiumreflektoren geht. Die photovoltaische Zelle empfängt dadurch 200 bis 500 Mal mehr Lichtenergie als eine gleichgroße Fläche ohne diese Verstärkungstechniken.

Die Herstellung dieser Zellen ist mit bewährten Verfahren und sehr kostengünstig in den Chipwerken der Computerindustrie möglich. Über die Weiterentwicklung und Umsetzung spreche ich im Unterkapitel über CPV-Kraftwerke.


Prof. Hezel, der an der Universität Erlangen-Nürnberg 1987 eine Siliziumnitrid-Inversionsschicht-Zelle entwickelt hatte, arbeitet ab 1996 am Institut für Solarenergieforschung in Hameln-Emmerthal (ISFH) an einer Optimierung von Solarzellen: Rillen auf deren Oberfläche dienen als Lichtfänger. Außerdem können darauf auf elegante Art die Stege zur Stromabnahme angebracht werden. Die sehr dünnen Zellen mit einem Wirkungsgrad von 18 % nehmen ferner das indirekte Sonnenlicht an ihrer Rückseite auf, so daß der Gesamtenergieertrag um bis zu 50 % gesteigert wird.


1997 werden erstmals V-Trog Solar-Generatoren großtechnisch eingesetzt, eine weitere Entwicklung des Stuttgarter Zentrums für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung (ZSW). Längsspiegel an beiden Seiten der Zellen lenken das Licht auf diese und sollen die Energieausbeute um bis zu 80 % steigern. Die 8 Mio. DM teure Anlage wird auf dem Dach des neuen Mercedes-Benz-Motorenwerkes in Bad Cannstatt installiert, ist 5.000 m2 groß und soll jährlich etwa 500.000 kW/h Solarstrom liefern.

Bei der Freiflächen-Testanlage ‚Widderstall’ des ZSW auf der Schwäbischen Alb wird im Vergleich zu einem fest installierten PV-Generator ein Strahlungszugewinn von 55 % und ein Energiezugewinn von 45 % erzielt. An einem Standort in Süditalien z.B. wäre der (errechnete) solare Strahlungszugewinn sogar um 70 % höher, wobei der Solarstrom-Ertrag um 58 % wächst.

Archimedes IVT-System

Archimedes IVT-System

Danach hört man jedoch lange nichts mehr von diesem System, und erst die Anfang 2008 von Fritz Klotz, Peter Dussl und Stefan Dameron gegründete Archimedes Solar GmbH mit Sitz in Stuttgart will die hocheffizienten Solarmodule mit reduziertem Siliziumanteil endlich in den Markt einführen. Das Unternehmen ist ein Spin-Off des renommierten ZSW, an dem Klotz die Konzentrator-Technologie entwickelt und patentiert hat. Das Parabolrinnen/V-Trog-Konzentrator-System arbeitet mit herkömmlichen Silizium-Solarzellen sowie mit preisgünstigen Spiegeln, die das Sonnenlicht zwei- bis zehnfach konzentrieren.

Beim Archimedes IVT-System wird nur die Hälfte der von der Sonne beschienenen Fläche mit Solarzellen bestückt, wobei durch die seitlichen, hoch reflektierenden Flachspiegel neben der Direkteinstrahlung auch ein großer Teil der diffusen Sonneneinstrahlung genutzt wird. Neben einer effizienten passiven Kühlung ist die präzise einachsige Nachführung zu erwähnen, die auf einem patentierten thermohydraulischen Antrieb beruht. Die Verdampferröhren des namens Archimedes THA sind jeweils an einer Seite der nachzuführenden Modulfläche angebracht, wobei als Arbeitsmedium eine leicht zu verdampfende Flüssigkeit dient.

Der Druck in jeder Verdampferröhre ist direkt von der Temperatur abhängig. Ist die nachzuführende Fläche also nicht optimal zur Sonne hin ausgerichtet, werden die Verdampferröhren unterschiedlich stark bestrahlt und ein Temperatur- bzw. Druckunterschied entsteht, der den Kolben des Zylinders so lange bewegt, bis ein Kräftegleichgewicht und damit die gleichmäßige Bestrahlung gegeben ist. Eine derartige Anlage wird erfolgreich für das Projekt Wirtschaftshof Linz in Betrieb genommen.

Das aus Aluminium konstruierte Archimedes-System zeichnet sich außerdem durch eine extreme Leichtbauweise aus und kommt auf beachtliche 10 kg/m2, während konventionelle Anlagen etwa das dreifache wiegen. Zudem ist es für Windgeschwindigkeiten bis zu 150 km/h ausgelegt. Die ersten Demo-Installationen sollen im zweiten Quartal 2008 in Betrieb gehen.

Das Unternehmen bietet die Konzentratoren 10X IPT und 2X V-Trough sowie ein gebäudeintegriertes BIPV-System an.

Beim Update Mitte 2011 ist die Webseite der Firma nicht mehr erreichbar, auch über zwischenzeitliche Umsetzungen konnte ich nichts finden.


Das Institut für Licht und Bautechnik der FH Köln stellt 1999 eine Weiterentwicklung der dort untersuchten holographischen Verschattungssysteme vor (s. passive Solararchitektur). Dabei handelt es sich um ein schwenkbares Hologramm zur Umlenkung von Licht auf Solarzellen, mit dem sich der Wirkungsgrad der Zellen nahezu verdoppelt.


Die BrightPhase Energy Inc. mit Hauptsitz in Denver, Colorado, wird im Jahr 2000 von Scott Frazier gegründet, der ein Photensity genanntes System entwickelt hat, damit Gebäude durch die Kombination von Solarstrom, Solarthermie und Tageslicht-Energieerzeugung in einem Modul die vorhandene Energie effizienter nutzen.

BrightPhase Konzentrator

BrightPhase Konzentrator

Das Photensity-System verwendet ein Lamellenjalousie-Design, um die Sonne auf eine einzelne Reihe von Solarzellen auf der Rückseite jeder Lamelle zu konzentrieren, die durch ein Kühlrohr gekühlt wird. Damit wird gleichzeitig Strom und Wärme erzeugt und zusammen mit dem Tageslicht rund 60 % der Sonneneinstrahlung ‚umgesetzt’. Als Installationskosten nennt das Untenehmen 1,80 $/W.

Später ist über BrightPhase nicht mehr viel zu erfahren, außer daß im Mai 2008 mit der Appalachian Energy ein Beta-Test mit 200 – 300 Stück des Three-Stream Solar Module vereinbart wird. Informationen bezüglich einer Umsetzung konnte ich jedoch nicht finden. Mitte 2008 wird noch von personellen Zuwächsen und Präsentationen auf Ausstellungen berichtet, doch die bislang letzte Meldung stammt vom Oktober 2009, als das Unternehmen bekannt gibt, daß es seine erste Installation erfolgreich abgeschlossen hat. Es handelt sich um sechs Photensity-Module für die Aspen Baking Co. in Denver, die zukünftig auf über 100 Stück erweitert werden soll.


Im Mai 2002 wird in New Orleans, Louisiana, die dreitägige ‚First International Conference on Solar Electric Concentrators’ (ICSC-1) veranstaltet, die ab 2003 dann alle zwei Jahre an unterschiedlichen Orten stattfindet. Die Entwicklung schreitet jedoch so schnell voran, daß auch der Titel schnell erweitert wird: Ab der ICSC-2 im Jahr 2003 in Alice Springs, Australien, heißt es dann ‚The International Solar Concentrator Conference for the Generation of Electricity or Hydrogen’ und dauert schon 5 Tage. Die ICSC-3 (ebenfalls 5 Tage) findet 2005 in Scottsdale, Arizona, und die ICSC-4 im März 2007 im spanischen El Escorial statt.


Die schon 1956 gegründete kalifornische Boeing-Tochter Spectrolab stellt im Juli 2003 eine Mehrfachsolarzelle mit 36,9 % Wirkungsgrad vor – ein neuer Weltrekord. Dieser Wert wird unter Bestrahlung mit 300-fach konzentriertem Sonnenlicht (über ein Linsen- oder Spiegelsystem) erreicht, was allerdings eine aufwendige Kühlung erforderlich macht.

Die Spectrolab-Zelle ist aus drei dünnen Schichten zusammengesetzt. Die oberste besteht aus einer Gallium-Indium-Phosphor-Verbindung, in der Mitte kommen Gallium, Indium und Arsen, und unten reines Germanium zum Einsatz. Jede dieser Schichten kann einen bestimmten Wellenlängenbereich des Lichts besonders effektiv zur Stromerzeugung nutzen. Eine weitere Besonderheit der Zelle ist ihre Größe von nur einem Viertel Quadratzentimeter.


Eine neue Technologie, die ursprünglich durch Dennis Thoroughgood und Ian Bates am Royal Melbourne Institute of Technology (RMIT) entwickelt wurde, führt 2003 zur Ausgründung der Technique Solar Ltd. (TS). Das Concentrated Universal Energy Solar System (CUESS) des in Brighton, Victoria, beheimateten Unternehmens soll vier Mal so effizient sein wie herkömmliche Solarzellen und nur ein Drittel davon kosten.

Jedes nachgeführte Solarmodul besteht aus neun ‚Trögen’, die jeweils mit einer Acryl-Linse und reflektierenden Wänden ausgestattet sind, um die Sonnenstrahlen auf einen Streifen aus Solarzellen zu richten, wodurch die Anzahl der Zellen um 75 % gesenkt werden kann. Unter ihnen befindet sich ein Wärmetauschersystem, das die Wärme in einen Wasserkreislauf ableitet, der einen Warmwasser-Speicher speist. Ein 3,5 m2 großes Array produziert insgesamt rund 2,1 kW Leistung (0,4 kW Strom und 1,7 kW Wärme).

Die Entwicklung in Richtung Marktreife dauert allerdings einige Jahre, und die Tests an einem Prototyp-Modul können erst Ende 2008 beendet werden. Im September 2009 werden die Mitglieder der RMIT-Entwicklergruppe zu Mitarbeitern der Technique Solar.

Technique Solar CUESS

Technique Solar CUESS

Zusammen mit Magna Cosma, einem der weltweit größten Automobilzulieferer, sollen ab Juni 2010 in Nordamerika 10 Vorserienmodelle des Technique Solar Module (TSM) hergestellt werden, um diese dann an verschiedenen Standorten auf der ganzen Welt zur Demonstration und Prüfung aufzustellen. Ob es tatsächlich dazu gekommen ist, konnte ich bislang nicht verifizieren.

Pressemeldungen vom März 2011 zufolge kämpft das Unternehmen darum, die Herstellung der Module in Australien zu halten, obwohl staatliche Zuschüsse abgelehnt worden sind. Bislang habe die Firma 8 Mio. AUS-$ in die Entwicklung gepumpt, doch um weiter voran zu kommen werden im ersten Quartal 2012 weitere 1,5 Mio. AUS-$ benötigt.


Ugur Ortabasi, Inhaber der United Innovations Inc. in San Marcos, Kalifornien, stellt 2003 einen Kugel-Konzentrator vor, der einen Wirkungsgrad um 35 % besitzen soll.

Dabei wird von mehreren Spiegeln konzentriertes Sonnenlicht in einen Sammler geleitet, dessen Eintrittsöffnung als Prisma funktioniert, welches das zerlegte Licht auf jeweils dafür optimierte Solarzellen richtet.

Bei weiterentwickelten Systemen sollen sogar 50 % des Sonnenlichts umgesetzt werden können. Leider hört man später nichts mehr von dieser Erfindung.


Tobias Repmann vom Forschungszentrum Jülich und der RWTH Aachen entwickelt und optimiert die Prozeßtechnik zur großflächigen Herstellung von Stapelsolarzellen aus amorphem und mikrokristallinem Silizium. Die neuartigen Stapelsolarzellen haben einen deutlich höheren Wirkungsgrad (30 % –  50 %) als die gegenwärtig produzierten Dünnschichtzellen aus Silizium. Außerdem ist es gelungen eine Technologie zu entwickeln, mit der Silizium-Dünnschicht-Solarzellen großflächig (Fertigungsgröße: 30 x 30 cm) und mit industriell umsetzbaren Prozessen hergestellt werden können.

Das Verfahren weist den Weg für die industrielle Produktion von Modulflächen von einem Quadratmeter und mehr. Für seine Arbeit wird Repmann im Mai zweiter Sieger des Wissenschaftspreises 2004, der vom Industrie-Club Düsseldorf und vom Wissenschaftszentrum Nordrhein-Westfalen verliehen wird.


Ende 2004 erscheinen Meldungen über den Solarkonzentrator eines gewissen Chris Straka und dessen 2002 gegründete Firma Ascendant Energy Co. in Rockland, Maine. Hier werden die Sonnenstrahlen auf ein Band aus Solarzellen konzentriert, woraufhin Zellen mit einer Nominalleistung von 18 W bis zu 90 W leisten sollen.

2007 scheint das Unternehmen bereits verschiedene Anlage installiert zu haben, hält sich auf seiner Homepage mit technischen Angaben aber auffallend zurück. Ebenso auffallend ist, daß diverse frühere Pressemeldungen darüber nicht mehr abrufbar sind.


Die 2004 von Detlef Schulz gegründete Firma Material & Energie Rückgewinnung Engineering GmbH (MEREG) in Delitzsch bei Leipzig produziert und errichtet ertragsoptimierte Photovoltaiksysteme. Die Mehrerträge werden u.a. durch ein Verfahren zur Schwachlicht­Ertragsoptimierung möglich. Entsprechende PV-Module liefert das Unternehmen erstmals 2006 aus. Bereits in der Gründungsphase wird das Team der MEREG bei diversen Businessplan-Wettbewerben prämiert.

Seit 2005 arbeitet die Firma auch an der Entwicklung einer neuen Technologie zur Nutzung von Solarenergie für Photovoltaik und Wärmegewinnung auf der Basis von farbselektiven Interferenzspiegelfolien und mit einem Gesamtwirkungsgrad von bis zu 32 %. Die patentierte SOL AMI Technologie arbeitet nach dem Prinzip der Lichtfarbentrennung durch optische Interferenz, da alle bekannten Solarzellenmaterialien jeweils nur eine bestimmte Lichtfarbe bzw. Wellenlänge wirklich effizient nutzen können.

MEREG SOL AMI

MEREG SOL AMI

Die Direktstrahlung wird mit preisgünstigen Spiegeln oder Fresnel-Linsen gebündelt und dann mit den Interferenzspiegelfilmen, ein Produkt angewandter Nanotechnologie, in ihre Regenbogenfarben aufgesplittet. Anschließend werden die einzelnen Lichtfarben auf mehrere verschiedene Solarzellen fokussiert, deren Halbleiter für die jeweilige Farbe optimiert sind. Ein System mit 4 verschiedenen farboptimierten Halbleiterzellen ermöglicht theoretisch einen Wirkungsgrad bis zu 48,3 %. Erste Prototypen mit nur 3 nichtoptimierten und handgefertigten Zellen erreichen bereits 32 %. 5 oder 6 maßgeschneiderte Zellen könnten sogar > 50 % bringen. Das hoch konzentrierte Licht erzeugt außerdem noch Wärme, die mit einer Kühlflüssigkeit von den Solarzellen abgeführt wird.

Ein kleiner 1 m2 Scheffler-Spiegel mit einem Prototyp des SOL AMI-Receivers erreicht im Testbetrieb bis zu 200 W elektrische Leistung, während mit einem 8,5 m2 großen Spiegel schon 2,1 kW Spitze erreicht werden. Es werden auch im Ausland Versuche durchgeführt. Der Versuchsreceiver wird später allerdings gestohlen.

MEREG erhält für das SOL AMI System den Carl-Zeiss-Preis für besonders zukunftsträchtige optische Technologien, den IQ-Innovationspreis Mitteldeutschland und den Innovationspreis Sachsen 2005. Trotz einer Gesamtinvestition von über 300.000 € und erfolgreichen Prototypen verhindert die fehlende IEC-Norm ein TÜV-Zertifikat, und ohne dieses findet sich keine Versicherung, die als Grundlage einer Finanzierung unumgänglich ist. 2009 bricht die MEREG das SOL AMI Projekt ab. Im September 2011 gründen Mitglieder von 2 Teams (MEREG und Helios) die Firma Helios24 (s.u.).

Außerdem arbeitet die Firma auch an einem kommerziellen Hybridsystem SOL3, bei dem der 10 m2 große Parabolspiegel des Systems in zwei Segmente unterteilt ist, zwischen denen ein Luftspalt besteht, um die Windlast auf die Konstruktion zu reduzieren – wobei ein integrierter Windrotor die Energie des durchströmenden Windes nutzt und damit etwas an die entsprechenden Vortec-Systeme erinnert. Prototypen des SOL3 sind bis Ende 2008 geplant und MEREG sucht Investoren, um die Entwicklungen in kommerzieller Serienproduktion zu fertigen und international zu vermarkten. Dem Stand von 2011 zufolge ist bislang jedoch mangels Geld noch kein marktfähiges zertifiziertes Produkt umgesetzt worden.


Die im australischen Queensland 2005 gegründete Firma XeroCoat Inc. mit Hauptsitz in Redwood City, Kalifornien, entwickelt Methoden und Ausrüstungen für anti-reflektierende Beschichtungen von Dünnschichtmodulen. Die Ausgründung der University of Queensland (UQ) erfolgt durch die universitätseigene Kommerzialisierungsfirma UniQuest und basiert auf einer von Michael Harvey und Paul Meredith entwickelten Technologie.

Im Jahr 2005 erhält das Unternehmen einen Zuschuß aus dem Innovation Start-up Scheme (ISUS) der Regierung von Queensland, 2006 folgt eine Förderung durch den Queensland Sustainable Energy Innovation Fund (QSEIF) und 2007 ein Commercial Ready Grant seitens AusIndustry. Informationen darüber, wann welche Finanzierungsrunden stattgefunden haben und was in den genannten Jahren konkret gemacht wurde, habe ich nicht finden können.

Im Juli 2009 gibt das Unternehmen bekannt, daß es vom Department of Energy einen Zuschuß in Höhe von 2,96 Mio. $ erhalten hat, um seine patentierte Technologie einer transparenten Anti-Reflexions-Beschichtung (AR) so weiterzuentwickeln, daß sie direkt auf das Abdeckglas vormontierter Solarmodule aufgetragen werden kann. Das Beschichtungsverfahren für Dünnschicht-Module soll deren Leistung um bis zu 3 %, möglicherweise sogar um bis zu 5 % steigern können. Als Lieferanten für die Präzisions-Auftragsysteme für Chemikalien wird die Air Liquide Electronics US LP ausgewählt.

Das Tochterunternehmen XeroCoat Pty Ltd. erhält zur gleichen Zeit aus dem Climate Ready Programm der australischen Regierung eine Förderung von knapp 2 Mio. AUS-$ zur Weiterentwicklung seiner Selbstreinigungs-Beschichtungstechnologie, welche die AR-Beschichtung ergänzt.

Im Februar 2010 vereinbart die XeroCoat Inc. eine strategische Partnerschaft mit der Hitachi High-Technologies Corp., eine Tochtergesellschaft von Hitachi Ltd., um die Beschichtungstechnologie in Japan und China zu vermarkten. Hitachi geht davon aus, daß bis 2015 etwa 50 % aller Solarmodule solche Beschichtungen haben werden. Bis Ende des Jahres will sich XeroCoat in einer 3. Finanzierungsrunde 5 – 10 Mio. $ beschaffen.

Mitte 2011 ist die Homepage des Unternehmens verschwunden und es sind auch keine anderen aktuellen Informationen aufzufinden.


Unter dem Namen SunBall wird Ende 2005 ein von Greg Watson erfundener Solarkonzentrator vorgestellt, bei dem sieben hoch effiziente Triple-Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von 35 – 38 % eingesetzt sind, wie sie sonst nur im Weltall Anwendung finden. Diese bekommen ihr Sonnenlicht von Fresnel-Linsen aus Acryl mit einer 500-fachen Fläche der Solarzellenfläche selbst. Die entstehende starke Hitze wird über Kühlelemente abgeführt.

Für den modular aufgebauten und mit einer automatischen Sonnennachführung versehenen SunBall wird eine Gesamteffizienz von 33 % errechnet, bei einer Leistung von 42 W. Anfang 2006 will man damit auf den australischen Markt kommen, zu einem Preis von 1.600 AUS-$.

Ein größeres Modell mit einem Durchmesser von 1,13 m und einem Gewicht von 20 kg ist mit 20 Zellen ausgestattet und soll 330 W leisten. Auf der Homepage des 2005 gegründeten Unternehmens Green and Gold Energy Pty. Ltd. in Adelaide, das die Erfindung vermarktet, wird 2007 allerdings nur noch vom SunCube geredet, der im Februar 2008 erstmals der Öffentlichkeit vorgestellt wird.

Das Modell Mark 5 ist mit Glaslinsen ausgestattet und besitzt zwei separate Nachführungsmotoren sowie einen integrierten Wechselrichter. Als Jahresleistung werden 711 kWh genannt. Der Preis ist in etwa der gleiche wie für den Vorläufer SunBall. Tatsächlich errichtet die Firma im Laufe der Jahre mehrere Anlagen mit bis zu 10 kW Gesamtleistung in Australien, Thailand, Spanien und in den USA, während die Produktion der Systeme bei der Firma Squara Engineering P/L im indischen Satara erfolgt (2008: 150 MW). In Südkorea kommt ein Linzenzprodukt unter dem Namen SunRyder auf den Markt.

SunCube

SunCube

Iim Dezember 2009 melden die Fachblogs, daß die erst 2 Jahre alte Firma Helios Solar LLC aus Denver, Colorado, nun mit dem SunCube auf den US-Markt kommt. Die Installation der hier als 300 W Module angebotenen Systemes soll im Frühjahr 2010 beginnen können.

Die eingesetzten Triple Junction Galliumarsenid-Zellen stammen von der neugegründeten Firma Emcore in Nex Mexico. Green and Gold Energy behaupten derweil, daß sie jährlich schon 400 MW SunCubes verkaufen.

Triple- oder auch Multi-Junction-Solarzellen sind Mehrfachsolarzellen, bei denen durch die Aufspaltung des Sonnenspektrums in drei ,Farbbänder’ die jeweilige Teilzelle jenes Band des Spektrums umwandelt, für das sie am sensibelsten ist und bei den sie den besten Wirkungsgrad erreicht. Diese Zellenart wird uns in diesem Kapitel noch häufig begegenen.


Mit einer Konzentrator-Solarzelle aus III-V Halbleitern erzielt das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) Anfang 2005 einen europäischen Wirkungsgradrekord von über 35 %. Der Winzling ist 0,031 cm2 klein und besteht aus Materialien der dritten und fünften Gruppe des Periodensystems. Bei der Rekord-Zelle handelt es sich um eine monolithische Tripel-Solarzelle, die aus Galliumindiumphosphid, Galliumarsenid und Germanium besteht und in einem einzigen Prozeß hergestellt wird. Die hohe Effizienz wird durch die Umwandlung unterschiedlicher Bereiche des Sonnenspektrum erreicht.


Das Unternehmen RWE Space Solar Power in Heilbronn fertigt diese Triplezellen bereits für den Einsatz im Weltraum nach einem ebenfalls am Fraunhofer ISE entwickelten Prozeß. Auf der Erde werden Triplezellen als Konzentrator-Solarzellen eingesetzt. Fresnel-Linsen konzentrieren dabei das Sonnenlicht auf die sehr kleinen, runden Zellen in der Größe von Leuchtdioden. Mit der Technologie der Flatcon-Konzentratormodule (s.u.), die schon in Kürze dem Markt zur Verfügung stehen soll, können Systemwirkungsgrade deutlich über 25 % erzielt werden. Im Rahmen eines vom Bundesumweltministerium geförderten Forschungsprojekts werden erste Demo-Konzentratoren getestet.

2008 erreichen die Konzentratormodule des ISE unter realen Bedingungen am Standort Freiburg bereits einen Wirkungsgrad von 28,5 %. Die Wissenschaftler glauben, daß in den kommenden Jahren Modulwirkungsgrade bis 35 % möglich sind. Unterstützt werden die Arbeiten durch das Ministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit BMU im Rahmen des Projekts ProKonPV und durch die Firma Concentrix Solar GmbH (s.u.).

Im März 2010 geht der zweite Preis des FEE-Innovationspreises Energie der Fördergesellschaft Erneuerbare Energien e.V. an die Arbeitsgruppe ‚III-V Solarzellen und Epitaxie’ am ISE. Damit wird der Anfang 2009 erreichte Rekordwirkungsgrad von 41,1 % für eine Mehrfachsolarzelle aus den III-V-Halbleitern Gallium-Indium-Phosphid/Gallium-Indium-Arsenid/Germanium ausgezeichnet. Hierbei wurde das Sonnenlicht mit Hilfe einer Fresnel-Linse 454-fach auf die 5 mm2 kleine Zelle konzentriert. Im selben Jahr wird der stellvertretende Institutsleiter Dr. Andreas Bett für die Entwicklung der Rekordzelle und den Transfer der Konzentrator-Technologie in den Markt mit dem Becquerel-Preis ausgezeichnet. Die weitere Entwicklung und Kommerzialisierung wird durch die Ausgründung Concentrix durchgeführt.


Die Firma Practical Instruments Inc. (PI), eine Ausgründung des CalTech im kalifornischen Pasadena, entwickelt 2006 mit dem Heliotube ein weiteres PV-Konzentratorsystem, das bei gleichem Output eine Reduzierung der Solarzellenzahl um 88 % ermöglicht. Dieses System wird einachsig der Sonne nachgeführt. PI will bis 2008 Anlagen entwickeln, die das Sonnenlicht sogar tausendfach verstärken und pro Paneel 400 – 450 W Strom liefern, rund das Dreifache heutiger Paneele. PI scheint sich später jedoch auf den Bereich der Meßgeräte zu beschränken, während der Solarbereich von der Soliant Energy Inc. weiterverfolgt wird (s.u.).


Sol-X2 Modul

Sol-X2 Modul

Der mit 35 Mio. $ wohl größte Auftrag für Konzentrator-Module im Jahr 2006 geht an das US-Unternehmen Silicon Valley Solar Inc. in Santa Clara, Kalifornien.

Ab dem ersten Quartal 2008 wird es über einen Zeitraum von drei Jahren insgesamt 10 MW seiner Sol-X2 Module an die Pacific Power Management in Auburn ausliefern.

Beim Update dieses Kapitel Mitte 2011 ist vor der Firma jedoch nichts mehr zu finden.


Anfang 2006 stellt die erst im April 2005 gegründete Stellaris Corp. in Lowell, Massachusetts, einen Flachkonzentrator unter dem Namen Concentrating Photovoltaic Glazing (CPG) vor, der aus 6 mm hohen Linsen aus Polycarbonat besteht, die das Licht auf Streifen aus Dünnfilm-Solarzellen konzentrieren. Dadurch werden zwei Drittel des für die gleiche Leistung notwendigen Zellenmaterials eingespart, während die Panele gleichzeitig wie transparent wirken. 2007 spricht das Unternehmen von seinen ClearPower-Modulen und läßt sich verschiedene Namen urheberrechtlich sichern.

Das Unternehmen, das sich im Netz auch mit einem Text in deutscher Sprache präsentiert, gewinnt 2006 und 2007 verschiedene Innovationspreise, wird von den norwegischen Investitionsfirmen iEnergies und Convexa Capital finanziert und zieht 2011 nach North Andover in Massachusetts um.

Basierend auf der preisgekrönten Optica-Technologie des Unternehmes sollen die ClearPower-Module 3x leistungsstärker als herkömmliche Systeme sein, sogar ohne jegliche Sonnennachführung. Sie benötigen auch wesentlich weniger Sonneneinstrahlung als herkömmliche Modultechnik und sind dabei semitransparent. Von praktischen Umsetzungen ist bislang noch nichts verlautet.


Ebenfalls Anfang 2006 kommt der Suncone der 2002 gegründeten Firma Barnabus Energy Inc. in die Presse, nachdem das Unternehmen gemeinsam mit der Hytec Inc. aus Los Alamos, New Mexico, einen Vertrag zur Entwicklung eines marktfähigen Prototypen abgeschlossen hat. Bei der Erfindung von Dr. Melvin Prueitt handelt es sich um eine Gruppe zusammenfaltbarer, konischer thermischer Konzentratoren, welche die Sonnenstrahlen wie in einem Trichter bündeln. Der Konus selbst besteht aus einem Aluminium-beschichteten Kunststoff, bleibt selber kühl und ist von einer transparenten Folie abgedeckt. Innerhalb einer Trägerstruktur aus Aluminium erhalten die Konusse ihre feste Form durch einen Luftüberdruck. Als Energiesammelpunkte dienen mit Glas umhüllte Zirconium-Stäbchen.

Der geplante Prototyp ist 2 m lang, mit einem Durchmesser von 1,5 m an seinem breiten Ende, und soll Temperaturen bis 2.000°C erreichen. Bei einer Betriebstemperatur von 600°C soll der Wirkungsgrad 90 % betragen. In Verbindung mit einer ebenfalls von Hytec entwickelten und zum Patent angemeldeten dampfbetriebenen ‚Kinetic Pump’ läßt sich die Anlage auch zur Meerwasserentsalzung einsetzen. (Weitere thermische Konzentratoren finden sich in einem Unterkapitel zur hochtermischen Solarenergienutzung, s.d.).

Bald darauf übernimmt die Firma Open Energy Corp. eine weltweite Lizenz von der Barnabus Energy, um die Innovation unter dem Namen SunCone CSP (Concentrating Solar Power) zu vermarkten, und schon im November 2006 wird mit der Infinia Corp. ein Entwicklungsvertrag zur Integration des Produkts in einem Energieerzeugungssystem unterzeichnet, bei dem die Freikolben-Stirlingmotoren von Infinia eingesetzt werden. Man ist überzeugt davon, daß sich das SunCone CSP System so modifizieren läßt, daß die für den Infinia-Motor benötigten über 700°C leicht erreicht werden können.

Die in Kennewick, Washington, beheimatete Infinia Corp. – ein Energietechnologieunternehmen im Besitz seiner Mitarbeiter, das seit 1984 in der Entwicklung und Vermarktung von innovativen Stirlinggeneratoren und Cryocoolern tätig ist und eng mit der NASA zusammenwirkt – arbeitet ab 1999 an der Entwicklung und Kommerzialisierung eines 1 kW Stirlingmotors zur solaren Wärme- und Stromerzeugung in Asien und Europa. Außerdem beginnt eine Produktentwicklung auf Basis einer modifizierten Version, um die technische Durchführbarkeit des Suncone/Stirling-Systems nachzuweisen.

Später scheint man davon wieder abzukommen, und erst ab 2005 werden erneut ernsthafte Solarpläne verfolgt, als man eine Dish-Stirling-Anlage vorstellt, die einen Wirkungsgrad von 24 % aufweist. Als Resultat bekommt das Unternehmen Finanzmittel in Höhe von mehr als 70 Mio. $. 2007 und 2008 akquiriert Infinia weitere Investitionsmittel von Unternehmen  wie Vulcan Capital, Khosla Ventures, Idealab und anderen prominenten Investoren und stellt Prototypen der ersten und zweiten Generation seiner Parabolsspiegel-Anlagen vor.

Vom U.S. Department of Energy (DOE) gibt es im September 2008 Fördermittel in Höhe von 9,4 Mio. $ um die Praktikabilität der Integration eines thermischen Energiespeicher-Moduls mit einem Dish-Stirling-Motor aufzuzeigen, wodurch ein 6-stündiger Betrieb nach Sonnenuntergang gewährleistet wird. (Mehr über diese Technologie findet sich in dem entsprechenden Kapitel über Solar-Dish-Systeme). Die Förderung erfolgt im Rahmen eines Projektes, bei dem das DOE 15 verschiedene Forschungen und Entwicklungen im Concentrating Solar Power (CSP) Bereich mit insgesamt 67,6 Mio. $ unterstützt, insbesondere in Bezug auf günstige Speicherlösungen. Einer der ersten Kunden von Infinia ist die US-Army.

Infinia-System in Calabasas

Infinia-System in Calabasas

Das 3 kW Infinia-System soll ab 2009 zu einem Preis von 20.000 $ in den Verkauf gehen – wobei man auf Anhieb gleich 25.000 Stück pro Jahr verkaufen will. 2010 sollen es sogar schon 100.000 Stück zu einem Preis von 15.000 $ werden. Als Zulieferer werden Verträge mit den Detroiter Firmen Autoliv (Dish) und Cosma (Stirling) geschlossen, während als Produktionsstandorte die zunehmend häufiger leerstehenden Automobilwerke um Detroit herum ins Auge gefaßt werden. Es geht dann aber alles doch etwas langsamer...

Mitte 2009 werden in der Stadt Belen, New Mexico, bescheidene drei Infinia CSP-Dishs in Betrieb genommen, und bis Februar 2010 nimmt das Unternehmen weitere Investitionsmittel ein, mit denen es die Grenze von 100 Mio. $ überschreitet. Der Marktgang wird daraufhin auf den Herbst des Jahres verschoben. Zu diesem Zeitpunkt hat Infinia neben Belen noch fünf weitere kleine Pilotprojekte laufen, eines davon am Sandia National Laboratory in Albuquerque, New Mexico, andere in Kalifornien (Calabasas) und Washington State sowie in Indien und China. In Spanien sind bereits 30 Infinia 3 kW Solargeneratoren in Betrieb.

Im Mai 2010 gibt es wieder einmal 3 Mio. $ vom DOE im Rahmen eines neuen 62 Mio. $ Pakets zur CSP-Forschung, und im Juni wird eine einzelne Demonstrationsanlage auf dem El Cajon Wartungshof der San Diego Gas & Electric (SDG&E) aufgestellt, der dort 12 bis 18 Monate lang getestet werden soll, zusammen mit einem CPV-System von SolFocus (s.u.). Die Kosten von 80.000 $ für den Vergleichstest trägt die Forschungsabteilung des Energieversorgers. Ebenfalls im Juni wird der Stadt Richland wird der Grundstein für ein 45 kW Projekt mit 12 – 15 Solargeneratoren mit Netzanschluß gelegt, das (endlich) die erste kommerzielle Umsetzung durch das Unternehmen darstellt. Die Gesamtkosten betragen 350.000 $. Im Herbst soll auch das Toyota Center in Kennewick mit 5 PowerDish-Systemen ausgestattet werden.

Die Ex-Im Bank genehmigt im Februar 2011 ein direktes Darlehen in Höhe von 30 Mio. $ an den Projektträger Dalmia Solar Power Ltd., um bis Ende 2012 im indischen Rajasthan ein 10 MW PowerDish-Kraftwerk zu errichten, das aus 3.000 Dishes bestehen wird. Die Rückzahlung des Darlehens wird durch den Verkauf der erzeugten Elektrizität erfolgen. Weitere aktuelle Projekte verfolgt Infinia in Israel, Portugal, Griechenland und den USA.


Der oben bereits erwähnte Heliotube Solarkonzentrator der im Jahr 2005 gegründeten Firma Practical Instruments aus Pasadena erreicht einen Output von 177 W und soll ab Mitte 2006 angeboten werden. Das durch ein Team erfahrener Ingenieure der NASA und des JPL entwickelte System besteht aus 10 schmalen Trögen mit Sonnennachführung und wird in den traditionellen Maßen von Solarkollektoren verkauft (150 x 100 x 15 cm). Als Zielmarkt werden insbesondere die weit verbreiteten Häuser-Flachdächer in südlichen Bundesstaaten und Ländern gesehen.

Im März 2007 wird der Firmenname der Caltech-Ausgründung geändert. Das nun Soliant Energy Inc. genannte Unternehmen mit Sitz in Monrovia, Kalifornien, wird mit 4 Mio. $ vom U.S. Department of Energy gefördert, und mit der Produktion soll bereits Ende des Jahres begonnen werden. Die technische Entwicklung findet aber keinen Abschluß und auf den Abbildungen des Modells von 2008 sieht es so aus, als hätte inzwischen jede Zelle ihren eigenen ,Lichttrichter’.

Der mit einer Sonnennachführung ausgestattete SE-500 Kollektor besteht aus sechs Einzelmodulen, in denen jeweils zwei Konzentratoren das Licht auf Multi Junktion Zellen lenken. Das Folgeprodukt SE-1000x besitzt acht Einzelmodule und soll 504 W erreichen, indem das Sonnenlicht, das durch die Linsen auf die Tripel-Solarzellen fällt, statt bislang 500-fach sogar 1000-fach verstärkt wird. Vom Heliotube rückt man völlig ab.

Soliant will nun 2009 auf den Markt kommen. Außerdem gibt die Firma bekannt, daß bis 2010 ein neues und verbessertes Design präsentiert werden soll. Bis zum Herbst 2011 soll ferner eine neue Fabrik für 9 Mio. $ in Betrieb gehen, mit einer Jahreskapazität von 40 MW.

Heliotube von 2008

Heliotube (2008)

Tatsächlich wird im März 2011 jedoch die Geschäftstätigkeit ausgesetzt und nach einem Käufer für das Unternehmen gesucht, welches bislang 4 Mio. $ an Fördermitteln sowie Investitionskapital in Höhe von 29 Mio. $ ‚verbraten’ hat, das hauptsächlich von Rockport Capital, Nth Power, Rincon Venture Partners, Convexa, Trinity Ventures und GE Energy Financial Services stammt.

Gerüchten zufolge soll Soliant von Emcore aus Albuquerque übernommen werden, für einen Schnäppchenpreis von 450.000 $. Weitere Bieter sind Amonix, eine ungenannte französische Firma sowie die True Generation. Ende März geht Soliant tatsächlich an Emcore, wobei die Konditionen allerdings nicht bekannt gegeben werden. Emcore wird die ehemalige Soliant Forschungs- und Entwicklungsabteilung sowie die Pilot-Produktionslinie von Soliant in ihre bestehenden Anlagen in Alhambra, Kalifornien, integrieren, während die Produktion selbst an Suncore, das chinesische Low-Cost-Fertigungs-Joint Venture von Emcore in Huainan, übertragen werden soll.


Die 2005 gegründete Banyan Energy Inc. in Berkeley, Kalifornien, geizt auf ihrer Homepage mit Informationen über die bisherigen Entwicklungsschritte. Dafür wird die firmeneigene Modul-Design-Lösung als bahnbrechendes Linsensystem bezeichnet, mit der kostengünstige PV-Module mit der bewährten Zuverlässigkeit von kristallinen Silizium-Zellen hergestellt werden können.

Dem im November 2010 beantragten Patent (US-Nr. 20110132432) zufolge handelt es sich allerdings um ein recht kompliziert wirkendes System.

Die patentierte Kerninnovation von Banyan basiert auf einen Durchbruch in der Optik, der Aggregated Total Internal Reflection (ATIR) genannt wird. Dabei wird das Licht konzentriert, umgelenkt, aggregiert (verdichtet?) und über einen Wellenleiter auf einen Brennpunkt gerichtet.

Banyan ATIR Modul

Banyan ATIR Modul

Die ATIR Optik ist für CPV-Anwendungen ideal, weil sie effizient gleichmäßige Energie liefert, eine hohe Einstrahlwinkelakzeptanz hat und sehr flach ist. Außerdem kann sie wahlweise so konstruiert werden, daß sie Konzentrationen von zweifacher oder zehnfacher, ja bis sogar tausendfacher Lichtstärke erzielt.

Die Prototyp-Module arbeiten mit siebenfacher Verstärkung, erreichen eine Systemeffizienz von 16,1 % und werden derzeit in der Praxis getestet, während gleichzeitig serienreife Entwürfe für die Pilotfertigung und Zertifizierung entwickelt werden.

Mitte 2011 will man ein 10 kW Demosystem errichten, und mit der Produktion soll Ende des Jahres begonnen werden.

Partner der Banyan Energy sind das NREL, Sandia, die UC Berkeley u.a., Teilhaber sind Siemens, Varian Semiconductor, und Reference Capital, und das DOE fördert die Entwicklung mit 0,5 Mio. $.


Forscher des Mainzer Max-Planck-Instituts für Polymerforschung in Mainz und des Sony Materials Science Laboratory in Stuttgart berichten im Oktober 2006 über ein neuentwickeltes Verfahren, mit dem man das langwellige Licht mit niedriger Energie einer gewöhnlichen Lichtquelle in kurzwelliges Licht höherer Energie überführen kann. Vergleichbares gelang bislang nur mit Laserlicht hoher Energiedichte, das unter bestimmten Bedingungen in einer Photonenfusion zwei energiearme Photonen zu einem energiereichen vereinigt.

Durch die geschickte Kombination zweier lichtaktiver Substanzen (Platinoctaethylporphyrin und Diphenylanthracen), deren Lösung langwelliges, grünes Licht in kurzwelliges, blaues Licht umwandelt, gelingt es nun erstmals, auch Photonen aus gewöhnlichem Licht, wie etwa Sonnenlicht, so zu manipulieren, daß sich die Energie der Photonen bestimmter Wellenlängen addiert (Photonenpaarung).

Damit läßt sich die Effizienz von Solarzellen drastisch erhöhen. Und anstatt eine neue Solarzelle zu basteln, werden bestehende Module mittels einer zusätzlichen Schicht verbessert. Um diesen Prozeß zu optimieren und einer Anwendung näher zu bringen erproben die Wissenschaftler neue Substanzpaare für weitere Farben des Lichtspektrums und versuchen, diese in eine Polymermatrix zu integrieren.


Eine Verbesserung der realen Solarzellenleistung läßt sich aber auch ganz einfach erreichen: Der Metallbauer und Elektroingenieur Jan van Beeck in Kleve stellt 2006 ein selbstentwickeltes Kühlsystem für seine Solarmodule vor.

Sobald ihre Temperatur über 25°C steigt, schaltet sich eine Sprinkleranlage ein. Durch diese Kühlung wird die Leistung der Photovoltaik-Anlage um beachtliche 15 % gesteigert.


Das US-Spezialunternehmen Prism Solar Technologies Inc. (PST) aus Highland, New York, stellt 2006 den Prototyp eines neuartigen Solarmoduls vor, das große und aufwendige Lichtkonzentratoren durch flache Panels ersetzt, die mit einer Hologrammschicht laminiert sind um das Licht zu bündeln. Die Hologramme lenken das Licht innerhalb einer Glasschicht derart um, daß es so lange reflektiert wird bis es auf die Siliziumschicht trifft. Das hierfür genutzte Muster wird zuvor per Laser eingebrannt. Hologramme sind in ihren Lichtbündelungseigenschaften allerdings weniger effizient als gewöhnliche Konzentratoren. Sie verstärken das eintreffende Licht auf den Zellen nur um den Faktor 10, während mit linsenbasierten Systemen leicht Faktoren zwischen 100 und 1000 erreicht werden können.

Vorteilhaft ist dagegen, daß Holografische Solarzellen bestimmte Lichtfrequenzen herausfiltern und sie auf eben jene Zellen lenken können, welche diese Frequenzen am besten verarbeiten können. Damit läßt sich die maximale Energieleistung aus dem Licht holen. Frequenzen, die die Zellen nur erhitzen würden, lassen sich dagegen ablenken, was ein Kühlsystem überflüssig macht. Hologramme lassen sich außerdem so aufbauen, daß sie das Licht aus verschiedenen Winkeln aufnehmen – bewegliche Teile werden damit auch nicht mehr benötigt.

Die Kosten sollen sich mit der patentierten Holographic Planar Concentrator (HPC) Technologie von derzeit 4,00 $ auf 1,50 $ pro Watt reduzieren lassen, da bei dieser Methode auch bis zu 85 % weniger Silizium notwendig ist, weil das photovoltaische Material nicht die ganze Fläche des Solarpanels einnehmen muß um die gleiche Wattleistung zu erreichen. Die Module von Prism Solar lassen sich auf Hausdächern installieren und in Fenster und Glastüren einbauen. Die erste Generation soll ab Ende 2006 in Produktion gehen, zu einem Preis von 2,40 $ pro Watt. Bei der nächsten Generation der Module sollen die Solarzellen dann zwischen zwei mit Hologrammen versetzten Glasschichten gepackt werden, um beidseitig Licht aufzunehmen. Eingesetzt werden Mono-kristalline Zellen von Hitachi.

Ein Modul wird am National Renewable Energy Laboratory (NREL) des DOE getestet, andere Module werden an verschiedenen Standorten in den USA und Japan installiert und untersucht.

Mitte 2005 erhält Prism Solar eine Finanzierung von 400.000 $ durch Investoren wie Counter Point Ventures LLC, Anfang 2006 gibt es weitere 500.000 $ von Rudd-Klein Alternative Energy Ventures LLC, und Mitte 2007 wird ein neuer Entwicklungs- und Herstellungsbetrieb in Tucson Arizona eröffnet, wegen der Nähe zur University of Arizona, die eine herausragende Abteilung für Optik besitzt.

Im Oktober 2007 wird das Unternehmen während der CleanTech XIV in Toronto, Kanada, mit dem Titel einer ,Most Promising Technology’ geehrt.

Die ersten Ausrüstungen für die 60 MW Produktionslinie für holografische Folien in Tucson wird im Juni 2008 geliefert. Bis Ende des Folgejahres soll die Fertigungskapazität 120 MW erreichen, es gibt aber bereits Ausbaupläne bis 1 GW. Im Oktober gibt es 1 Mio. $ von The Solar Energy Consortium (TSEC) als Finanzierungshilfe zum Beginn der Produktion der patentierten HPC-Technologie.

Für 3,75 Mio. $ übernimmt das Unternehmen im März 2009 die Produktionsgebäude der Panasonic-Tochter Plasmaco in upstate New York, wo zukünftig pro Jahr 60 MW Solarmodule für den lokalen Markt sowie 1 GW HPC-Film zum Verkauf an andere Modulehersteller produziert werden sollen. Ein Monat später bringt eine Finanzierungsrunde 5 Mio. $ ein, beteiligt sind I2BF Venture Capital aus London, Counter Point Venture Fund LP, Merrimaker Corporation und andere. Im Juli folgen 1,5 Mio. $ als Bürgschaft der New York State Energy Research and Development Authority, und im Dezember weitere 3,6 Mio. $ als Bundesbürgschaft, damit Prism Solar seine beidseitige Solarband-Technologie (solar bifacial ribbon cell technology) vermarkten kann.

Prism Solar in Tucson

Prism Solar in Tucson

Im Februar 2010 vereinbaren Prism Solar und PPG Industries die Durchführung eines gemeinsamen Projekts, um die Leistung von verschiedenen Arten von Glas und unterschiedliche Einfallswinkel sowohl bei Standard- als auch bei holografischen PV-Modulen zu testen. Zum Einsatz kommt dabei auch das hochdurchlässige Solarphire AR Glas von PPG.

Eine weitere Testreihe wird im August mit der Central Hudson Gas & Electric Corp. abgeschlossen, bei der im Laufe von 3 Jahren und mit einem Kostenaufwand von 190.000 $ die tatsächliche Effektivität von Solarpanelen bestimmt werden soll, die mit dem holografischen Film überzogen sind.

Die drei involvierten Vergleichsanlagen mit jeweils 2,5 kW werden im Frühherbst 2010 auf dem Dach der Coldenham Substation von Central Hudson in Orange County, NewYork, installiert.


Auch die Firma Holotec GmbH aus Aachen forscht und produziert im Bereich holografischer Materialien. Schwerpunkt sind die Auslegung, Entwicklung und Herstellung von Holografisch-Optischen-Elementen (HOE) für die unterschiedlichsten Anwendungen. Das Unternehmen wurde im Jahr 1999 von Mitarbeitern des Lehr- und Forschungsgebietes Hochtemperaturthermodynamik der RWTH Aachen gegründet. Auf der Homepage sind leider nur drei Referenzprojekte angegeben, die noch nicht einmal zeitlich zuordenbar sind. Zwei Projekte hängen mit der Energie zusammen:

Für das Besucherzentrum der Solarfabrik der Shell AG in Gelsenkirchen wird eine holografische Verschattung mit gleich­zeitiger photovoltaischer Strom­gewinnung hergestellt, wobei die Größe der Hologrammfläche 20 m2 beträgt, während das Arbeitsprinzip auf einachsig nachgeführten Trans­missionshologrammen basiert, die das einfallende Sonnenlicht auf die Solarzellen fokussieren.

In Zusammenarbeit mit der DLR in Köln wird ein Parabolrinnenkollektor mit 8,5 m2 Reflektionshologrammen ausgestattet, wobei das einfallende Sonnenlicht auf ein in der Brennlinie angebrachtes Reaktorrohr fokussiert wird, in dem eine photochemische Reaktion stattfindet, bei der als Photosensibilisator der Farbstoff Rose-Bengal verwendet wird.

Ziel dieses Projektes ist, die spektrale Charakteristik der einlaminierten Reflexionshologramme der spektralen Charakteristik der Absorption des Rose-Bengal anzupassen. Dies hat den Vorteil, daß nur Licht der gewünschten Wellenlänge auf das Reaktorrohr fokussiert wird. Eine störende Erwärmung des Reaktionsgemisches aufgrund längerer Wellenlängenanteile und ein ebenfalls nicht erwünschtes Aufspalten bereits synthetisierter Produkte durch kurzwellige Anteile des Sonnenlichtes würden in diesem Fall nämlich nicht stattfinden.

Leider lassen sich weder bei Holotec noch bei der DLR weitere Details oder gar Ergebnisse dieser Forschungen finden.


Auch die Northeast Photosciences aus den USA hätte Ende der 1990er Jahre kurz vor der Produktion holografischer Solarzellen gestanden, mußte dann aber aus verschiedenen Gründen aufgeben.


Ende 2006 stellt Sharp eine Siliziumzelle vor, die ebenfalls mit einer Fresnel-Linse ausgestattet ist und damit die doppelte Effizienz erreicht.


Die Tigo Energy Inc. wird im Jahr 2007 im kalifornischen Los Gatos von einer Gruppe Technologen aus dem Silicon Valley mit dem Ziel gegründet, die Energieleistung einzelner Module um bis zu 20 % zu steigern. Hierfür werden die patentierten Tigo Energy Maximizer auf den Markt gebracht, worauf sich die Geschäftstätigkeit des Unternehmens schnell auf die gesamte USA, Europa, Japan, Korea und den Mittleren Osten ausdehnt.

Statt mit einem Mikroinverter oder einem DC/DC Spannungswandler zu arbeiten, setzt Tigo ein Verfahren der Impedanzanpassung ein, das einen bisher unerreichten Energieertrag und eine hohe Genauigkeit bei der Leistungskontrolle ermöglicht. Dies wird durch das Anbringen sehr einfacher Elektronikteile am Modul selbst erreicht, in Verbindung mit einer ‚intelligenten’ Steuersoftware. Die Finanzinvestoren der Firma sind Matrix Partners und OVP Venture Partners.

Es gibt eine ganze Reihe weiterer Unternehmen, die sich mit der Optimierung von Invertern usw. beschäftigen, wie Enecsys, Azuray, GreenRay, SunSil, SolarBridge, Enphase, eIQ, SolarMagic und andere, deren ausführliche Berücksichtigung den Umfang dieser Präsentation sprengen würde. Tigo sei an dieser Stelle stellvertretend für alle diese erwähnt.


Die Mitte 2007 aus dem Imperial College London ausgegründete QuantaSol Ltd. in Kingston upon Thames, Surrey, will die an der Universität entwickelten speziellen Triple Junction Solarzellen für HCPV-Systeme kommerzialisieren. Bei der Herstellung seiner Zellen mit spannungskompensierenden Quantengräben (Quantum Wells; daher manchmal auch Quantentöpfe genannt) setzt das Unternehmen auf verschiedene Nanostrukturen, die mehrere Legierungen verbinden, um synthetische Kristalle zu erzeugen. Damit wird eine einfache und kostengünstige Produktion bei gleichzeitig hohen Wirkungsgraden möglich, wobei die einzelnen sub-Zellen regelrecht ‚gestimmt’ werden.

QuantaSol-Zelle

QuantaSol-Zelle
(das winzige Viereck in der Mitte)

Die Forscher um Keith Barnham gelten als Pioniere bei der Anwendung von Nanostrukturen wie Quantengräben und Quantenpunkte (Quantum Dots) in der Photovoltaik. Aus den Arbeiten resultieren diverse Patente für die Verwendung von Quantengräben in Konzentrator-Zellen, die Verwendung von spannungskompensierten Quantengräben in PV-Zellen (Strain-Balanced Quantum Well Solar Cells, SB-QWSC) und die Umsetzung der Quantenpunkt Licht-Konzentration (Quantum Dot Light Concentration, QDC).

Bereits im August 2007 bekommt QuantaSol Investitionsmittel in Höhe von 1,35 Mio. £ von Low Carbon Accelerator Ltd. (LCA) (die für 15,34 % des Unternehmens 480.000 £ zahlen), Imperial Innovations, NetScientific Ltd. und Numis Securities Ltd., und schon im Januar 2008 wird erfolgreich eine Single Junction Zelle mit einem Wirkungsgrad von 27 % bei 500-facher Lichtkonzentration vorgeführt.

Im Juni 2009 schießt LCA weitere knapp 2 Mio. £ in das Unternehmen, da es diesem inzwischen gelungen ist, den Wirkungsgrad auf 28,3 % anzuheben – was zu diesem Zeitpunkt einen neuen Weltrekord darstellt. Die entsprechenden Kontrolltests werden am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) durchgeführt. Laut QuantaSol handelt es sich damit um die effizienteste einschichtige Solarzelle der Welt. Nun will sich das Unternehmen weiter mit Mehrfach-Stapelsolarzellen beschäftigen und auch dort neue Effizienzmaßstäbe setzen.

Mit der University of Houston wird im September 2009 eine Forschungskooperation vereinbart bei der es darum geht, die Absorption und die Effizienz der Zellen durch den Einsatz verdünnter Nitride weiter zu steigern. Die Universität lizenziert QuantaSol eine fortschrittliche Material-Wachstumstechnologie, um den Herstellungsprozeß einfacher und billiger zu machen und den Wirkungsgrad der Solarzellen zu verbessern.

Es dauert dann allerdings noch bis zum November 2010, bis die Pilotproduktion beginnt, um die schon avisierten Kunden endlich auch beliefern zu können. Der Auftragsbestand beläuft sich bereits auf mehr als 1 MW an Zellen, die in der ersten Hälfte des Jahres 2011 ausgeliefert werden sollen. Im Juli wird bekannt, daß QuantaSol samt seiner branchenführenden Mehrfachquantentrog-Technologie (Multiple Quantum Well, MQW) von der Firma JDS Uniphase Corp. aus Milpitas, Kalifornien, übernommen wird.


Die im Juli 2007 gegründete Firma Solarmation LLC mit Sitz in Spokane, Washington, ist der Anbieter einer patentierten ALOX Metal Substrate Receiver-Technologie für CPV-Unternehmen. Die Tochtergesellschaft der seit mehr als 35 Jahren in der Beleuchtungs- und Solarindustrie führenden Ecolite übernimmt optische Elemente von LEDs und Autoscheinwerfern und überträgt die auf CPV-Receiver.

Solarmation Quasar

Solarmation Quasar

Die Quasar modules von Solarmation sind im Grunde quadratische Bausteine, die jeweils neun Fresnel-Linsen aus leichtem reflektierenden Aluminium (von Alanod Solar) anstelle von Glas haben und das Sonnenlicht 1.000 Mal konzentrieren. Über die Besonderheiten der Technologie schweigt sich das Unternehmen aus, bis zwei seiner Patente erteilt werden. 2009 befindet sich Solarmation noch in der Beta-Test-Phase, doch für Anfang 2010 wird eine erste Finanzierungsrunde geplant, denn man will schon im zweiten Quartal mit der Produktion beginnen. Anvisiert werden Systeme mit rund 5 MW Leistung.

Zum Zeitpunkt des aktuellen Updates Mitte 2011 gibt es noch keine weiteren Neuigkeiten.  


Solar Junction
ist eine 2007 erfolgte Ausgründung der Stanford University, die zuerst in Cupertino und später in San Jose, Kalifornien, neue Herstellungsprozesse für hocheffiziente Multi Junction Solarzellen entwickelt, die in CPV-Systemen zum Einsatz kommen sollen. Das Startkapital stellt der Investor New Enterprise Associates (NEA) zur Verfügung.

Anfang 2010 bekommt das Unternehmen eine Förderung von 3 Mio. $ durch das National Renewable Energy Laboratory (NREL) im Rahmen des PV Incubator Programms des DOE. Damit soll die Technologie von Solar Junction, dem ersten Unternehmen das wäßrige Nitride (Dilute Nitrides) für Multi Junction Zellen einsetzt, weiterentwickelt werden. Und schon im März bringt eine weitere Finanzierungsrunde 13,3 Mio. $ von New Enterprise Associates, Draper Fisher Jurvetson und Advanced Technology Ventures, womit ein Gesamtinvestitionsvolumen von 33 Mio. $ erreicht wird. Das NREL bescheinigt im Januar 2011, daß die Zellen bei 1.000-facher Sonneneinstrahlung einen Wirkungsgrad von 40,9 % erreichen. Nur einen Monat später sind es schon 41,4 %.

Solar Junction Zellen

Solar Junction Zellen

Im März 2011 wartet Solar Junction auf die Entscheidung des DOE über einen 80 Mio. $ Kredit, um zu günstigen Konditionen die Demonstrations-Herstellungsanlage von derzeit 7 MW auf 250 MW pro Jahr erweitern zu können. Die Produktion soll dann Anfang 2012 beginnen.

Einen Weltrekord kann das Unternehmen im April 2011 verbuchen, als bei 400-facher Sonneneinstrahlung an einer verkaufsfertigen Zelle aus der Produktion eine Effizienz von 43,5 % gemessen wird (bei 1.000-facher Einstrahlung ging diese auf 43,0 % herunter). Die Fläche der neuen Zelle beträgt nur 5,5 x 5,5 mm.

Im Februar 2012 kündigt Solar Junction eine Multi-Megawatt Liefervereinbarung mit der Firma Semprius an, mit der seit zwei Jahren eng zusammengearbeitet wird, während gleichzeitig eine Finanzierungsrunde D dem Unternehmen 19,2 Mio. $ einbringt. Außerdem kommt als zusätzlicher neuer Investor und Partner die IQE plc aus Cardiff dazu, einer der weltgrößten Wafer-Hersteller. Im März erhält Solar Junction den Compound Semiconductor Industry Award für seine hocheffizienten und gemeinsam mit dem NREL entwickelten SJ3-Zellen, und im April im Rahmen des ‚SunShot program’ der US-Regierung einen SUNPATH award (= Scaling Up Nascent PV at Home) vom Department of Energy (DOE) in Höhe von 5 Mio. $, um die Fertigungskapazitäten von 5 MW auf 40 MW zu erhöhen. Die neuen Zellen der Firma werden adjustable spectrum latticed matched (A-SLAM™) cell genannt (was ich lieber gar nicht, als falsch übersetze).

Im Mai erfolgt ein 5 MW Auftrag von SolFocus – und im Juni gehört die SJ3-Zelle zu den Gewinnern des 50. Annual R & D 100 Award, der die 100 technologisch bedeutendsten Produkte, die im vergangenen Jahr in den US-Markt eingeführt wurden, auszeichnet. Die jüngste Meldung stammt vom Oktober 2012 und besagt, daß das NREL einen neuen Rekord der Solar-Junction-Zellen gemessen hat: 44 % (bei 947 Sonnen).


500 mal weniger Solarzellenmaterial als konventionelle Systeme soll der Solar Balloon des 2007 von Eric B. Cummings gestarteten Unternehmens CoolEarth Solar in Livermore, Kalifornien, benötigen, um den gleichen Output zu erzielen – allerdings mit Hochleistungssolarzellen aus der Raumfahrt. Bis 2010 will man die Installationskosten auf 1 $/W drücken.

Wie schon der Name sagt, handelt es sich um aufblasbare Reflektoren, die in 2,5 – 6 m Höhe in Reihen auf Seilen aufgespannt werden und als bodenseitige Trägerstrukturen nur Türme aus Leichtaluminium mit entsprechenden Verspannungen benötigen. Das Unternehmen errechnet, daß man eine Kollektorfläche dadurch 400 mal günstiger herstellen kann als mit polierten Aluminiumspiegeln. Mit einem Durchmesser von 2,5 m leistet jeder etwa 10 kg schwere Ballon 500 W, während die Kosten der Mylar-Ballonhülle im Falle einer Massenherstellung auf 2 $ geschätzt werden.

Zur Kühlung des Multi Junction Zellen-Receivers gibt es einen kleinen Wasserkreislauf. Das System soll Windgeschwindigkeiten bis 200 km/h überstehen können. Die erste 1 MW oder 1,5 MW Pilotanlage will man im Sommer 2009 in der Nähe der Stadt Tracy im Central Valley aufstellen.

CoolEarth Prototyp

CoolEarth Prototyp

Tatsächlich erhält CoolEarth im Februar 2008 Investitionsmittel in Höhe von 21 Mio. $, vom Quercus Trust und anderen Investoren, wodurch sogar die Pläne zur Errichtung einer 10 MW Anlage im Central Valley in die Nähe rücken. Ein derartiges System würde eine Fläche von über 320.000 m2 umfassen und aus 10.000 Ballons bestehen, da diese nach verschiedenen Optimierungsschritten inzwischen jeweils 1 kW leisten.

Im Juli 2009 ist das Unternehmen allerdings immer noch dabei, mehr und mehr Patentanträge einzureichen. Man arbeitet inzwischen bereits an der 3. Generation Ballons, die nun bis Jahresende zu einer 0,25 – 1 MW Pilotanlage zusammengeschlossen werden sollen. Derweil man langfristig schon an Anlagengrößen von 500 MW und mehr denkt. Mit der Umsetzung geht es dann aber doch nicht so schnell, wie erhofft.

Im November 2010 erweitert CoolEarth zwar seine Büros und Entwicklungsbereiche, doch von den lange versprochenen Pilotanlagen ist noch immer nichts zu sehen. Mit der Entwicklungsfirma für Erneuerbare Energie Principle Power of San Francisco besteht eine Vereinbarung zur Vermarktung der Solar Balloon Technologie in Spanien, Portugal und Mexiko.


Mitte 2007 wird in Israel eine neue Form der platzsparenden Optimierung vorgestellt, bei der ebenfalls Ballone zum Einsatz kommen. Diese Balloon-Satellites sind jedoch mit Helium befüllt und schweben wie ‚Luftpflanzen’ in die Höhe – deren Blätter mit einem Solarzellenüberzug versehen sind. Als ‚Stengel’ fungiert ein Kabelstrang, durch den gleichzeitig auch Helium nachgeliefert werden kann.

Balloon-Satellites

Balloon-Satellites
(Grafik)

Dr. Pini Gurfil und sein Doktorand Joseph ‚Yossi’ Cory vom Technion Institute installieren im November zwei Demonstrationssysteme, eines in Haifa und eines in der Wüste. Sie denken dabei aber schon an Solarballons, von denen einer oder zwei ausreichen würden um den Strombedarf einer ganzen Familie zu decken.

Im April 2008 rechnen die Forscher von Corys Firma Geotectura in Haifa damit, daß es noch etwa ein Jahr dauert bis ein Wind-resistenter Prototyp ihres inzwischen SunHopes genannten Systems fertig ist. Ein Ballon mit einem Gewicht von 2,5 kg und einem Durchmesser von 3 m könnte etwa 1 kW leisten, was rund 25 m2 traditioneller Solarpanele entspricht. Installation und Betrieb der Ballons würden ca. 60 % weniger kosten als bei herkömmlichen Solaranlagen. Als Ziel wird ein Preis von 4.000 $ pro Ballon anvisiert.

2009 beschäftigt sich Geotectura unter dem Namen AIRchitecture mit fliegenden bzw. schwebenden Gebäuden – über die Solarballons gibt es dagegen nichts Neues zu vermelden.


Die ebenfalls israelische Firma Pythagoras Solar wird 2007 von Itay Baruchi und Gonen Fink in Eilat und mit einem ‚seed-funding’ in Höhe von 1 Mio. $ durch Precede Technologies gegründet. Die Gründer sind – wie bei vielen israelischen Technologie-Firmen – ehemalige Offiziere. Nur ein Jahr später gibt es 10 Mio. $ Startkapital von Investoren wie Pitango Venture Capital, Evergreen Venture Partners und Israel Cleantech Ventures, und die Firma hat bald darauf Büros in Israel, den USA (San Mateo, Kalifornien) und China, um die Photovoltaic Glass Unit (PVGU) Solarfenster-Technologie  international zu vermarkten.

Pythagoras Patent

Pythagoras (Patent)

Übliches Isolierglas besteht aus zwei Glasscheiben, die etwas 2,5 cm auseinander liegen und von einem Metallrahmen umfaßt werden. Manchmal ist das Glas mit einem Film beschichtet, um den Wärmeanteil der Sonnenstrahlen zu blockieren. Auch bei Pythagoras verwendet man zwei Scheiben, zwischen denen mehrere ‚Fliesen’ montiert sind, von denen jede eine Solarzelle zur Stromerzeugung enthält. Diese rechteckigen Fliesen lassen Tageslicht herein und besitzen interne Spiegel, welche das Licht auf die Solarzellen lenken. Schlüsselelemente sind das Kunststoff-Prisma, das auf der Außenseite der Glasscheiben plaziert wird – sowie die verwendeten Klebematerialien. Der Solar-Konzentrator hat allerdings einen niedrigem Konzentrationsfaktor, wie aus dem Ende 2007 eingereichten und bereits Anfang 2008 erteilten Patent der Pythagoras Solar Inc. aus Wilmington, Delaware, hervorgeht.

Die Konzentrator-Architektur der Firma bietet eine nur zweifache Verstärkung, ergibt aber ein weitgehend transparentes Modul, das im Fenster- und Fassadenbau genutzt werden kann. Besonders sinnvoll scheint es für Oberlichter zu sein, und pro Quadratmeter können damit 140 W erwirtschaftet werden. Das Unternehmen fokussiert sich daher auf den im Entstehen begriffenen Markt für gebäudeintegrierte Photovoltaik (Building Integrated Photovoltaic, BIPV).

Der Produktionsbeginn soll 2010 erfolgen, verzögert sich dann aber. Firmen, die sich auf diesem Gebiet ebenfalls betätigt haben und inzwischen erfolglos wieder verschwunden sind, sind z.B. die Unternehmen SV Solar and Solaria.

Pythagoras Test am Willis Tower

Pythagoras Test
(Willis Tower)

Im Dezember 2010 wird eine Vereinbarung mit dem Solarhersteller China Sunergy Co. Ltd. in Nanjing unterzeichnet, bei der es um die gemeinsame Vermarktung und Förderung der Entwicklung und Großserienfertigung von BIPV-Produkten in China geht. Dabei sollen innerhalb von 5 Jahren bis zu 75 MW hocheffizienter Solar-Konzentrator-Zellen ausgeliefert werden. Weitere Absprachen werden mit Arkema und Flextronics getroffen, um die Technologie möglichst schnell auf den Markt bringen zu können.

Pythagoras wird im März 2011 ausgewählt, um an einem Pilotprojekt teilzunehmen, das an der Fassade des Willis Tower (ehemals Sears Tower) in Chicago durchgeführt wird. An der Südseite wurde bereits im November des Vorjahres ein Fenster der 56. Etage entsprechend umgerüstet. Mit der BIPV-Lösung ließen sich an dem Hochhaus bis zu 2 MW Solarstrom gewinnen.

Im Juni gewinnt das Unternehmen einen Preis des GE ecomagination Challenge in Höhe von 100.000 $, weitere Nachrichten gibt es bislang nicht.


Im Mai 2007 beginnt ein großes Solarkonzentrator-Projekt in der spanischen Region Castilla la Mancha, berühmt geworden durch Don Quijote und seine Windmühlen, wo vier Unternehmen gemeinsam ein 2,7 MW Kraftwerk errichten – allerdings mit unterschiedlichen Arten von Solar-Konzentrator-Technologien. Beteilingt sind Solfocus (USA, 500 KW), Concentrix (Deutschland, 500 KW), Isofoton (Spanien, 700 KW) und Guascor Foton (Spanien / USA, 300 KW). Koordiniert wird das Projekt vom Institute of Concentration Photovoltaic Systems (ISFOC), ausgewählt wurden die Firmen bereits im Oktober 2006.


Im Mai 2007 stellen auch Forscher der australischen University of New South Wales eine Solarzelle mit Konzentrator vor, die einen Wirkungsgrad von 30 – 50 % erreicht. Hier wird ein rund 10 nm sarker Silber-Dünnfilm auf eine Solarzelle gelegt und auf 200°C aufgeheizt.

Dabei zerfällt dieser Film in winzige, 100 nm große ,Inseln’ aus Silber, welche den Grad des Lichteintrags erheblich steigern. Zur Versorgung eines Einfamilienhauses würde demnach eine Fläche von 10 m2 ausreichen.


Einen reproduzierbaren Wirkungsgrad von 40,7 % erreicht dagegen im Juni 2007 die Metamorphic Multi-Junction Concentrator Cell (MMCC) der Boeing-Tochter Spectrolab Inc. – womit gleichzeitig der bislang als theoretische Obegrenze geltenden Wert von 37 % durchbrochen wird. Doch lange hält dieser Rekord nicht vor, denn nur einen Monat später erreicht die Very High Efficiency Solar Cell (VHESC) einen Wert von 42,8 %.

An dem knapp 2-jährigen Forschungsprogramm sind allerings eine ganze Reihe hochkarätiger Unternehmen und Forschungsinstitutionen beteiligt: BP Solar, Blue Square Energy, Energy Focus, Emcore, SAIC, die University of Delaware, das National Renewable Energy Laboratory, die Georgia Institute of Technology, Purdue University, University of Rochester, das Massachusetts Institute of Technology, die University of California Santa Barbara, die Firma Optical Research Associates und die Australian National University.

Als nächster Schritt wird die DARPA nun ein Konsortium aus der University of Delaware und dem Chemieriesen DuPont über drei Jahre lang mit einem Gesamtbetrag von 100 Mio. $ finanzieren, um die Zelle unter dem Titel Lateral Solar Cell zu einem kommerzialisierbaren Produkt weiterzuentwickeln. Wobei man sich als Zielvorgabe eine Zelle mit einem Wirkungsggrad von 50 % vorstellt.

Ein günstiges Produktionsverfahren für naßchemisch hergestellte Polymersolarzellen, welche die Grundlage der bereits mehrfach beschriebenen Tripelzellen mit Konzentratorlinsen bilden, wird derweil von einer Arbeitsgruppe der University of California in Santa Barbara und des Gwangju Institute of Science and Technology in Südkorea entwickelt.


Ein Compact Linear Fresnel Reflector (CLFR) samt dem dazugehörigen Dampferzeugungssystem wird bereits in den frühen 1990ern von David Mills an der Universität von Sydney konzipiert. Zwischen  1995 und 2001 wird die Idee gemeinsam mit Graham Morrison weiterentwickelt, und zusammen mit dem Geschäftsführer der Ausra Inc. gründen die drei im Jahr 2002 die Solar Heat and Power Pty Ltd. Im Jahr 2004 errichtet das Unternehmen für die Macquarie Generation in New South Wales eine erfolgreiche Versuchsanlage mit 1 MW Leistung.

Da es sich hierbei um keine photovoltaische Anlage handelt, hat sie in diesem Kapitel eigentlich nichts zu suchen - ich möchte sie jedoch erwähnen um aufzuzeigen, daß sich einige der hier vorgestellten Konzentratortechnologien fast 1:1 auch im thermischen Bereich einsetzen lassen.

Ab 2006 übernimmt die ebenfalls 2002 gegründete Ausra Inc. aus Palo Alto, Kalifornien, die weltweite Vermarktung dieses Systems, bei dem das Wasser in den Sammlerrohren durch die darunter angebrachten Spiegel bis auf 285°C aufgeheizt wird, um dann eine konventionelle Dampfturbine zu betreiben.

Ausra-Konzentrator

Ausra-Konzentrator

Im September 2007 erhält Ausra Inc. mehr als 40 Mio. $ Investitionskapital aus dem Silicon Valley von Khosla Ventures und Kleiner, Perkins, Caufield & Byers (KPCB), gleichzeitig arbeitet man weiter an der Versuchsanlage in Australien. Dort soll bis 2009 ein 38 MW CLFR-Solarfeld aufgebaut werden. Auch über Projekte in Portugal und in den USA wird gesprochen, wobei das Unternehmen Kraftwerke in Größenordnungen von 100 – 500 MW im Auge hat.

Tatsächlich wird im November 2007 eine Vereinbarung mit der Pacific Gas and Electric Co. zur Lieferung eines 177 MW Kraftwerks geschlossen, das 2010 im San Luis Obispo County in Betríeb gehen soll. Im Dezember kündigt die Ausra Inc. die Errichtung einer Fabrikationsanlage in Las Vegas an, in der hochautomatisiert die Reflektoren, Träger, Absorberrohre und andere Komponenten für die Solarthermieanlage hergestellt werden. Die Produktion soll im April 2008 beginnen, während der Jahresausstoß Material für insgesamt 700 MW umfassen wird.

Ein Fresnel-Kraftwerk mit einer thermischen Leistung von 1 MW wird ab Mitte 2007 auf der Plataforma Solar de Almería (PSA) in Spanien getestet. Der 100 m lange und 20 m breite Prototyp wurde im Auftrag der MAN Ferrostaal Power Industry GmbH von Forscher des Fraunhofer-Instituts für Solar Energiesysteme und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt geplant. Als Wärmeträger zirkuliert Wasser, das bei 100 bar verdampft und über 400°C heiß wird. [Die ausführliche Darstellung dieses neuen Kraftwerktyps folgt in einem gesonderten Unterkapitel (s.d.)]

Gleichzeitig wird für Almería auch eine Konzentrator-Solaranlage mit Fresnel-Linsen und den besonders effizienten aber auch teuren Solarzellen auf Galliumarsenid-Basis geplant.


Im August 2007 gibt das Laser Zentrum Hannover e.V. weitere Fortschritte bei der verbesserten Strukturierung und optimalen Ausnutzung der Zelloberfläche mit Hilfe kleinster Laserbohrungen bekannt. Alleine durch das Verlegen der Kontakte auf die Rückseite läßt sich die zur Verfügung stehende Oberfläche um 5 - 6 % vergrößern, wobei durch diese – berührungsfreie – Form des Kontaktierens auch das Bruchrisiko der immer dünner werdenenden Zellen signifikant sinkt. Gemeinsam mit dem Institut für Solarenergieforschung arbeitet man nun an einer konkurrenzfähigen Massenfertigung von Solarzellen mit Hilfe der Lasertechnologie.

Eine weitere mit Lasertechnologie hergestellte Solarzelle stellt Anfang September 2007 auch das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) vor. Die über ihre Rückseite kontaktierte multikristalline Metal Wrap Through-Zelle arbeitet mit einem bis zu einem halben Prozent höheren Wirkungsgrad als vergleichbare Standardzellen - was allerdings nicht gerade viel ist.


Im Oktober 2007 stellt das britische Unternehmen BraggOne aus London eine neue und preisgünstige Methode vor, um die bei Siliziumzellen sonst übliche Reflektion von 30 % durch eine nur wenige Nanometer dicke aufgesprühte Schicht zu reduzieren.

Einen Monat später präsentiert auch Global Warming Solutions aus Houston, Texas, eine entsprechende Beschichtung, die den Wirkungsgrad von Zellen um 11 – 15 % anheben soll. Gleichzeitig arbeitet dieses Unternehmen intensiv daran, seinen Electric Light Thermal Generator (ELTG) weiterzuentwickeln, bei dem eine hybride Gestaltung neben PV-Strom auch heißes Wasser produziert, so daß das Gesamtsystem 24 Stunden lang Energie abgeben kann.


Die Firma International Automated Systems Inc. (IAUS) aus Salem, Utah, die Ende 2007 an Fresnel-Trägerstrukturen mit zweiachsiger Sonnennachführung arbeitet, habe ich bereits bei der Beschreibung der unterschiedlichen Solarzellentypen erwähnt (s. Amorphe Zellen). Das Unternehmen verbreitet die Nachricht, daß seine Dünnschicht-Solarzellen einen konkurrenzlosen Wirkungsgrad von fast 92 % erreichen - was ich bislang jedoch nicht verifizieren konnte.        

Die runden IAUS-Linsenfelder haben einen Durchmesser von ca. 10 m. Die Testläufe zu ihrer Herstellung sind erfolgreich und es gelingt, in 24 Stunden eine Kollektorenleistung von fast 1.000 kW zu produzieren, so daß bei einem 24/7 Betriebs-Zeitplan geschätzte 350 MW Panels pro Jahr hergestellt werden könnten.

Bei der thermischen Variante soll eine blattlose, mittels einer Raketendüse funktionierende Johnson-Dampfturbine eingesetzt werden, außerdem ist in das Gesamtsystem ein Flüssigsalz-Wärmetauscher integriert, der allerdings noch optimiert werden muß. Trotzdem werden schon Bestellungen angenommen: Ein 10 kW System kostet rund 30.000 $. In den Jahren 2010 und 2011 ist die Firma auf der Suche nach Partnern und Kapitalgebern um die Enwicklung weiter voran zu treiben.


Daß neben den diversen Großunternehmen und Universitäten auch kleinere Firmen neue Innovationen einführen können, scheint sich im Dezember 2007 zu bestätigen, als die FreEnergy aus Kalifornien ein Panel präsentiert, das statt den üblichen 200 W Ausgangsleistung sage und schreibe 3.200 W erreicht.

Das System basiert auf konventionellen Siliziumzellen, die jedoch aufgrund bislang nicht offengelegter Modifikationen und Zusätzen nun in der Lage sein sollen, das gesamten Lichtspektrum aufzunehmen und umzuwandeln. Bis zum Sommer 2008 soll eine erste Fertigungsanlage für 200 Mitarbeiter errichtet werden. Später hört man allerdings nichts mehr von diesem Unternehmen.


Ebenfalls im Dezember 2007 präsentiert die SkyFuel aus Albuquerque, New Mexiko, das Konzept seines Linear Power Tower (LPT), wo die Technik der Solarenergie-Konzentration dazu genutzt wird, um thermische Solaranlage in industriellem Maßstab aufzubauen. Das System ist mit Fresnel-Linsen und einem Salzschmelze-Wärmespeicher ausgestattet.

Weitere technische Angaben und Details liegen jedoch noch nicht vor, während die Homepage des Unternehmens einen Preis für grobe visuelle Fahrlässigkeit verdient. Das Start-Up wird mit  435.000 $ vom US Department of Energy gefördert. Weitere Solarturm-Konzepte finden sich in dem entsprechenden Kapitel (s.d.).


Einen völlig neuen Ansatz verfolgen Peter Fratzl und seine Mitarbeiter am Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung in Golm bei Potsdam. Hier untersucht man nämlich die Struktur und Entwicklung pflanzlicher ‚Muskelzellen’, die bei Bäumen die Zweige aufrichten oder Körner veranlassen, sich selber in die Erde zu bohren.

Die Ende 2007 präsentierten Resultate – einen künstlichen Muskel, den Änderungen der Luftfeuchtigkeit in Bewegung setzten – erwecken die Hoffnung, in absehbarer Zeit neue Antriebe zur automatischen und energielosen Sonnennachführung zu entwickeln. Vergleichbare Technologien finden sich auch im Kapitel Micro Energy Harvesting.


Im Dezember 2007 stellen Wissenschaftler der Stanford University um Peter Peumans eine ebenfalls sehr interessante Entwicklung vor, mit der es möglich wird, Siliziumschips auseinander zu ziehen.

Diese Technologie, bei der die Siliziumstrukturen das fünfzigfache ihrer ursprünglichen Fläche erreichen, soll auch für die Herstellung preisgünstiger Solarzellen umgesetzt werden.

Stanford-Innovation (b)

Stanford-
Innovation (b)

Wie aus den Abbildungen ersichtlich, handelt es sich dabei um kleine, freischwimmende Inseln aus Silizium, die von Wicklungen aus Siliziumband umgeben sind (a).

Jede dieser Inseln kann Transistoren, Sensoren oder das Solarzellenmaterial beinhalten. Sobald an den Rändern eine Zugkraft auftritt, ziehen sich die Ecken auseinander und die Siliziumbänder wickeln sich ab, wodurch die Struktur die Form eines Netzgitters annimmt (b).

Die Forscher gehen davon aus, daß es möglich ist mit dieser Technologie die Fläche um das tausend- oder sogar zehntausendfache zu vergrößern.


Anfang 2008 stellt Charles Shults III ein 6 kW Solarkonzentrator-System für 6.000 – 8.000 $ vor, mit dem er Mitte 2008 bis Anfang 2009 auf den Markt kommen will. Dabei wird das in konventionellen Panelen aufgeheizte Wasser über eine einzelne Fresnel-Linse bis in die Dampfphase weitererhitzt, um dann eine kleine Dampfturbine zur Stromerzeugung anzutreiben.


Die im Jahr 2000 von Sergey und Viktor Vasylyev in West Sacramento, Kalifornien, gegründete SVV Technology Innovations Inc. (SVVTI) entwickelt im Laufe der Jahre zwei neue Konzentrator-Technologien. Ich erfahre erstmals im Oktober 2007 etwas über die Erfindungen des aus der Ukraine stammenden Vater-Sohn-Gespanns.

Der Ring-Array Solar Concentrator (RAC) von SVVTI ist eine ultrastarke optische Linse, die aus einer Reihe von ineinander sitzenden konischen Ringreflektoren besteht.

Dieses patentierte Design ist völlig frei von der lichtstreuenden Wirkung herkömmlicher refraktiver Linsen, was das Erreichen viel höhere Wirkungsgrade und Konzentrationen erlaubt, und dies über ein breites Band elektromagnetischer Energiewellen. Auf der Rückseite des RAC bildet sich ein hochenergetischer Strahl, der für viele solare Anwendungen ideal sein kann, wie Hochkonzentrations-Solarzellen, Stirling-Elektrogeneratoren, Hochtemperatur-Öfen usw.

Slat-Array Konzentrator

Slat-Array Konzentrator

Der Slat-Array Solar Concentrator (SAC) wiederum ist eine mittelstark konzentrierende Linse für Solarthermie und PV-Module, die ähnlich einer Fresnel-Linse aus flachen Spiegellamellen besteht. Das sehr leichte und dennoch robuste Low-Cost-Konzentratormodul nutzt ein selbstentwickeltes, lineares Design, das eine zwei- bis dreifach bessere Konzentration als Fresnel-Linsen sowie eine gleichmäßige Ausleuchtung der Solarzellen liefert. Durch die Lamellen-Bauweise ist das Modul auch resistent gegenüber Windbelastungen.

Der SAC-Konzentrator ist für eine Vielzahl solarthermischer Anwendungen wie z.B. die Prozeßwärme-Gewinnung, die Kraft-Wärme-Kopplung, solarbetriebene Klimaanlagen oder die Warmwasserbereitung geeignet. Das hier abgebildete SAC-Modell besitzt eine Nennleistung von 500 W.

Die Entwicklung der Vasylyevs wird teilweise von der California Energy Commission, dem Sacramento Municipal Utility District und, auf Bundesebene, von dem Department of Energy gefördert. Die Entwickler hoffen, bis Ende 2010 die Marktreife zu erreichen.


Die in North Lexington, Massachusetts, beheimatete 1366 Technologies Inc. wird 2008 von Frank van Mierlo und dem MIT-Professor Emanuel ‚Ely’ Sachs gegründet, der durch seine Entwicklung der String-Ribbon-Fertigungstechnologie bekannt wurde, welche die Kosten der Solarzellen-Produktion gesenkt und ihre Effizienz erhöht hat. Die frische MIT-Ausgründung entwickelt neue Wege zum Entwurf der Zellenarchitektur und zur Herstellung Silizium-basierter Solarzellen. Dadurch soll der Wirkungsgrad multikristalliner Silizium-Zellen von 16 % auf 18 % anwachsen.

Eine der neuentwickelten Kerntechnologien ist, Solarzellen eine geometrisch optimierte Zelloberfläche zu geben, was die Fläche vergrößert, die innere Lichtbrechung erhöht und die Panel-Effizienz um bis zu 1 % steigert. Der Prozeß kann in bestehende Produktionslinien implementiert werden.

Im März 2008 gibt das Unternehmen bekannt, daß es 12,4 Mio. $ Investitionsmittel von North Bridge Venture Partners und Polaris Venture Partners erhalten habe. Nun wird geplant, in Lexington, Massachusetts, eine Pilotanlage zur Zellenherstellung in größerem Maßstab zu errichten, um potentiellen Kunden ein voll funktionsfähiges System zeigen zu können. Im Mai ist 1366 Technologies Gewinner des Startup-Wettbewerbs bei der PV-Jahreskonferenz von Greentech Media, und schon Mitte Oktober kann die Lexington-Pilotanlage eingeweiht werden.

Anfang 2009 wird im Rahmen der Solar America Initiative (SAI) ein Vertrag mit dem NREL und dem DOE zur Steigerung der Effektivität der sogenannten Self-Aligned Cell (SAC) Architektur sowie der Produktionskapazität der neuen Technologie geschlossen, der mit Fördermitteln bis zu 3 Mio. $ verbunden ist. Im Oktober gib es weitere 4 Mio. $ Fördermittel von der Advanced Research Projects Agency — Energy (ARPA-E) des DOE.

Der erste Auftrag kommt im Juli 2009 von einem großen deutschen Solarentwickler. Es handelt sich bei der Bestellung zwar um eine Prototyp-Maschine, und nicht um ein kommerzielles Gerät, aber wenn die Maschine zufriedenstellend funktioniert, könnte dies zu kommerziellen Folgeaufträgen führen. Die Auslieferung ist für den Mai 2010 geplant. Laut 1366 Technologies dauert die Herstellung einer Produktionslinie 6 – 9 Monate ab Auftragserteilung.

1366 Zellenoberfläche

1366 Zellenoberfläche

Im Februar 2010 gibt es weiteres Investitionskapital in Höhe von 5,15 Mio. $ von den oben bereits genannten Investoren, und einen Monat später wird eine Partnerschaft mit der deutschen RENA GmbH bekanntgegeben, dem Weltmarktführer in Naßprozeßtechnik, um die SAC-Technologie in einen kompletten Produktionsprozeß zu integrieren. Eine Finanzierungsrunde im Oktober bringt zusätzliche 20 Mio. $ von Hanwha Chemical (Korea) und dem Ventizz Capital Fund IV L.P., einem der führenden Investoren Europas für saubere Technologie. Damit soll die revolutionäre Direct Wafer-Technologie des Unternehmens in die Produktion überführt werden, bei der 156 mm durchmessende multikristalline Wafer in einem semi-kontinuierlichen, kosten- und materialeffizienten Prozeß direkt aus geschmolzenem Silizium gebildet werden.

Der Durchbruch scheint im Juni 2011 erreicht zu sein, als 1366 Technologies bekannt gibt, daß man vom DOE eine bedingte Zusage für eine Bürgschaft in Höhe von 150 Mio. $ bekommen habe. Damit will das Unternehmen bis 2013 seine Direct Wafer Fertigungskapazitäten in Massachusetts auf 20 MW erweitern, sowie eine zweite, wesentlich größere Produktionsstätte mit einem Jahresoutput von 1 GW errichten, in welcher die Grundbausteine von Solarzellen – die Silizium-Wafer – zu einem Bruchteil der heutigen Kosten produziert werden sollen.


Als im Januar 2008 die WorldWater & Solar Technologies Corp. die Entech Inc. kauft, wird die daraus entstehende Entech Solar Inc. mit Stammsitz in Fort Worth, Texas, gegründet, in welcher die Kompetenzen beider Partner gebündelt werden. Entech war in erster Linie ein Forschungs- und Entwicklungsunternehmen, das CPV-Technologien entworfen und produziert hat, während die Engineering-Firma WorldWater große Solarprojekten konzipierte und installierte.

Entech Konzentrator

Entech Konzentrator

Zur Produktlinie gehört das ThermaVolt-System, dessen Konzentrator-Module mit 20-facher Lichtverstärkung Strom und Wärme gleichzeitig liefern. Das Unternehmen entwickelt mit ihrem Tubular Skylight außerdem einen Tageslichtleiter, der eine sehr hohe Lichtausbeute und optische Effizienz für gewerbliche und industrielle ‚green buildings’-Initiativen bietet (s.d.).

Dieser Geschäftsbereich scheint sich auch durchzusetzen, während die meisten sonstigen Meldungen zu Entech mit dem Aktienkurs des Unternehmens zusammenhängen – und es auch Mitte 2011 nicht das Geringste über Pilotanlagen oder einen Produktionsbeginn zu erfahren gibt.


Das im kalifornischen San Jose beheimatete Solar-Startup Chromasun Inc. wird 2008 von Peter Le Lievre gegründet, der zuvor schon Mitbegründer der Ausra Inc. war (s.d.). Ziel des Unternehmens ist es, solare Konzentrator-Techniken auch im kleinen Maßstab marktreif zu machen. Die dahinter stehende Technologie entstand ursprünglich an der Australian National University (ANU) und wird in großem Maßstab von Ausra kommerzialisiert.

Die ANU engagiert sich schon seit 1995 in der Entwicklung linearer Konzentrator-Technologien und installiert im Jahr 2000 den ersten großen PV-Trog-Konzentrator mit einer Fläche von 160 m2. Das netzgekoppelte 20 kW System nutzt einen zweiachsig nachgeführten und 80 m langen Kollektor, der über 80 Spiegel verfügt. Die Solarzellen selbst sind auf luftgekühlten Receivern montiert. Als Folgeschritt wird eine kombinierte Technologie entwickelt, um auch die anfallende Hitze zu nutzen.

2005 entsteht daraus ein 300 m2 großes, hybrides Combined Heat and Power Solar (CHAPS) System auf dem Dach eines Studentenwohnheims, das aus 8 Kollektoren, einem Warmwasserspeicher, einer Fußbodenheizung, einem gasbetriebenen Reservebrenner und einem 40 kW Wechselrichter besteht, der die Schnittstelle zum Netz bildet. Das System ist deshalb so interessant, weil es in bereits existierende Klimaanlagen integriert werden und auch kurzzeitige Stromausfälle überbrücken kann.

2008 arbeiten die Ingenieure von Chromasun mit Forschern der ANU und der Tianjin University an der Entwicklung einer kostengünstigen Version eines hybriden Mikrokonzentrators. Der Prototyp mißt 1,7 x 1,5 x 0,2 m und verfügt über sieben Spiegel, die das Sonnenlicht auf die Receiver-Rohre konzentrieren. Auf diesen sind Mikro-Solarzellen aus kristallinem Silizium mit einem Wirkungsgrad von ca. 20 % angebracht, welche die 20- bis 30-fache Sonneneinstrahlung zur Stromerzeugung nutzen, währen ihre Abwärme die Wärmeträgerflüssigkeit aufheizt.

Es zeigt sich, daß die Wärmeleistung eines solchen Systems in der Regel 3 Mal größer ist als die elektrische Leistung, wobei ein Gesamtwirkungsgrad von 75 % erreichbar ist. Die Arbeiten werden mit 1,8 AUS-$ aus dem Asia-Pacific partnership (AP6) Programm der australischen Regierung gefördert, während die chinesische Regierung unabhängig davon die Forscher in Tianjin finanziert.

Mitte 2009 bereitet Chromasun Tests seiner Systeme in einem Bürohaus in Dubai (wo etwa 70 % des Stromverbrauchs durch Klimaanlagen anfällt) und in einem Datencenter im kalifornischen Sunnyvale vor, die Anfang 2010 starten sollen. Schon ein halbes Jahr später will man bereits kommerzielle Produkte anbieten können.

Chromasun in Santa Clara

Chromasun in Santa Clara

Im Oktober 2009 wird auf der Konferenz Solar Power International in Anaheim der erste Kollektor gezeigt. Der Chromasun Micro-Concentrator (MCT) ist für kommerzielle Dächer vorgesehen und mißt 1,2 x 3 m. Er beinhaltet durch Alanod Solar hergestellte 0,3 mm dicke Streifen aus glänzendem Aluminium, die wie Jalousien aussehen und mit Hilfe von Sensoren der Sonne nachgeführt werden – im Grunde also Fresnel-Reflektoren. Diese Streifen konzentrieren das Licht 25 Mal und reflektieren es auf zwei Rohre, um Temperaturen von bis zu 220°C bei einem Druck von 40 bar zu erzeugen. Die gesamte Optik ist in einer verglasten Überdachung eingeschlossen, welche die Spiegel vor Wind, Regen und Schmutz schützt. Der Gesamtwirkungsgrad soll bei nahezu 50 % liegen.

Investoren wie VKR Holding und GoGreen Capital verschaffen Chromasun im April 2010 erstmals Mittel in Höhe von 3 Mio. $, und im November gibt das Unternehmen bekannt, daß es von dem Australian Solar Institute (ASI) einen Forschungszuschuß in Höhe von 3,2 Mio. $ erhält, um die firmeneigene Technologie zusammen mit einer Reihe der führenden australischen Forschungseinrichtungen weiter zu entwickeln. Die Gesamtkosten des Projekts betragen 9,4 Mio. $, und beteiligt sind die ANU, die University of New South Wales (UNSW) und die Commonwealth Scientific Research Organisation (CSIRO). Das Ergebnis wird eine neues Hybrid-MCT-Modul sein, das gleichzeitig Solarstrom und 150°C Hitze liefert.

Mit der Marktdurchdringung scheint dann doch noch etwas länger zu dauern, denn erst im April 2011 hört man wieder etwas von Chromasun, als auf dem Dach der Santa Clara University eine größere, gemeinsam mit SunWater Solar errichtete Anlage aus 60 Kollektoren eingeweiht wird, in der neben der Stromerzeugung Wasser auf 200°C erhitzt wird. Damit sollen die Wasser-Heizkosten des Gebäudes um bis zu 70 % verringert werden.


Im Mai 2008 bekommt das in Hollywood beheimatete Start-up Unternehmens Sunrgi viel Presse, als es sein PV-System Xtreme Concentrated Photovoltaics (XCPV) vorstellt, bei dem das Sonnenlicht mit einer speziellen Linse effizient zu einem kleinen Lichtpunkt gebündelt wird, der mehr als 1.600 Mal intensiver ist als die direkte Sonneneinstrahlung. Am Brennpunkt wird das Licht von einer hocheffizienten Solarzelle mit einem Wirkungsgrad von 37 % in Strom umgewandelt. Die speziell entwickelte ‚Coolmove’ Technologie zum Wärmeabtransport verhindert, daß das stark gebündelte Licht die Solarzellen zum schmelzen bringt. Außerdem sorgt eine zweiachsige Sonnennachführung für die Optimierung der Lichtausbeute.

Laut Sungri können diese Technologien die Produktionskosten für Solarstrom drastisch reduzieren, wobei das Unternehmen von einem Zielpreis von 5 – 7 US-Cent pro Kilowattstunde ausgeht. Die Technologie sei für die günstige Massenproduktion geeignet und die Tests mit XCPV-Prototypen sind bereits erfolgreich abgeschlossen worden.

Mit der kommerziellen Produktion sollte Mitte bis Ende 2009 begonnen werden, doch beim Update dieses Kapitels Mitte 2011 zeigte sich, daß die Entwicklung anscheinend stagniert ist, denn es gibt keinerlei Neuigkeiten.

IBM meldet im Mai 2008 die Entwicklung eines flüssigen Metalls zur Kühlung von Konzentrator-Solarzellen. Die Forscher des Unternehmens um Supratik Guha, dem Forschungsleiter für Photovoltaik bei IBM Research, stellen einen neuen Rekord auf, als sie mit Hilfe einer großen Fresnel-Linse 230 W Sonnenenergie auf eine 1 cm2 kleine Solarzelle richten, was einer 2300-fachen Bündelung des direkten Sonnenlichts entspricht. Die Konzentrator-Zelle von IBM wandelt die Sonnenergie in 70 W elektrische Energie um und erzielt damit eine fünfmal so hohe Leistungsdichte wie herkömmliche Konzentrator-Photovoltaik (PV) Solarstromanlagen.

IBM Prototyp

IBM Prototyp

Durch die Anwendung einer Kühlmethode für Mikroprozessoren gelingt es, die Solarzellen hierbei von über 1600°C auf 85°C zu kühlen. Bei dieser Flüssigmetall-Technologie wird eine extrem dünne Schicht einer Gallium-Indium Legierung zwischen der Solarzelle und dem wassergekühlten Kühlkörper aufgetragen, wobei diese Schicht die Wärme wesentlich besser und effizienter abführt als alle bislang eingesetzten Materialien.

Zwei Monate später stellt das MIT ein weiteres neuartiges System namens Luminescent Solar Concentrator vor. Bei der Entwicklung von Marc A. Baldo und Shalom Goffri wird das Trägermaterial Glas oder Plastik ein- oder beidseitig mit einer oder mehreren hauchdünnen, ungiftigen organischen Farbschichten von jeweils knapp sechs Mikrometern bedampft. Die Farbstoffmoleküle streuen die Strahlung in die Glasebene hinein, sodaß das Licht, welches auf die Gesamtfläche fällt, eingefangen und durch Mehrfachreflektion innerhalb des Materials zu den Kanten hin abgelenkt wird – wo die empfangenden Solarzellen sitzen. Damit ist das Konzept auch sehr gut für Glasfenster oder -türen geeignet. Durch verschiedene Farbstoffmischungen lassen sich auch jene Frequenzen des Sonnenspektrums bevorzugen, die den jeweiligen Zellenspezifikationen am besten entsprechen. Je Farbstoffschicht wurden Wirkungsgrade von 6 % erzielt, die Zellen selbst kommen gegenwärtig auf einen Wirkungsgrad von 14,5 % pro Konzentratorzellenfläche.

Das größte Problem der MIT-Technologie ist ihre mangelnde Langlebigkeit. Die derzeitigen Designs funktionieren bislang nur für ca. 3 Monate, während für den Markt Solarzellen mit einer Lebensdauer von mindestens 5 – 15 Jahren erforderlich sind. Die Wissenschaftler hoffen, daß die Technologie, die OLEDs vor Feuchtigkeit und Luft schützt, auch verwendet werden kann um das Leben dieses neuen Konzentrators zu verlängern.

Inzwischen haben drei involvierte Mitglieder des MIT-Teams eine eigene Firma in Woburn, Massachusetts, gegründet, um die Methode weiter zu entwickeln und zu vermarkten. Im Mai 2008 gewinnt die neue Covalent Solar Inc. gleich zwei Preise der Entrepreneurship Competition des MIT, einen ersten Platz in der Kategorie Energie (20.000 $) sowie den Publikumspreis (10.000 $).

Als im November 2009 im Rahmen des American Recovery and Reinvestment Act ein 18 Mio. $ Förderpaket für ‚Saubere-Energie’-Forschungsarbeiten kleiner Unternehmen beschlossen wird, ist auch Covalent Solar mit dabei – mit knapp 150.000 $. Seitdem ist es allerdings ruhig geworden um die Firma, vermutlich ist man noch immer eifrig am forschen.

Ein ähnlicher Ansatz war bereits schon früher verfolgt worden, als 1976 die Idee der Fluoreszenzkollektoren (Flukos) entstand. In den 1980ern wurde unter anderem in Freiburg und an der amerikanischen Harvard-Universität daran geforscht. Die Idee wurde dann jedoch wieder fallen gelassen als sich herausstellte, daß bei der damaligen Technologie zu hohe Lichtverluste auftraten. Eine Firma namens Flukosolar soll allerdings Uhren hergestellt haben, bei denen das Material zur Energieversorgung eingesetzt wurde, und Bayer MaterialScience bietet seit 2004 unter dem Namen Makrofol DE 1-1 CC (LISA) eine 0,3 mm dicke gefärbte lichtsammelnde und -leitende Polycarbonat-Folie an, die fluoreszierende Farbstoffe enthält, welche das einfallende Licht in Licht mit längerer Wellenlänge umwandeln. Der größte Teil dieses Lichts wird innerhalb der Folie reflektiert und tritt erst durch die Kanten wieder aus.

Forschern am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) gelingt im Juli 2008 mit einem elektrischen Wirkungsgrad von 6,7 % ein Weltrekord für die Solarenergiegewinnung mittels Fluoreszenzkollektoren, wobei eine rote und eine gelbe Platte zum Einsatz kommen.

Damit Fluoreszenzkollektoren wirtschaftlich attraktiv werden, müssen sie mit ausreichender Größe verwirklich werden. Daran wird am ISE ebenso gearbeitet wie an besseren Filterschichten und der Kombination mehrerer Platten, um noch effizientere Systeme zu entwickeln. Als mögliches Einsatzgebiet werden Fenster und Fassaden genannt, die Strom produzieren, wobei es durch das Filtern eines Teils des einfallenden Lichts auch zu einer geringeren Hitzeentwicklung in den Räumlichkeiten kommt. Daher wird auch an Systemen gearbeitet, die Wärmestrahlung statt sichtbarem Licht filtern und in Strom umwandeln. Bis die Systeme ausgereift genug sind, wird es den Forschen zufolge jedoch mindestens noch drei, eher fünf Jahre dauern.

Die Ende 2006 in Livermore, Kalifornien, gegründete Firma Xtreme Energetics Inc. beantragt schon Anfang 2007 die Patente für ihre Neuentwicklungen namens SunRise concentrator und SunStalker solar tracker. Im Juni 2008 wird ein Lizenz- und Kooperationsvertrag mit Hewlett-Packard abgeschlossen und nach Investitionskapital gesucht. Der Patentantrag für eine Nano-strukturierte SUPERcell (SUrface Plasmon Enhanced Rectification solar cell) folgt im Juli 2009. Über diese werde ich ausführlicher im Kapitel über die verschiedenen Solarzellentypen berichten.

Xtreme SunRise Grafik

Xtreme SunRise (Grafik)

Der erste Prototyp eines SunRise concentrator Panels wird Anfang 2010 vorgestellt, das Patent selbst im April erteilt, und die Massenherstellung soll 2012 beginnen. Jedes SunRise Panel besteht aus 650 sehr dünnen Mikro-Konzentrator-Linsen an deren Brennpunkten die winzigen Hochleistungssolarzellen sitzen. Die Gesamthöhe beträgt nur 20 mm. Derzeit werden Triple-Junction-Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von etwa 40 % eingesetzt. Das Design ermöglicht extrem dünne, leichte und überwiegend transparente Solarmodule, die viermal kostengünstiger als vergleichbare Produkte sind.

Auch an den Konzentrator-Linsen selbst wird weitergearbeitet, wobei schon die 2. Generation auf die Spiegelflächen des Vorläufermodells verzichten kann. Außerdem werden keine Sonnennachführungssysteme mehr benötigt. Kooperationspartner ist die Oregon State University, die sich auch mit anderen Anwendungsmöglichkeiten der von Xtreme Energetik entwickelten ‚transparenten Elektronik’ beschäftigt.

Ursprünglich sollten die ersten Produkte bereits Mitte 2010 auf den Markt kommen, was sich augenscheinlich jedoch verzögert hat. Ziele sind ein Installationspreis von 1,5 $/W und eine Effizienz von 43 %.

Einen weiteren, technisch ähnlich aufgebauten Ansatz verfolgt das von John Paul Morgan 2007 in Toronto, Kanada, gegründete Familienunternehmen Morgan Solar Inc., das mit 1 Mio. $ Startkapital (vom Papa) seine Geschäftstätigkeit aufnimmt. Unter dem Namen Sun Simba HCPV (High Concentating Photovoltaic) wird eine Technologie entwickelt, die auf einer patentierten Light-guide Solar Optic (LSO) beruht und nur ein Viertel so viel kosten soll wie herkömmliche Solarkonzentratoren, da Spiegel oder andere komplexe optische Systeme entfallen.

Sun Simba HCPV

Sun Simba HCPV

Bei Morgan setzt man statt dessen auf das physikalische Phänomen der vollständigen internen Reflexion, dem zufolge Lichtstrahlen am Rand eines Materials in dieses zurückreflektiert werden, anstatt zu entweichen.

Ein durchsichtiges Stück Acryl ist mit Präzision so geformt, daß das eintretende Licht in eine bestimmte Richtung abgelenkt wird und nicht mehr entweichen kann. Dadurch gelangt das Licht in eine sekundäre Glasoptik im Zentrum der Acrylplatte. Die Intensität steigt so auf die 50-fache Sonnenintensität, ehe die gesammelten Strahlen in der Mitte der Glasoptik an deren Unterseite gelenkt werden, wo sie mit der 1.000-fachen Stärke des normalen Sonnenlichts auf eine winzige Triple Junction Hochleistungs-Solarzelle treffen. Die Morgan-Technologie benötigt allerdings ein Nachführsystem, um eine optimale Stromausbeute zu erzielen.

Morgan plant für 2009 eine Reihe von Pilotprojekten, um den Konzentrator in der Praxis zu testen. Der aktuelle Prototyp ist 1 m2 groß, als Marktprodukt werden die Panels voraussichtlich 1,50 x 1,00 m groß werden. Die kommerzielle Herstellung soll 2010 beginnen. Langfristig soll das System 30 % Effizienz erreichen und preislich sogar mit Dünnschicht-Zellen konkurrieren können.

Ende 2008 beginnen Feldtests der Upper Canada Solar Generation Ltd. aus Brockville, die in Ontario den Bau einer 50 MW Solarfarm plant. Über die Ergebnisse ist mir nichts bekannt, und auch auf der Homepage des Unternehmens sind keinerlei entsprechende Referenzen zu finden. Es dauert dann auch noch etwas, bis man endlich Anfang 2010 erfährt, daß Morgan in einer ersten Finanzierungsrunde 8,2 Mio. $ von der spanischen Iberdrola, dem Kunststoffproduzenten Nypro und dem Investor Turnstone Capital Management eingenommen hat. Von den Regierungen Kanadas und der USA gibt es weitere 10,3 Mio. $, darunter ein 3,3 Mio. $ Darlehen von der California Energy Commission. Nun beginnt die Fertigung in Toronto für die entsprechenden Prüfungen und Zertifizierungen, wobei erste kommerzielle Lieferungen Ende 2010 und der weltweite Vertrieb in 2011 erwartet werden.

Im März 2010 startet das Unternehmen eine zweite Finanzierungsrunde, mit dem Ziel 20 – 25 Mio. $ zu akquirieren und damit eine Fabrik im kalifornischen San Diego zu eröffnen, wo die Optiken der CPV-Panele hergestellt werden sollen. Morgan plant noch in diesem Jahr eine 200 kW Demonstrationsanlage in Lancaster, Kalifornien, aufzustellen, die eine Wasserpumpe betreibt mit der ein nahe gelegener Fußballplatz bewässert wird. Die Kosten trägt die Organisation Sustainable Development Technology Canada, weitere Hilfe kommt von der University of Ottawa, welche auch die Überwachung und wissenschaftliche Betreuung des Systems übernimmt.

Es dauert dann allerdings bis zum Mai 2011, bis bei der ersten Tranche immerhin 16,5 Mio. $ zusammen kommen, u.a. durch den Investor The Frost Group LLC.

Im November 2008 meldet die Fachpresse, daß Forscher am Rensselaer Polytechnic Institute (RPI) um Shawn-Yu Lin eine nanostrukturierte Antireflexionsbeschichtung für Solarzellen entwickelt haben, mit der ein größerer Teil als bisher des einfallenden Sonnenlichts genutzt werden kann. Eine unbehandelte Siliziumsolarzelle absorbiert nur 67,4 % des einfallenden Sonnenlichts, während der Rest durch Spiegelung verloren geht. Mit der nanotechnologischen Beschichtung können hingegen 96,21 % des einfallenden Lichts absorbiert werden.

Nanobeschichtung von Rensselaer

Nanobeschichtung
(Rensselaer)

Die neuartige Antireflexionsbeschichtung ist aus insgesamt sieben, je 50 – 100 nm dicken Lagen aufgebaut, die aus schiefwinkelig angeordneten Nanoröhren aus Silizium- und Titandioxid bestehen. Die Beschichtung bietet dadurch eine hohe Absorption in einem breiten Wellenlängenbereich, die vom Einfallswinkel unabhängig ist, weshalb die RPI-Wissenschafler glauben, daß durch ihre Entwicklung solare Nachführsysteme überflüssig werden könnten.Die Finanzierung des Projekts wird vom Office of Basic Energy Sciences des DOE sowie dem Office of Scientific Research der US Air Force unterstützt.

Mit dem KhepriCoat-System für die Antireflexionsbeschichtung von Solarglas kann die Lichtleitfähigkeit von Solarglasplatten um etwa 4 % gesteigert werden, was zu beachtlichen Verbesserungen bei der Effizienz von Solarmodulen führt. Die KhepriCoat-Schicht auf Solarschutzglas reduziert die Menge des reflektierten Sonnenlichts, so daß ein größerer Teil von diesem durch die Solarzellen fließt.

Die Entwicklung der niederländischen Firma DSM Functional Coatings aus Urmond wird auch bei den multikristallinen Silizium-Solarpanelen eingesetzt, die seit kurzem von REC, einem norwegischen Unternehmen, das hochwertige multikristalline Solarwafer herstellt, und dem Energy Research Center of the Netherlands (ECN) gefertigt werden und die als erste weltweit einen Wirkungsgrad von 17 % erreichen, wie im Dezember 2009 mitgeteilt wird.

Im April 2010 unterzeichnet DSM eine Lizenzvereinbarung mit der Firma Berliner Glas KGaA zur Nutzung der KhepriCoat-Beschichtung, und schon kurz darauf wird mit der Produktion begonnen, allerdings mit der Priorität einer Verbesserung von Beleuchtungsabdeckgläsern undOptimierung der Lichtleistung.

SPIR, ein amerikanisches Solar-Unternehmen zur Bereitstellung von Ausrüstungen und schlüsselfertigen Produktionslinien zur Herstellung von PV-Zellen und Modulen, gibt im April 2009 bekannt, daß seine hundertprozentige Tochtergesellschaft, die Spire Semiconductor LLC in Bedford, Massachusetts, im Rahmen eines 18-monatigen Forschungsprogramms eine Dreischicht-Solarzelle auf Basis von III-V-Halbleitern wie Galliumarsenid mit einem Wirkungsgrad von 42,5 % entwickeln soll. Die hocheffiziente Konzentratorzelle, die für eine 500-fache Sonneneinstrahlung angelegt ist, wird zusammen mit dem National Renewable Energy Laboratory (NREL) des DOE entwickelt, wobei das Programm mit 3,71 Mio. $ finanziert wird. Später soll die neue Dreifach-Solarzelle weltweit unter dem Namen Triathlon angeboten werden.

Mehr als 2 Mio. $ in Form einer Steuergutschrift fließen außerdem in die Erweiterung der Halbleiterfabrik von Spire in Hudson, New Hampshire, wo die Komponenten der III-V Zellen hergestellt werden.

Bereits im Mai 2010 gibt Spire bekannt, mit 41 % einen neuen Rekord-Wirkungsgrad bei seinen produktionsbereiten, 1 cm2 großen Konzentratorzellen erreicht zu haben. Einen Monat später gibt es einen weiteren Auftrag zur Entwicklung von Mehrfachsolarzellen mit sehr hoher Effizienz für Raumfahrtanwendungen, der diesmal von der Missile Defense Agency (MDA) stammt.

Der Schmuckhersteller Sundrop Jewelry in Minneapolis, Minnesota, nutzt eine etwa 80 x 100 cm große Fresnel-Linse, wie sie ursprünglich in Leuchttürmen genutzt wurde, um Glas zu schmelzen und daraus farbenfrohe tropfenförmige Anhänger, Ohrringe und ähnliches zu machen. Im Brennpunkt werden bis zu 1.650°C erreicht. Farbiges Glas kann direkt unter dem Objektiv bearbeitet werden, während Klarglas zuerst in einem Ofen behandelt werden muß, da das Sonnenlicht wenig oder keine Wärme verleiht, solange es nicht durch einen Farbstoff absorbiert wird. Die zumeist aus Altglas gemachten Tropfen entstehen ganz einfach: durch konzentriertes Sonnenlicht und Schwerkraft.

Ich erfahre Mitte 2009 darüber. Der – leider ungenannte – Erfinder beschreibt selbst, wie er auf die Idee gekommen ist: „I invented the technique when I was 13 or 14 growing up in Alaska. I was messing around with melting rocks and glass, and thought the little droplets were kind of cool. Someone else suggested I could make them into jewelry, so I did.”

Ein weiteres Kunstprojekt hat mich allerdings noch mehr begeistert:

Kayser Solarsinter

Kayser Solarsinter

Markus Kayser aus London stellt im August 2010 in der ägyptischen Wüste seine erste Solarmaschine auf – den Sun-Cutter, die Low-Tech- und Niedrigenergie-Version eines Laser-Cutters.  Durch eine Kugellinse konzentriertes Sonnenlicht schneidet vorprogrammiert Formen aus bis zu 0,4 mm dickem Sperrholz sowie Papier und Karton aus.

In den Wüsten der Welt dominieren zwei Elemente – Sonne und Sand. Erstere ist eine große Energiequelle die ein enormes Potential bietet, letzterer eine nahezu unbegrenzte Versorgung mit Kieselerde in Form von Quarz. Die Erfahrung, mit dem Sun-Cutter mitten in der Wüste zu arbeiten führt Kayser zur Idee einer neuen Maschine, welche diese beiden Elemente zusammenbringt.

Der Technikkünstler untersucht das Potential der Wüste als Produktionsquelle, wobei Sonne und Sand die Energie- und Materielieferanten sind, die zur Produktion von 3D-Objekten aus Glas eingesetzt werden. Der ideale 3D-Drucker für die 3.Welt?!

Im Februar 2011 testet er in der marokkanischen Wüste erfolgreich seine erste handbetriebene Solar-Sinter-Maschine, die zur Entwicklung einer größeren und vollautomatisch computergesteuerten Version führt. Im Juni ist Kayser wieder in der Wüste in Ägypten unterwegs, in der Nähe der Oase Siwa, wo er seine jüngste Entwicklung zwei Wochen lang testet.

Zur Konzentration der Sonnenstrahlen dienen vier Fresnel-Linsen von jeweils 1,4 x 1,0 m Größe, während zwei PV-Panele den Strom für die rechnergesteuerten Bewegungen des Geräts liefern. Das SLS (Selective Laser Sintering) Projekt ist Kaysers Abschlußarbeit am Royal College of Art in London.

An dieser Stelle möchte ich auch auf die ebenso ansprechende 3 D Drucktechnik des italienischen Erfinders Enrico Dini hinweisen, der 2004 erstmals ebenfalls mit Sand arbeitet. 2012 ist er soweit, ganze Gebäude azsdrucken zu können, über die ich im Kapitel Solare Architektur ausführlich berichte - da Dinis Maschinen auch mit PV-Strom betrieben werden (können). (in Arbeit)

3D-Produkt

3D-Produkt

Im September 2009 meldet die Fachpresse, daß Wissenschaftler der amerikanischen Cornell University um Paul McEuen und Jiwoong Park eine Photodiode vorgestellt haben, die aus nur einem Kohlenstoff-Nanoröhrchen besteht, welches Licht extrem effektiv in elektrischen Strom umwandelt und diesen noch dazu verstärkt. Was auch der Grund dafür ist, warum ich diese Entwicklung hier an dieser Stelle aufführe (im Kapitel über die verschiedenen Solarzellentypen gibt es mehr über Nanozellen zu erfahren). Grundlage der neuen Umsetzung ist eine schon früher erzeugte Diode aus einem einwandigen Nanoröhrchen – im Prinzip ein einfacher Transistor, der Strom nur in einer Richtung durchläßt.

Bei der Weiterentwicklung wird ebenfalls ein einwandiges Nanoröhrchen genutzt, eine aufgerollte Graphenschicht, die etwa so groß ist wie ein DNA-Molekül. Das Röhrchen wird zwischen zwei elektrische Pole eingespannt und mit Laserstrahlen verschiedener Farbtemperatur angestrahlt. Dabei wird gemessen, wie viel elektrischer Strom erzeugt wird. Es zeigte sich, daß das Nanoröhrchen deutlich mehr Strom fließen läßt, als erwartet, wobei eine höhere eingestrahlte Energie in Form von Photonen sogar multiplizierend auf die Menge der fließenden Elektronen wirkt. Wegen der engen zylindrischen Struktur des Nanoröhrchens können es die Elektronen nämlich nur einzeln passieren. Dabei werden sie angeregt und lösen ihrerseits weitere Elektronen aus der Struktur, die den Fluß und damit den Strom verstärken.

Im Grunde sollten sich aus Nanoröhrchen fast ideale photovoltaische Nanozellen herstellen lassen, weil sie allein durch den Einfluß des Lichts die Elektronen quasi ‚vermehren’ und andererseits keine Restenergie in Form von Wärme verlieren, was teure Kühlsysteme obsolet macht. Eine erste Solarzelle im Kleinstmaßstab ist bereits hergestellt, bis zu wirtschaftlich nutzbaren Anlagen wird es noch etwas dauern.

Genau ein Jahr später, im September 2010, melden Michael Strano und sein Team von Chemie-Ingenieuren des MIT, daß sie einen Weg gefunden haben, Sonnenenergie in einem Solar-Trichter (solar funnel) zu sammeln und dabei 100-fach zu konzentrieren. Zur Erfassung und Fokussierung der Lichtenergie werden ebenfalls Kohlenstoff-Nanoröhrchen genutzt, was nicht nur kleinere, sondern auch leistungsfähigere Solarzellen eines völlig neuen Typs möglich macht. Die Nanoröhrchen werden zu winzigen Fäden von 10 Mikrometer Länge und rund 4 Mikrometer Durchmesser versponnen, die jeweils aus etwa 30 Millionen Röhrchen bestehen, wobei hier erstmals zwei Arten von Nanotubes mit unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften verwendet werden.

Solar Funnel des MIT

Solar Funnel (MIT)

Dadurch hat das Material im Inneren des Fadens eine geringere Bandlücke (Bandgap) als die äußere Hülle des Fadens (die Bandlücke ist der energetische Abstand zwischen einem Elektron und dem Loch, das es zurückläßt). Auf diese Weise fließt die Energie, die beim Auftreffen von Photonen auf den Faden entsteht, von außen nach innen und wird dort auf ein halbleitendes Material konzentriert, das die Energie in elektrischen Strom umwandelt. Die Forscher arbeiten bereits an einer Steigerung der Effizienz ihrer auch Nanotube-Antennen genannten Entwicklung, die von der National Science Foundation, der Sloan School of Management, der MIT-Dupont Allianz und der Korea Research Foundation gefördert wird.

Fast zeitgleich taucht der Begriff Nanotube-Antennen in Verbindung mit einer Entwicklung von Doug Natelson an der Rice University in Houston auf, wo man bereits seit 2004 an Nanoröhrchen forscht. 2010 gelingt es erstmals mittels dieser Nanoantennen die Intensität von Laserlicht 1000-fach zu verstärken. Kernelement des Gerätes sind zwei Gold-Spitzen, die durch einen Spalt getrennt sind, der etwa ein Hunderttausendstel so breit ist wie ein menschliches Haar. An der Stelle, wo das Licht durch diese Lücke passiert, wird es ‚gepackt’ und konzentriert. Die Photonen des Laserlichts regen in der Gold-Spitzen Plasmonen an (oszillierende Elektronen), wodurch innerhalb der Lücke ein sehr großes elektrisches Feld entsteht.

Im Mai 2011 melden die Forscher der Rice University, daß sie mit Gold, Titan und Zinn-Oxid weitere Erfolge erzielt haben, die in Form von Nanoantennen in das Silizium der Solarzellen eingebettet werden und besondere Sensibilität gegenüber Infrarotstrahlung zeigen.

Im März 2011 gibt die bislang recht schweigsame Alta Devices im kalifornischen Santa Clara bekannt, daß sie von einer beträchtlichen Zahl an Investoren satte 72 Mio. $ erhalten hat, um die neu patentierte Technologie des Unternehmens weiter zu entwickeln und zu produzieren. Dabei handelt es sich um Photovoltaik-System, das eine weniger als 500 Nanometer (= ½ Mikrometer) dünne Absorberschicht besitzt – was deutlich dünner ist als die mehreren Mikrometer herkömmlicher Solarzellen. Diese dünne Schicht kann die Effizienz und Flexibilität verbessern, denn so lange wie die Absorberschicht nur in der Lage ist Licht einzufangen, erhöht sich ihre Effizienz je geringer ihre Dicke ist. Damit ließen sich die Kosten hocheffizienter PV-Zellen signifikant senken.

Die Neugründung von 2007 geht auf Harry Atwater vom Caltech und Eli Yablonovitch von der UC Berkeley zurück, erhält ihr erstes Geld von Kleiner Perkins, meldet Dutzende von Patenten an und schließt im April 2009 eine unbezifferte zweite Finanzierungsrunde ab. Auf eine Homepage verzichtet das Unternehmen bislang (Stand Mitte 2011). Im Januar 2010 gibt es bis zu 3 Mio. $ Fördermittel des DOE. Die GaAs-Dünnschichtzellen-Technologie von Yablonovitch soll einen Wirkungsgrad von 26,1 % erreichen.

Die aktuellen 72 Mio. $ kommen von den bisherigen Investoren Kleiner Perkins, August Capital, Crosslink Capital, DAG Ventures, NEA, Presidio Ventures, Technology Partners und Dow Chemical, während als neue Investoren nun noch Alberta Investment Management Corporation (AIMCo), Good Energies, Energy Technology Ventures – ein Joint Venture von GE, ConocoPhilips und NRG Energy - sowie Constellation Energy dazustoßen. Alta Devices plant bereits 2011 auf den Markt zu kommen.

Die kleine Firma sunrydz in Berlin, hinter welcher der Entwickler Ryszard Dzikowski steht, entwickelt eine innovative 3D Solarzellen-Anordnung, bei der die Energieumwandlung in farbstoffsensibilisierten Solarzellen (DSSCs) wesentlich effizienter als in zweidimensionalen Einheiten verläuft. Das Patent für die ‚Kalte’ konzentrierende Photovoltaik wird im März 2010 angemeldet.

sunrydz Aufbau Grafik

sunrydz Aufbau (Grafik)

Das Licht wird mit einem Tageslichtkonzentrator ohne Wärme konzentriert und über eine Glasfaser-Leitung in eine lichtleitende PMMA-Folie eingekoppelt, die als Substrat für zwei Polymer-, Farbstoff- oder andere dafür geeignete Solarzellen dient, die mit ihren zueinander gewandten photoaktiven Schichten darauf aufgebracht sind. Die innere Struktur der Folie ist mit lichtleitenden Schächten und Mikrostrukturen versehen, die für eine effiziente Beleuchtung der sie umliegenden Solarzellen sorgen. Die daraus entstehende dünne Tandemzelle läßt sich leicht in mehreren sandwichartigen Lagen aufstapeln.

Eine andere 3D-Lösung stammt von Zhong-Lin Wang und seinem Team am Georgia Institute of Technology und wird Ende 2009 erstmals vorgestellt. Mehr darüber findet sich im Kapitel über die unterschiedlichen Solarzellentypen (s.d.).

Im April 2010 berichten die Fachblogs erstmals über eine Alternative zu den sonst üblichen Nachführungssystemen. Jeffrey Grossman vom MIT findet nämlich heraus, daß 3-D Strukturen bis zu zweieinhalb Mal so viel Strom produzieren wie flache Panele. Grossman wurde davon inspiriert, wie Bäume ihre Blätter ausrichten, um ein Maximum der Sonnenstrahlung einzufangen. Gemeinsam mit seinem Studenten Marco Bernardi entwickelt er ein Computerprogramm mit genetischen Algorithmen, das den Prozeß der Evolution imitiert und von zufälligen Mustern ausgehend über Tausende von Formen und von einer Generation zur nächsten immer effizientere gefaltete Oberflächen kreiert. Als Ergebnis entstehen dabei Formen, bei denen die Lichtausbeute fast über den gesamten Tag nahezu konstant bleibt – ohne nachgeführt werden zu müssen.

In einigen der wunderschönen, Origami-ähnlichen Formen reflektieren die Oberflächen einander, was zur Intensivierung der Sonneneinstrahlung und zu weiterem Energiegewinn führt. Je größer die Formen, desto effektiver werden sie, sodaß die 3-D Panele bis zu 120 kWh pro Tag erreichten, wo ein herkömmliches Panel gerade einmal 50 kWh erzielte. Den Berechnungen zufolge würde ein 1,83 m (= 6 ft) hohes 3-D Solarmodul 20 % mehr elektrische Energie erzeugen, während ein 10 m hohes Modul sogar 240 % mehr Sonnenlicht in elektrische Energie umwandeln könnte.

Gemeinsam mit Vladimir Bulovic und David Perreault von EECS wird nun weiter nach den wirksamsten Faltungen gefahndet, um anschließend ein Prototyp-System zu bauen. Man sucht nach einem sinnvollen Mittelweg zwischen den billig herzustellenden flachen Zellen und den zwar effektiveren, aber auch wesentlich teureren 3-D Sonnenkollektoren. Angestrebt wird eine Form, die sich für den Transport zusammenklappen läßt und erst am Aufstellungsort bei der Montage ihre dreidimensionale Struktur bekommt. Beim Update Mitte 2011 gibt es noch keine Neuigkeiten.

Etwas seltsam klingt die Meldung die im April 2010 kursiert, daß die neu gegründete Shrink Solar LLC (eine Tochter der Shrink Nanotechnologies Inc.) die bereits 5. Generation ihrer Solarkonzentrator-Technologie vorstellt, welche auf dem firmeneigenen Quanten-dotierten NanoShrink Material basiert, bei dem alle Wellenlängen herausgefiltert werden, die vom Silizium nicht absorbiert werden. Dieses konzentrierte Licht wird ohne Nachführung, Spiegel oder Linse auf die Nanokristalle der Zelle gerichtet.

Das Unternehmen glaubt, daß sich diese Technologie insbesondere in PV-Systeme für Fenster, Dächer, Konsumprodukte und ähnliches einbinden lassen. Ein einem ersten Solar-Fenster Prototyp wird die Funktionsfähigkeit demonstriert.

Mitte 2011 scheint die Aktivität auf die BlackBox Semiconductor Inc. übergegangen zu sein, ebenfalls eine Tochter der Shrink Nanotechnologies, deren Hompage jedoch noch ‚under construction’ ist.

Der Dresdner Solarmodulhersteller Solarwatt AG errichtet Mitte 2010 im niedersächsischen Lauenförde das erste Solarkraftwerk mit dem innovativen Glas f | solarfloat HT der f | solar GmbH. Durch die zusätzliche extrem robuste Antireflexbeschichtung des Glases erhöhen sich die Modulleistung und damit die Stromausbeute des 2,1 MW Solarkraftwerkes um bis zu 2,5 %. Installiert werden knapp 9.000 polykristalline Module von Solarwatt. 

Die Anlage ist ein Pilotprojekt des 1971 im niedersächsischen in Lauenförde gegründeten Glasherstellers Interpane, dessen anteilige Tochter f | glass GmbH in Osterweddingen ab 2009 das hochtransmissive Abdeckglas für die Solarindustrie herstellt.

Die von einer Gruppe Optikexperten gegründete Genie Lens Technology hat eine neue Tochter namens SolOptics, mit Stammsitz in Englewood, Colorado, die im August 2010 ein neues Linsendesign vorstellt, mit dem sich der Wirkungsgrad von Solarpanelen signifikant steigern läßt. Das Fusion genannte Design sei auch bei solarthermischen Konzentratoren einsetzbar.

SolOptics Fusion

SolOptics Fusion

Das Kernkompetenz des Unternehmens bildet die selbst entwickelte Ray-Tracing-Software, die es dem Anwender ermöglicht Mikrostrukturen zu schaffen, die beispielsweise in einen dünnen Polymerfilm geprägt oder gegossen und dann auf ein PV-Panel aufgetragen werden können. Dies kann sowohl werkseitig als auch im Feld geschehen – in der gleichen Weise, wie Sonnenschutzfolien auf Fenster appliziert werden. Die Struktur kann aber auch auf das Photovoltaik-Glas selbst aufgerollt werden. Die Effizienzsteigerung durch die Mikrostrukturen funktioniert bei Silizium-, CIGS- oder Cadmium-Tellurid-Zellen gleichermaßen.

Das National Renewable Energy Laboratory (NREL) testet das Linsensystem im März dieses Jahres und bestätigt, daß es Effizienzgewinne zwischen 4 % und 12,5 % bietet. Der Preis für diese Steigerung beträgt weniger als zehn Cent pro Watt. SolOptics will jedoch keine Endprodukte verkaufen, sondern das Design einem Großproduzenten lizenzieren.

Weitere Baustellen des Unternehmens sind der Eclipse Industrial Concentrator, ein schnell und einfach herzustellender, skalierbarer Groß-Konzentrator mit ein- oder zweiachsiger Nachführung aus bereits verfügbaren und kostengünstigen Materialien wie Glas, Acryl und Metall hergestellt werden kann. Potentielle Anwendungen sind solarthermische Kraftwerke und industrielle Dampferzeugung. Der Spectrum Ultra-Thin Flat Panel Concentrator wiederum ist für PV- und CSP-Systeme geeignet, besteht aus geprägtem Glas oder Acryl und besitzt einen Rahmen, der die Lichtstrahlen auf die Zellen lenkt. Unter dem Namen Chroma Cross Market Concentrator wird an einem weiteren hocheffizienten System gearbeitet, das ebenfalls auf Glas und Acryl basiert.

Die neu gegründete HyperSolar Inc. im kalifornischen Santa Barbara entwickelt den weltweit ersten dünnen und flachen Solar-Konzentrator für Standard-Solarzellen – durch den Einsatz einer von Nadir Dagli gestalteten innovativen Photonik sowie einer Low-Cost-Fertigung. Die Acryl-Konzentratoren können direkt auf die Zellen aufgesetzt werden und sollen deren Leistung um 300 % bis 400 % steigern.

Die im September 2010 beantragten Patente des Unternehmens basieren auf vier Photonik-Innovationen:

Mikro-Konzentratoren - Eine Matrix aus kleinen und hocheffizienten Solar-Konzentratoren wird verwendet, um das Sonnenlicht den ganzen Tag lang aus den verschiedensten Winkeln zu sammeln, ohne daß eine Sonnennachführung notwendig ist.

Photonische Lichtleitung (Photonics Light Routing) - Eine Solid-State-Photonik-Netzwerk unter dem Mikro-Konzentratoren transportiert das Licht von den Sammelpunkten an der Oberseite zu Punkten mit konzentriertem Output an der Unterseite, was in einer sehr dünnen Schicht machbar ist.

Photonische Lichttrennung (Photonics Light Separation) - In dem Photonik-Netzwerk werden Techniken eingesetzt, um das gesammelte Sonnenlicht in unterschiedliche Spektralbereiche aufzuteilen, die zu jeweils unterschiedlichen Ausgängen an der Unterseite geleitet werden, wo verschiedene Arten von Solarzellen plaziert werden können.

Photonisches Wärmemanagement (Photonics Thermal Management) - Solarzellen können nur einen Teil des solaren Spektrums in Strom umwandeln, während der ungenutzte Teil in Wärme umgewandelt die Leistung der Solarzelle beeinträchtigt. Die HyperSolar-Technologie filtert daher den ungenutzten Teil des Sonnenspektrums heraus, um eine Überhitzung zu vermeiden.

Da nicht alle Solarzellenarten in der Lage sind eine derart hohe Lichtintensität zu verkraften, will HyperSolar verschiedene mikrophotonische Konzentratoren mit geringer, mit gemischter und mit hoher Konzentration entwickeln und anbieten. Je nach Konfiguration können Hersteller bis zu 75 % Zellenmaterial einsparen, indem sie als Zellenabdeckung statt Glas die Solarkonzentratoren von HyperSolar einsetzen.

Cool Mirror des MIT

Cool Mirror (MIT)

Zu diesem Zeitpunkt arbeitet das Unternehmen daran eine Demonstrationsanlage zu entwickeln und Partner zu finden, um bis zur Produktionsreife zu gelangen. Kritisches Element der Entwicklung ist die Haltbarkeit und Wirtschaftlichkeit der Materialien, die in der Konzentratorschicht verwendet werden. HyperSolar untersucht verschiedene Polymere und Gläser, die sowohl kostengünstig sind als auch mindestens 20 Jahre lang halten.

Im Oktober 2010 stellt 3M (schon in 1960er Jahren Produzent von reflektierenden Folien, die ursprünglich für den Einsatz auf Fenstern entwickelt worden sind) seinen sogenannten Cool Mirror Film vor, der wie ein Konzentrator wirkt, ohne jedoch auch die Hitze zu konzentrieren. Die grünbräunliche, undurchsichtige und mehrschichtige optische Folie funktioniert wie ein Spiegel, der zwar das Licht reflektiert, nicht aber die Sonnenwärme. Wird die Folie in einem 90° Winkel in Bezug auf ein Solarmodul angebracht, verdoppelt sie den Lichteintrag des Moduls, ohne daß es dazu eines Trackers bedarf. Unter bestimmten Umständen kann damit auch nahezu die doppelte Panel-Leistung erreicht werden.

Das Unternehmen arbeitet eng mit Solarmodulhersteller tenKsolar aus Minneapolis, Minnesota, zusammen, um den optischen Film für niedrig konzentrierende CPV-Anwendungen, der bereits mehrere Auszeichnungen erhalten hat, anhand einer netzverbundenen 4,5 kW Solaranlage an der M3-Fabrik in Cottage Grove zu optimieren. Der RAIS Wave Reflector von tenKsolar wird in mehreren Reihen fest installiert, in denen sich PV-Module und Spiegelfolien V-förmig gegenüber stehen.

Im Januar 2011 beginnt 3M mit dem Vertreib des Cool Mirror Film 330. Gleichzeitig arbeitet das Unternehmen an einem Ultrabarrier Film auf der Grundlage eines Fluorpolymers, der bei Solarmodulen das Glas ersetzen soll. Einsatzgebiete sind flexible Umsetzungen von CIGS- und Cadmiumtellurid-Zellen. Die Großproduktion soll bereits 2012 beginnen.

Bulk-Heterojunction Zelle

Bulk-Heterojunction Zelle

Forscher der Iowa State University und dem Ames Laboratory melden im Dezember 2010, daß sie ein Verfahren zur Herstellung einer dünnen und gleichmäßigen Licht-absorbierenden Schicht auf strukturierten Substraten entwickelt haben, welche die Effizienz von Polymer-Solarzellen um 20 % verbessert. Tests zeigen, daß das Licht des roten und nah-infraroten Spektrums sogar um 100 % besser erfaßt werden kann.

Den Wissenschaftlern gelingt die Herstellung eines texturierten Substratmusters, das wie weniger als ein Millionstel Meter hohe und flache Bergrücken aussieht. Das Ergebnis ist eine Polythiophen:Fulleren-Bulk-Heterojunction Polymer-Solarzelle, die zwischen diesen Bergrücken mehr Licht erfaßt – darunter Licht, das von einem Grat zum anderen reflektiert wird.

Die deutsche Firma Alpinsun aus Garmisch-Partenkirchen stellt 2011 unter dem Namen Alpinsun Prisma M60 ein Hi-Tech-Prismenglas vor, das im Vergleich zu Modulen mit normalem Solarglas eine Leistungssteigerung von bis zu 20 % ermöglicht. Das Modul basiert auf dem Securit Albarino P Spezialglas vom Qualitätsanbieter Saint-Gobain.

Die höheren Erträge werden durch den sogenannten Lichtfalleneffekt erreicht, dessen winkelige Oberflächenstruktur einen Teil des Lichts zurück ins Glas lenkt, wobei die prismenförmige Struktur eine Mehrfachreflexion des Lichts ermöglicht, so daß die einfallenden Sonnenstrahlen mehrfach die leistungsstarken Solarzellen im Inneren des Moduls erreichen. Der bislang erreichte Spitzenmodulwirkungsgrad beträgt 15,55 %.

Wasser-Linse Detail

Wasser-Linse (Detail)

Absolut genial ist auch der Konzentrator von Denise und Dan Rojas, der aus einem großen Holzgestell und einer transparenten Vinylfolie für 150 $ besteht.

Die Wasser-Linse besteht aus 113,5 l Wasser (destilliert, durch ein RO-Filter gereinigt oder Regenwasser) und hat einen Durchmesser von knapp 110 cm.

Sie konzentriert die Sonnenstrahlen um den Faktor 1.000, sodaß die Rojas damit Holz anzünden, Eier braten oder Popcorn machen können.

In den Videos auf ihrer Seite greenpowerscience.com findet man noch viele weitere Informationen über DIY-Techniken mit Fresnel-Linsen und anderem.

Sonnennachführungssysteme (Solar Tracker)


Im September 2008 stellen Studenten des MIT eine autonome Solarnachführung vor, die völlig ohne Motore auskommt und die Effizienz der PV-Module trotzdem um 38 % steigert. Das Gerät ist im Grunde ein Temperatursensor, der mechanisch auf Veränderungen der Hitze reagiert und aus einem Bimetall konstruiert ist, das aus Aluminium und Stahl besteht. Diese beiden Materialien dehnen sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten aus, auch wenn sie der gleichen Temperatur-Veränderung ausgesetzt sind.

Das Gerät selbst ist in einer Art Bogen installiert, der auf der einen Seite fest, und auf der anderen Seite an einem Schwenkarm montiert ist. Sobald die Sonne auf ihrem Weg unterschiedliche Abschnitte entlang des Bogens aufheizt, verursacht dies ein Beugen und Biegen in unterschiedlichem Maße, wodurch das Solarpanel die Bewegung der Sonne verfolgen kann. Die drei Studenten des Entwicklerteams kassieren einen Preis in Höhe von 10.000 $ für ihre Erfindung.

Die deutsche Solon AG bietet zweiachsig nachgeführte Solon Mover an, die in erster Linie in großen Solarkraftwerken Anwendung finden, die Solon in Deutschland, Spanien, Italien und USA realisiert hat. Weltweit werden bis Mitte 2008 rund 8.000 Mover ausgeliefert. Auch die erste deutsche Solartankstelle, gefertigt von Solon, ist mit einem Mover ausgestattet. Die Tankstelle ist 600 m2 groß und richtet 12 Solarmodule mit zusammen 50 m2 Fläche der Sonne entgegen. 2011 ist allerdings nur noch ein einachsig nachgeführtes PV-Komplettsystem für Großkraftwerke namens Solon Tauriim Angebot.

Weitere europäische Hersteller sind die Equipment Gesellschaft für Internationale Elektronik Systeme GmbH (EGIS) in Offenbach/Main, die DEGERenergie GmbH in Horb am Neckar (s.u.), die IMO Energy GmbH & Co. KG in Gremsdorf, die belgische Firma De Simone in Farciennes, die tschechische Poulek Solar s.r.o. in Prag (Traxle-Solartracker), die portugiesische WS Energia S.A. in Porto Salvo (Tracker mit Spiegel-Konzentratoren), die italienischen Unternehmen Ecoware S.p.A. in Padova und XGROUP S.p.A. in Vanzo di S. Pietro, sowie die spanischen Firmen Dobon Technology S.L. (Santa Cruz de Tenerife), Trackers Feina SL (Sant Martí de Torruella), Titan Tracker (Torrijos, Toledo) (auf Betonring rollende Struktur), Jumtracker (Toledo) und Mecasolar (Fustiñana).

Letzteres Unternehmen gibt im August 2010 bekannt, daß man bis Jahresende die Installation von weltweit insgesamt 22.000 Solartrackern erreichen wird – mit einer Gesamtleistung von 282 MW. Die 2-achsigen Nachführungen steigern den Ertrag um bis zu 35 % im Vergleich zu fest installierten Systemen.

Traxle Solartracker

Traxle Solartracker

Hersteller auf internationaler Ebene sind die australischen Unternehmen SunTrix (nicht lokalisiert), und Solazone in Marcoola, die kanadische Enerquest Inc. in New Dundee (Ontario), sowie die amerikanischen Firmen SunArx (New Castle, Colorado), Patriot Solar Group (Albion, Michigan), SunPower Corp. (San Jose) (T20 Single Axis Solar Tracker), Premier Power Renewable Energy Inc. (El Dorado Hills) und CitiGreen (Auburn, alle drei Kalifornien), DH Solar (Prairie du Chien, Wisconsin), PV Trackers (Bend, Oregon), Trabant Solar (Durham, North Carolina), AllEarth Renewables Inc. (Williston, Vermont), Sedona Energy Labs (Flagstaff, Arizona) und Zomeworks Corp. sowie Array Technologies Inc. (beide in Albuquerque, New Mexico).

Daneben gibt es ganze Reihe kleinerer Firmen, deren Aufzählung diese Präsentation jedoch sprengen würde. Ich konzentriere mich daher im Folgenden auf aktuelle Meldungen bezüglich neuer Start-Ups, innovativer Technologien und besonderer Umsetzungen.

Im September 2009 belegen Berechnungen des spanischen Solarpark-Betreibers Picanda Solar, daß die nachgeführten Solaranlagen der DEGERenergie GmbH mit ihrer patentierten Sensorsteuerung über 46 % Mehrertrag gegenüber starr installierten Systemen bringen. Zweiachsige Nachführsysteme, die auf der Basis astronomischer Daten arbeiten, erreichen nach Angaben des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) dagegen nur bis zu 28 % mehr Ertrag.

Das 1999 gegründete deutsche Unternehmen gilt zu diesem Zeitpunkt mit weltweit mehr als 25.000 installierten Systemen als Weltmarktführer für solare Nachführsysteme. Im Mai 2010 bringt DEGERenergie ein neues Spitzenmodell auf den Markt: den DEGERtraker 9000NT. Das zweiachsige Modell ist für bis zu 70 m2 Modulfläche ausgelegt, wobei die auf dem Tracker installierbare Leistung je nach Modultyp zwischen 9 und 12 kWp liegt. Das Modell wird mit Mastlängen von 3,3 bis 5,5 m geliefert und der Eigenverbrauch des Systems beträgt nur 9 kWh im Jahr. Je nach Modulbelegung soll die maximale Windlast bis zu 170 km/h betragen.

Ende 2009 erhält ein weiteres deutsches Unternehmen, die Kemper GmbH aus Verden, den Zuschlag für 60 Nachführsysteme eines Solarparks, den die Stadt Weiterstadt in Hessen westlich der Autobahn A5 inmitten eines 22.000 m2 großen Regenrückhaltebecken errichtet. Der Auftrag hat ein Volumen von rund 2 Mio. €, wobei die besondere Anforderung darin besteht, daß die einzelnen Nachführsysteme ohne Fundament im Erdreich gebaut werden und einer Flutung des Beckens standhalten müssen.

Solarpark Weiterstadt

Solarpark Weiterstadt

Über Solar-Fenster, d.h. ganz oder halb transparente Fenster mit integrierten Solarzellen, berichte ich ausführlich in den Kapiteln zur Solararchitektur (s.d.). Da bei dem folgenden System jedoch eine Nachführung vorgesehen ist, habe ich mich dafür entschieden, es besser an dieser Stelle zu präsentieren.

Anfang 2010 enthüllt das Center for Architectural Science and Ecology CASE in New York seine neu entwickelte Integrated Concentrating (IC) Dynamic Solar Façade, mittels derer das Sonnenlicht von Sonnenaufgang bis Sonnenuntergang maximal erfaßt werden soll. Das System besteht aus der Kombination einer miniaturisierten Konzentrator-Solarzelle, einem Tracking-System und einem Glas in Pyramidenform. Förderer des Projekts sind das DOE, die NYSERDA und NYSTAR.

Die einzelne Konzentrator-Zelle verwendet eine Linse, um das einfallende Licht auf die Solarzelle zu konzentrieren. Alle zusammen sind auf einem Draht-Tracking-System aufgespannt, das es ihnen erlaubt sich mit der Sonne zu bewegen. Die Glaspyramide wiederum steigert die Menge des verfügbaren Lichts und dient zusätzlich dazu, thermische Energie einzufangen. Die Rezeptoren von CASE lassen sich sowohl an bestehenden Gebäuden anbringen, als auch in neue Designs integrieren.

Pressemeldungen im Mai 2010 zufolge hat die 1996 gegründete schweizerische SunDriver Systems AG aus Zug die weltgrößte einachsig nachgeführte Solarstromanlage entwickelt. Die Neigung der Solarmodule wird den standortspezifischen Bedingungen angepaßt. Der SunDriver verfügt bei einer Solarfläche von 640 m2 über eine Leistung von bis zu 100 kWp. Derzeit werden zwei verschiedene Modelle angeboten.

Bei diesem System wird ein 40 t schweres Stahlgestell, auf welchem die Solarmodule montiert sind, auf einem ringförmigen Schienensystem mit einem Durchmesser von 16 m  der Sonne nachgeführt. Die Breite der nachgeführten Modulfläche beträgt 35 m, die Höhe je nach Modell 6,5 m bzw. 9,8 m. Auf einer Fläche von drei Hektar in Salzkotten bei Paderborn werden insgesamt 8 SunDriver des Typs S-600 errichtet, während bei Ulm auf einer Fläche von fast sechs Hektar 20 Stück des SunDriver vom Typ S-600i aufgestellt werden, der für besonders wind- und schneereiche Regionen konstruiert ist.

Sundriver S600

Sundriver S600

Eine weitere schweizerische Firma, die Flumroc AG in Flums, stellt Mitte 2010 eine neue Photovoltaik-Anlage über dem Logistikareal des Unternehmens vor, die mittels einer Tragseilkonstruktion dem Lauf der Sonne folgt. Das Solar Wings genannte System verspricht eine um einen Viertel höhere Leistung als ein fest montiertes System. In der ersten Ausbaustufe sind 320 Module beweglich auf zwei Seilen montiert, wobei die Anlage noch Platz für 160 weitere Elemente bietet, die 2011 installiert werden sollen.

Auf der Homepage des Unternehmens kann man mittels Webcam und detaillierten Statistiken selbst nachprüfen, ob die Solar Wings tatsächlich mehr leisten als eine ebenfalls installierte, feste Referenzanlage.

Welches zunehmende Interesse an der Nachführungs-Technologie besteht, belegt die Übernahme der Firma RayTracker Inc. aus Tempe, Arizona, durch den Solarkonzern First Solar im Januar 2011. RayTracker hat u.a. eine 5 MW Anlage in Italien sowie eine 1,1 MW Anlage in Kalifornien in Betrieb.

Die Firma OPEL Solar Inc. in Shelton (Connecticut) verbindet Konzentrator-Module mit Solartrackern. Das Solar Mk-I High Concentration Photovoltaic Panel (HCPV) verwendet eine zweiteilige, refraktive Konzentrator-Architektur in Kombination mit Triple-Junction-Solarzellen von Boeing-Spectrolab mit einem Wirkungsgrad von 36,7 % (bei 25°C).

Mk-1 HPCV

Mk-1 HPCV

Im April 2010 vereinbart die OPEL Solar mit der portugiesischen Firma Tecneira S.A. (ProCME Group) die Kooperation bei der Errichtung einer ersten 1 MW Solar Concentrating Photovoltaic (CPV) Anlage. Da dieser Anlagentyp eine zunehmend wichtigere Rolle spielt, werde ich die Entwicklung in einem gesonderten Unterkapitel vorstellen (s.u.).

Im Juni 2011 berichtet die Presse über die Innovation der 19-jährigen Eden Full aus Calgary, die an der Princeton University studiert. Für ihren SunSaluter, der den Ertrag von PV-Modulen um bis zu 40 % steigert, erhält sie den mit 10.000 $ dotierten Scotiabank EcoLiving Student Leadership Award. Es scheint sich um eine ähnliche – und exakt in gleicher Höhe dotierte – Erfindung zu handeln, wie sie MIT-Studenten bereits im September 2008 vorgestellt hatten (s.o.).

Die sehr günstige und besonders in Entwicklungsländern gut einsetzbare Sonnenachführung besteht aus einem einfachen Bimetall-Streifen, der während des Tages expandiert und bei nächtlicher Abkühlung wieder zusammenschrumpft. In Mpala, einem kleinen Dorf mit rund 1.000 Einwohnern im Zentrum von Kenia, setzt Full ihre Erfindung in einem Pilotprojekt um.

Spiegelsysteme


Über den Einsatz von Spiegeln im Bereich der Solarenergie war schon häufig die Rede. In diesem Unterkapitel geht es primär um die Steigerung der Effizienz bzw. des Ertrags von Solarzellen mittels Spiegeln, wie es bei vielen der oben bereits vorgestellten Systeme der Fall ist. In großem Maßstab bilden sie auch ein wesentliches Element der CPV-Anlagen (Concentrating Photovoltaic), auf die ich weiter unten noch ausführlich zu sprechen komme.

Die Technologie der Lichtverstärkung mittels Spiegeln begegnet uns sowohl bei den Parabol- und Flachspiegel-Solarkraftwerken, als auch bei Solar-Dish-Systemen und den Heliostaten der Solartürme und Solaröfen.

Mitte Juli 2008 nimmt die Freiburger PSE AG im spanischen Sevilla die erste kommerzielle Solaranlage mit Fresnelkollektoren in Betrieb. Bei der Anlage mit einer Spitzenleistung von 176 kW lenken mehrere Spiegel mit einer Fläche von insgesamt 352 m2 das Sonnenlicht auf ein 64 m langes Vakuumabsorberrohr.

Das im Auftrag des Energieversorgers Gas Natural errichtete System erzeugt dabei Prozeßwärme zum Antrieb einer Klimaanlage, die das Universitätsgebäude klimatisiert. Für PSE beginnt mit dieser Anlage die Kommerzialisierungsphase der selbstentwickelten Technologie, die in mehreren Pilotanlagen u.a. in Tunesien und Italien erprobt worden ist.

Roger Angel von der University of Arizona, ein gestandener Experte im Bereich astronomischer Teleskopspiegel, beginnt 2008 mit der Umsetzung seiner Erfahrungen für die Herstellung einfacher und günstiger Solarspiegel. Bereits 2009 wird die Arbeit durch die Science Foundation Arizona gefördert und im Rahmen des Steward Observatory Mirror Lab der Universität fortgeführt, das Angel hierfür gegründet hat und das er leitet. Dort wird im November desselben Jahres der erste Prototyp hergestellt, der zu Testzwecken an die Firma Raytheon Missile Systems ausgeliefert wird.

Die Spiegel des Systems sind so angeordnet, daß 21 Segmente ein Gitter auf einem leichten und parabolischen Aluminium-Rahmen bilden, um das Sonnenlicht auf eine kleine Solarzelle zu fokussieren. Die Kosten für das Glas betragen dabei nur etwa 200 $, sodaß man erwartet, das Komplettsystem in Massenproduktion für 1.500 $ herstellen zu können. Bei diesem Preis würde das Gerät Strom für 1 $/W erzeugen, wodurch es auch mit fossilen Anlagen wie Kohlekraftwerken konkurrieren könnte. Die Kosten des Prototypen haben inklusive Entwicklung und Montage 300.000 $ betragen.

Das Team um Roger Angel bekommt im Februar 2011 erneut viel Presse, als es einen völlig neuen Solarkonzentrator vorstellt, der bei einer > 1.000-fachen Sonnenkonzentration nur die Hälfe der Solarzellenfläche vergleichbarer Systeme benötigt. Das solare Energie-Teleskop ist das Ergebnis eines Umdenkens des gesamten Konzentrator-Konzepts. Bei der Innovation wird das einfallende Licht über Reflektoren und eine Kugel-Linse 400-fach konzentriert, um diese Konzentration anschließend in einer zweiten Reihe von Trichtern nochmals zu verdreifachen und eine 1.200-fache ‚geometrische Konzentration’ zu erreichen.

Diese Trichter sind so gebaut, daß jeder die gleiche Menge an Licht empfängt, wodurch die an den Enden angebrachten Triple Junction Zellen auch die gleiche elektrische Leistung erzeugen. Eine Reihe dieser Systeme bilden dann ein Array, das aus acht jeweils 3,1 x 3,1 m messende Dish-Reflektoren aus umgeformtem, spiegelnd beschichtetem Glas (jeweils mit dem neuen Linsen-Trichter-Zellen Design) sowie Kühlungs- und Tracking-Komponenten besteht, die auf einer leichten und hochfesten Spaceframe-Struktur aus Stahl montiert sind.

REhnu Array

REhnu Array

Nicht überraschend ist, daß Angel eine exklusive Lizenz der University of Arizona (UA) für die patentierte Technologie hält und bereits Anfang 2009 die Firma REhnu LLC gründet, um die Entwicklung, Implementierung und Tests des neuen Energie-Teleskops in verschiedenen Konfigurationen und Segmentierungen fortzusetzen. Ein erstes 2 kW System soll bis Mai 2011 in Betrieb gehen, für das Folgejahr ist eine 20 kW Anlage geplant.

Für die Entwicklung hat die UA bereits Forschungszuschüsse in Höhe von 4 Mio. $ erhalten, hauptsächlich durch das DOIE und die Science Foundation of Arizona. Auch das neue Unternehmen erhielt einen Zuschuß (1 Mio. $) von der Science Foundation of Arizona. In diesem Jahr gibt es weitere 1 Mio. $, und sobald die 20 kW Anlage in Betrieb geht, will das Unternehmen in einer ersten Finanzierungsrunden 25 Mio. $ einnehmen um Produktionskapazitäten von 2 MW aufzubauen. Mittelfristig denkt man bei REhnu  an eine Serienproduktion im Gigawattbereich.

Im Gegensatz zu vielen anderen Unternehmen werden die Technologie und die bislang erzielten Resultate auf der Homepage auf eine sehr empfehlenswerte Art dokumentiert.


Ende 2010 geht die Firma isomorph Deutschland GmbH aus Bamberg mit einem innovativen und patentierten Linearspiegelsystem in Serienproduktion. Obwohl diese Anlage keine Solarzellen besitzt sondern (nur) Wasser auf etwa 100°C erhitzt und bis zu 4,5 kW thermisch in den Wärmespeicher der Hausheizung leitet, möchte ich sie hier wegen ihrer besonderen Spiegelkonstruktion erwähnen, da diese prinzipiell die Möglichkeit bietet, gleichzeitig Wasser zu erhitzen und photovoltaischen Strom zu erzeugen.

Das System besteht aus 24 einzelnen, ebenen Aluminium-Spiegeln mit einer Gesamtfläche von 7,2 m2, die das gebündelte Sonnenlicht auf einen gegenüberliegenden Wärmetauscher mit den Maßen 68 x 60 cm richten. Dabei ist jeder Spiegel auf einer festgelegten Position auf der Achse montiert und mit den anderen Spiegeln verbunden. Dadurch genügt ein einzelner Motor, um alle Spiegel zusammen der Sonne nachzuführen, während ein zusätzlicher Motor den Winkel je nach Stand der Sonne automatisch anpaßt.

Die von Dr. Hans Graßmann ab 2006 entwickelte Pilotanlage wird als Prototyp erstmals 2008 in Italien installiert und getestet, und im Juni 2010 geht mit einer Pilotanlage in Bayreuth weltweit erstmals ein lineares Spiegelsystem zur Gewinnung von Solarenergie in Betrieb, das Gebäude günstiger und effektiver beheizt als vergleichbare Solaranlagen. Die Bauweise läßt auch eine sehr hohe Lebensdauer und einen geringen Wartungsaufwand erwarten. Für die Entwicklung erhält die isomorph 2010 den Mittelstandspreis der Mittelstandsunion Bayern.

Im Juli 2013 beginnt an der Fabrik des Unternehmens ins Gorizia die industrielle Produktion des Linearspiegelsystem der 2. Generation (Linear Mirror 2).  


In einer gemeinsamen Studie des Technologiekonzerns 3M, der WHU - Otto Beisheim School of Management, und dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), die im September 2010 veröffentlicht wird, werden Berechnungen vorgelegt, denen zufolge durch die Verwendung einer neuen Spiegelfolie für solarthermische Kraftwerke Produktionskosten in Milliardenhöhe eingespart werden könnten. Durch das leichtere Material lassen sich die Spiegelanlagen weiter vergrößern und um bis zu 20 % günstiger herstellen.


Nanodomes

Nanodomes

Forscher der Stanford University um Michael McGehee präsentieren im Februar 2011 einen speziell entwickelten Metall-Reflektor, der die Effizienz von Farbstoff-Solarzellen mit Festelektrolyt signifikant steigern soll. Der Reflektor besteht aus einer dünnen Silberschicht mit einem Netz an winzigen, Nanodomes genannten Beulen im Nano-Maßstab. Die Wissenschaftler nutzen den Film um die Rückseite der Zellen zu beschichten, wo der Film dabei hilft mehr Licht in die Zellen zu leiten. Während Farbstoff-Solarzellen mit flüssigen Elektrolyten einen Wirkungsgrad von rund 11 % erreichen, bringen vergleichbare Zellen mit Festelektrolyten bislang kaum mehr als 5 %.

Je nach Art des verwendeten Farbstoffs wird eine um 5 % bis 20 % höhere Absorptionsrate erreicht. Dies wird dadurch erklärt, daß durch die Steuerung der Form der Oberfläche die Art der erzeugten Plasmonen beeinflußt werden kann, die wiederum Einfluß darauf haben, wie das Licht mit dem Material interagiert. Plasmonen sind die Schwingungen der Elektronen in einer metallischen Oberfläche, sobald diese von Licht angeregt werden.

Auf dem Foto ist oben ein Gitter aus 600 Nanometer breiten und 200 Nanometer hohen Quarzkuppeln zu sehen, das in einen, zumeist nur 2 Mikrometer dünnen Titandioxid-Film gedrückt wird, um die im unteren Bild sichtbaren Löcher zu stanzen. Werden diese Löcher mit Silber gefüllt, reflektieren sie mehr Licht in die Farbstoff-Solarzellen.


Concentrating Photovoltaic (CPV) Anlagen


Bei der Vorstellung eines Eigenheim-Solarkraftwerkes mit 2 kW erklärt der Präsident der 1989 in Torrance, Kalifornien, gegründeten Amonix Inc., Vahan Gaboushian, daß man 15 Jahre lang geforscht habe um einen Wirkungsgrad von 20 % zu erzielen. Außerdem habe man als erstes Unternehmen die ursprünglich für Satelliten gedachten III-V Multi Junction Zellentechnologie „auf die Erde herunter gebracht“. Bald darauf wird eine 20 kW Anlage auf dem Dach des Solarlabors der Arizona Public Service Co. getestet. Das 159 m2 große Solarpanel mit Sonnennachführung besteht aus 4.032 Amonix-Zellen. Bei erfolgreichem Testverlauf soll auf einer Fläche von 240 ha ein Großkraftwerk mit 100 MW errichtet werden. (Tatsächlich dauert es noch über zwei Jahrzehnte, bis derartig große Projekte umgesetzt werden).

Die weitere Entwicklung dieses Unternehmens (und anderer!) zeigt deutlich, daß man sicht nicht ernsthaft um ‚Heimkraftwerke’ bemüht, sondern immer umfangreichere Anlagen entwickelt, als deren Kunden nur noch die großen Stromversorger in frage kommen.

1992 (andere Quellen: 1994) erreichen die Amonix-Rückseitenkontaktsolarzellen bereits einen Wirkungsgrad von 25,5 %, während das Konzentrator-System das Sonnenlicht mit Fresnel-Linsen aus Kunststoff 500-fach konzentriert.

1995 wird das neue MegaModule Design vorgestellt, das mit einer zweiachsigen Sonnennachführung und Fresnel-Linsen ausgestattet ist und eine Leistung von 20 kW erreicht. Die ersten größeren Array-Systeme werden ab 1997 errichtet, während es danach fast jedes Jahr eine Stufe weiter geht: Amonix 3 MegaModule System (16 kW, 1998), Amonix 4 MegaModule System (20 kW, 1999), Amonix 5 MegaModule System (25 kW, 2000) und Amonix 7 MegaModule System (35 kW, 2002).

1998 wird am Lyle Center for Regenerative Studies der Cal Poly Pomona University ein 16 kW System installiert (das im September 2010 gegen zwei Amonix 7700 ausgetauscht wird). 2004 bekommt auch das Center for Energy Research (CER) der University of Nevada, Las Vegas, ein CPV-System (dessen Siliziumzellen 2008 gegen Multi Junction Solarzellen ausgetauscht werden; 2009 wird dann ebenfalls ein Amonix 7700 mit 53 kW installiert).

Amonix 7700

Amonix 7700

Im Jahr 2005 übernimmt Amonix das weltweit effizienteste Siliziumzellen-Design und erhöht damit den Wirkungsgrad der Solarzellen unter konzentriertem Licht auf 27,6 %. Nur wenige Jahre später integriert man die gegenwärtig verwendeten III-V Multi Junction Solarzellen, die ursprünglich für die Raumfahrt entwickelt wurden. Im gleichen Jahr lizenziert das Unternehmen seine CPV-Technologie an die Guascor Foton, eine Abteilung des spanischen Solar-Marktführers Guascor Solar Corp., mit der auch das Joint Venture Amonix-Guascor Foton (AGF) gegründet wird, das auf einer Schaffarm in Talayuela 38 Arrays mit einer Gesamtleistung von 950 kW aufstellt. Zwischen 2006 und 2008 errichten die Unternehmen in drei Phasen eine erste Großanlage in der spanischen Region Navarra. Mit 313 Arrays von jeweils 5 Modulen wird die beachtliche Leistung von 7,8 MW erzielt. In Las Vegas werden derweil eine Anlage mit 3 x 25 kW errichtet.

Im Jahr 2008 folgt die Entwicklung des Amonix 7700 Solar Power Generator System (53 kW), bei dem erstmals die effizienten Multi Junction Solarzellen eingesetzt werden. Der 20 t schwere 7700 hat die Maße 23,5 x 15 m und besteht aus sieben MegaModules, was eine schnelle und kostengünstige Montage vor Ort erlaubt. Jedes Modul besteht wiederum aus 36 Sets aus Linsen und Receivern, von denen jeder 30 Solarzellen beinhaltet. Die einzelnen Fresnel-Linsen aus dünnem Plastik sind 350 cm2 groß und bündeln das Sonnenlicht auf eine jeweils 7 cm2 kleine Fläche. Durch Einbezug eines patentierten zweiachsigen Trackers erzeugt das System über 40 % mehr Energie als konventionelle, feste Solarinstallationen.

Ein Jahr später eröffnete die Firma eine neue automatische Produktionsstätte in Seal Beach, Kalifornien. Finanziert durch ein Steuergutschrift aus dem American Recovery and Reinvestment Act in Höhe von 6 Mio. & sowie 12 Mio. $ an privatem Kapitals wird die Anlage selbst zum Teil durch ein Amonix 7700 System mit Strom versorgt. Im November beträgt die Gesamtleistung der Amonix-Anlagen in den USA 610 kW (Arizona and Nevada), und weltweit etwa 13 MW.

Im Oktober 2009 erreicht die Fertigungskapazität in Seal Beach die Marke von 30 MW, in Henderson werden für die Southern Nevada Water Authority 6 Stück 38 kW Arrays augestellt, und zum Jahresende kauft Amonix die erst 2008 gegründete Firma Sunworks Solar aus San Francisco, die sich mit der Herstellung von Solarpanelen aus Dünnschicht-Siliziumzellen beschäftigt, da Amonix diese im Grunde bevorzugt. Lieferant der weniger geliebten aber effizienteren Multi Junction Solarzellen ist das kalifornische Halbleiterunternehmen SpectroLab.

Amonix in Henderson

Amonix in Henderson

Amonix hat bis zu diesem Zeitpunkt 40 Mio. $ Investitionskapital, u.a. von MissionPoint Capital und Goldman Sachs, doch schon Anfang 2010 kommen weitere 9 Mio. $ dazu, hauptsächlich von Kleiner, Perkins, Caufield & Byers. Weitere Investoren sind Adams Street Partners, Angeleno Group, PCG Clean Energy & Technology Fund, Vedanta Capital LP, New Silk Route und The Westly Group. Außerdem erhält das Unternehmen Fördermittel aus der Solar America Initiative des DOE in Höhe von 6 Mio. $ sowie 5 Mio. $ aus dem Konjunkturpaket von Präsident Obama.

Richtig los geht es dann im April 2010, als eine weitere Finanzierungsrunde durch Kleiner Perkins 129,4 Mio. $ in die Kasse des Unternehmens fließen läßt. Damit will man in erster Linie bis 2012 zwei weitere ‚Satelliten-Fabriken’ mit einer gemeinsamen Produktionskapazität von 300 MW hochziehen.

Im August 2010 wird bekannt, daß in der Nähe von Alamosa, Colorado, ein 30 MW Solarkraftwerk zur Versorgung von 6.500 Haushalten errichtet werden soll, das die hybride CPV-Technologie von Amonix nutzt. Entwickler ist die Firma Cogentrix Energy, Abnehmer die Public Service Co. in Colorado, eine Abteilung des Stromversorgers Xcel Energy. Mit dem Bau im San Luis Valley soll im ersten Quartal 2011 begonnen werden, die Inbetriebnahme ist für das zweite Quartal 2012 geplant. Der Standort grenzt direkt an eine bestehende Stromtrasse der Xcel Energy. In der Pipeline sind auch noch zwei weitere, kleinere Projekte mit insgesamt 14 MW.

Der erste Spatenstich für die (erste) neue Fabrik in North Las Vegas erfolgt im Oktober 2010, hier sollen zukünftig pro Jahr und im 24-Stunden-Betrieb Anlagen mit einer Gesamtleistung von 150 MW hergestellt werden.

Im Rahmen von 21 Verträgen über zusammen fast 259 MW, welche die Southern California Edison (SCE) im November 2010 unterzeichnet um mehr als 168.000 Haushalte mit Strom aus Erneuerbaren Quellen zu versorgen, werden vier mit Amonix geschlossen: für Blythe (4,7 MW, Inbetriebnahme 6/2013), Garnet (4,8 MW 6/2013), Littlerock (5,0 MW 4/2013) und Lucerne (14,0 MW 3/2014).

Eine gemeinsam mit Granite Construction errichtete 2 MW-Anlage aus 36 Arrays wird im April 2011 an der University of Arizona in Betrieb genommen, und im Mai 2011 erteilt das US-Department of Energy die bedingte Zusage für eine Bürgschaft in Höhe von 90,6 Mio. $ für den Bau des Colorado-Solarkraftwerks. Das schon 1991 von John Lasich gegründete australische Unternehmen Solar Systems Ltd. in Melbourne (später: Solar Systems Tech in Hawthorne, Victoria), das u.a. an solarthermischen Dish-Anlagen zur Herstellung von Wasserstoff arbeitet, nimmt im September 2003 seine erste CPV-Anlage bei Umuwa in Betrieb, auf dem Land der Anangu Pitjantjatjara People im nördlichen Teil Südaustraliens.

Die 220 kW Anlage besteht aus 10 Stück der CS500 Solar-Parabolspiegel und ist an ein Diesel-betriebenes Mini-Stromnetz angeschlossen, das mehrere umgebende indigene Gemeinden versorgt. Die 14 m hohen Anlagen mit Sonnennachführung und einem 500-fachen Konzentrationsfaktor besitzen jeweils 112 gebogene Spiegel à 1,2 m2 Fläche und sind mit Siliziumzellen bestückt, die einem Wirkungsgrad von 22 % haben. Die Projektkosten von 2,5 Mio. AUS-$ werden von den Regierungen Australiens und Südaustraliens sowie der Aboriginal and Torres Straits Islanders Commission (ATSIC) gefördert.

2005 folgen drei weitere Anlagen in den Northern Territories zur Versorgung abgelegener Aboriginal-Gemeinden, die zusammen 7 Mio. AUS-$ kosten etwa 720 kW leisten. Zu diesem Zeitpunkt beginnt sich das Unternehmen mit den hocheffizienten Triple Junction Solarzellen zu beschäftigen, die zum damaligen Zeitpunkt eine Effizienz um 30 % aufwiesen (2010 werden ca. 40 % erreicht). Um eine besonders dichte Zellen-Anordnung für den Einsatz in den Konzentrator-Systemen zu entwickeln, kooperiert die Solar Systems mit der Boeing-Tochtergesellschaft Spectrolab.

Mitte 2008 geht eine Anlage in Windora in Betrieb, die aus 5 Stück CS500-4 Dish-Anlagen mit einem Output von insgesamt 350 kW besteht und sich im Besitzt der Ergon Energy befindet, einem Elektrizitätsversorger in Queensland. Im Oktober eröffnet das Unternehmen eine Forschungs- und Versuchseinrichtung in Bridgewater (Central Victoria).

Ebenfalls im Jahr 2008 werden auch die Zellen der Umuwa-Anlage ausgetauscht. Durch die neuen Triple Junction Cells erhöht sich die Spitzenleistung von 220 kW auf 350 kW.

Im Laufe des Jahres 2011 wird dann eine neue 500 kW Versuchsanlage in Bridgewater aufgebaut, die auf dem CS500 CPV Dish-System beruht und Basis für den Beginn der Massenproduktion im Folgejahr ist.

Am selben Standort experimentiert das Unternehmen seit 2008 auch mit dem weltweit ersten Heliostaten-basierten CPV-System (Heliostat Concentrator Photovoltaic, HCPV) das mit einem zentralen Empfänger an der Spitze eines Turms ausgerüstet ist und eine Nennleistung von 140 kW hat. Dieses System der nächsten Generation verspricht geringere Installationskosten und soll bis 2015 zur Marktreife gebracht werden.

Als erster Schritt wird daraufhin in Mildura, im Nordwesten Victorias, eine 2 MW Demonstrationsanlage gebaut. Die Vorarbeiten für den Bau von Phase 1 des Projekts beginnen im März 2011. Das Kraftwerk nutzt Hochleistungs-Solarzellen, die ursprünglich für Satelliten entwickelt worden sind. Im Endausbau soll das gigantische CPV-Solarkraftwerk im Jahr 2013 bis zu 154 MW Leistung an das nationale Stromnetz liefern und den Bedarf von mehr als 45.000 Haushalten decken. Zum Einsatz kommen dabei 19.250 Heliostaten und 246 Receiver mit insgesamt 62.976 PV-Modulen.

1. SunFlower-Modell

1. SunFlower-Modell

Die australische Bundesregierung kündigte schon 2006 an, das Projekt im Rahmen des staatlichen Low Emissions Technology Demonstration Fund (LETDF) mit einem Zuschuß von 75 Mio. AUS-$ zu unterstützen, während die Regierung von Victoria weitere 50 Mio. AUS-$ beisteuern will.

Die Firma Energy Innovations Inc. (EI) im kalifornischen Pasadena, die überhaupt erste Ausgründung des Inkubators Idealab im Jahr 2001, beginnt ihre Tätigkeit mit der Durchführung erster Versuche mit Stirlingmotoren und Solarkonzentratoren. Ab 2003 wird mit diversen unterschiedlichen Spiegeln, Linsen, Reflektoren usw. experimentiert, bis mit der Prototypen-Produktion des CPV SunFlower 250 Systems im Frühjahr 2005 auch die praktische Erprobung beginnen kann (nicht zu verwechseln mit den SunFlower Modulen für Gewächshäuser, s.d.).

Die EI-Systeme bestehen aus einer Gruppe von Spiegeln, die das Sonnenlicht auf einen Stirling-Motor konzentrieren. Es handelt es sich im Grunde um den ersten Solarkonzentrator der klein genug ist, um auch auf einem Dach montiert werden zu können. Daneben beschäftigt sich das Unternehmen noch mit anderen solartechnischen Anwendungen. Neben Idealab gehört Mohr Davidow zu den größten Share-holdern des Unternehmens.

Später verkauft EI die SunFlower-Technologie an die deutsche Firma Infineon Technologies AG, welche das Produkt herstellt und verkauft (was ich nicht verifizieren konnte). Eine Demonstrationsanlage wird auf der Einsatzzentrale der San Diego Gas & Electric Co. installiert. Währenddessen macht ein anderes Gerät unter dem Namen Himawari von sich reden, das ursprünglich ebenfalls als SunFlower bekannt war. Der japanische Name ist auch nur eine wörtliche Übersetzung. Da es sich hierbei allerdings um einen Tageslicht-Heliostaten handelt, werde ich ihn im entsprechenden Unterkapitel der Solararchitektur behandeln (s.d.).

Im Oktober 2006 gibt EI Solutions, der für Systemintegration zuständige Arm der Energy Innovations mit Hauptsitz in San Diego, bekannt, daß das Unternehmen demnächst mit der Installation einer 1,6 MW Solarstromanlage für Googles Hauptsitz in Mountain View, Kalifornien, beginnen wird, bei dem 9.212 Solarpanels von Sharp Electronics zum Einsatz kommen werden, die rund 30 % des Spitzenstromverbrauchs decken sollen. Da es sich dabei jedoch um eine konventionelle Technologie ohne lichtkonzentrierende Elemente handelt, werde ich hier nicht näher darauf eingehen. Nur soviel: In Betrieb genommen wird das System auf den Dächern und Parkplätzen der Google-Gebäude bereits im Juni 2007.

Inzwischen sehen die Sunflower-Module von EI aus wie die oben beschriebenen SunCube-Systeme. EI gibt bekannt, sich nun verstärkt um die Beschaffung von Geld zu kümmern, damit die neue Sunflower Solar Concentrator Technologie 2009 auf den Markt gebracht werden kann.

Energy Innovations Konzentrator

Energy Innovations
Konzentrator

Ab Mai 2008 bietet Energy Innovations eine einachsige Sonnennachführung namens RayTracker an, und im August erhält das Sunflower-Modul als erste derartige Anlage überhaupt eine Zertifizierung der Underwriters Laboratories (UL). Zeitglich wird eine Partnerschaft mit The North Face eingegangen, um dessen West Coast Distributionszentrum in Visalia, Kalifornien, mit einem 1 MW Solarstrom-System auszustatten, bei dem neben Suntech-Solarzellen auch die RayTracker von EI zum Einsatz kommen sollen. Im März 2009 trennt sich die RayTracker-Produktgruppe allerdings von der EI und gründet eine eigene Firma, die RayTracker Inc. in Tempe, Arizona, die später (d.h. im Januar 2011) von der First Solar übernommen wird (s.o.), während EI im Juli des Jahres im kalifornischen Poway sein neues Hauptquartier bezieht.

Im Oktober 2009 gibt das Unternehmen die Einführung einer neuen Produkt-Generation bekannt. Das neue Sunflower HCPV Modul repräsentiert die neueste PV-Konzentrator-Technologie, erreicht einen Wirkungsgrad von 29 % und nutzt spezielle Silikon auf Glas (SOG) Fresnel-Linsen, welche das Sonnenlicht mit 1.200-facher Verstärkung auf die Triple-Junction-Zellen konzentrieren. Unter idealen Bedingungen im Labor wird sogar ein Modul-Wirkungsgrad von 38,5 % erreicht.

Energy Innovations hat im Laufe seines 9-jährigen Bestehens (bis zum Juli 2010) insgesamt 60 Mio. $ Investitionskapital erhalten, um seine Technologie weiterzuentwickeln. Nun soll die jährliche Produktionsrate von rund 3 MW auf mehr als 18 MW im Jahr 2011 gesteigert werden. Das neue PV-Konzentratorsystem von EI läuft inzwischen unter dem Namen Firefly und besteht aus 30 Linsen/Wafer-Kombinationen, die zusammen eine Leistung von 270 W Spitze erreichen.

Ebenfalls im Juli 2010 gibt EI bekannt, daß man zukünftig auch in Poway jährlich bis zu 60 MW Sunflower-Module herstellen wird. Für die notwendige Ausstattungen sorgt ein 3,5 Mio. $ Darlehen aus dem Clean Energy Business Financing Program, das etwa die Hälfe der erforderlichen Kosten deckt.

Die kanadische Cyrium Technologies Inc. in Ottawa, Ontario, wird 2002 (?) von Simon Fafard gegründet, um die Nanotechnologie der Quanten-Punktierung zur Einbettung von Indium-Arsenid in das Solarzellenmaterial bis zur Einsatzreife in CPV-Anlagen weiterzuentwickeln. Über diese Quantum Dot Enhanced Cell (QDEC) spreche ich ausführlicher im Kapitel der verschiedenen Solarzelltypen unter Quanten-Dot-Solarzellen (s.d.).

Im Jahr 2004 erhält das Unternehmen seine erste Venture-Capital-Finanzierung und stellt bald darauf seine QDEC Produktfamilie vor, die bei einer konzentrierten Einstrahlung von > 500 – 1000 ‚Sonnen’ einen Wirkungsgrad von ~ 40 % aufweisen. Die Standard-Zelle in den Maßen 10 x 10 mm erreicht eine Effizienz von 38 %.

Die erste Finanzierungsrunde Mitte 2005 bringt Cyrium eine nicht genannte Summe an Wagniskapital von Chrysalix Energy Venture Capital und der Business Development Bank of Canada (BDC). Es scheint danach eine längere Forschungs- und Entwicklungsphase gegeben zu haben, aus der es keine neuen Nachrichten über die Firma gibt. Erst Mitte 2008 gibt daß Unternehmen bekannt, daß es in einer zweiten Finanzierungsrunde 15 Mio. $ eingenommen hat, an denen sich The Quercus Trust of Costa Mesa, BDC Venture Capital, Chrysalix und Pangaea Ventures beteiligt haben.

Ab Mai 2009 liefert Cyrium kleine Stückzahlen seiner Zellen an CPV-Kunden zur Evaluierung aus. Das Unternehmen damit, daß die zweite Generation seiner Zellen innerhalb eines Jahres eine Effizienz von 43 % erreichen wird, während es bei der dritten Generation, in einem Zeitraum von zwei Jahren, sogar um die 45 % werden sollen. Ende des Jahres startet Cyrium die erste kommerzielle Produktlinie seiner hocheffizienten CPV-Zellen für kommerzielle Solar-Anwendungen.

Eine neue Application-Specific Concentrator Cell (ASCC) wird im August 2010 erstmals präsentiert, und im Oktober nimmt das National Research Council of Canada einen Sunrise Solartracker von Cyrium in Betrieb, der am Canadian Centre for Housing Technology in Ottawa installiert ist. Das System zeigt, daß die patentierte Quantenpunkt-Nanotechnologie erfolgreich eingesetzt werden kann, um die Leistung von Multi-Junction-Zellen in CPV-Systemen zu verbessern. Im November erhält das Unternehmen den Outstanding Corporate Award des IEEE.

Suntrix-Cyrium Anlage

Suntrix-Cyrium Anlage

Ebenfalls im November 2010 beginnt in China die Errichtung eines HCPV (high concentrating photovoltaic) Kraftwerks mit 200 kW, die schon im Januar 2011 in Betrieb genommen werden kann. In der Anlage kommen die hocheffizienten Triple-Junction-CPV-Zellen von Cyrium zum Einsatz, die in von Suntrix Co. Ltd. hergestellten Modulen eingebaut und auf Tracking-Systeme montiert sind, die von Suntrix entworfen und von der Qingdao HG Solar Energy Co. Ltd. produziert werden. Letztere Firma ist auch der Betreiber der Anlage, die im Betrieb einen System-Wirkungsgrad von 25 % aufweist.

2004 beginnt die im Jahr 2000 gegründete HelioDynamics Ltd. aus Bourn, Cambridgeshire, Testläufe mit ihrem neu entwickelten CLFR HD211 System durchzuführen, das die kombinierte Nutzung von Sonnenstrom und Sonnenwärme erlaubt. Dabei sind die Solarzellen mit Fresnel-Linsen ausgestattet, während die Kühlsysteme nutzbare Wärme abführen. Pro Receiver sind 60 monokristalline Zellen der Maße 125 x 62,5 mm integriert, wobei jeweils drei Receiver zu einer Einheit mit 1,5 kW elektrischer und 10 kW thermischer Ausgangsleistung zusammengeschaltet sind. 4 Stück der Reflektoren werden der Sonne nachgeführt, während 7 weitere die Einstrahlung fokussieren. Jede Einheit besitzt 5 wassergekühlte Wärmetauscher und ist 12 m lang, 3,6 m breit und 2,3 m hoch, während die Reflektionsfläche 31,8 m2 beträgt. Die Testinstallation ist Teil einer 32 kW Anlage in Tampa, Florida.

Im Dezember 2006 übernimmt die Fondsgesellschaft Low Carbon Accelerator Ltd. für 1 Mio. £ 18 % der HelioDynamics, mit weiteren 600.000 £ wird der Anteil im August 2007 auf 35 % aufgestockt. 2007 beginnt auch der kommerzielle Vertrieb der Konzentratoranlagen.

Die Schweizer Unternehmensgruppe für erneuerbare Energien, EnergyMixx Holding, erwirbt im Juni 2008 für 2,93 Mio. £ und in Absprache mit Low Carbon Accelerator zuerst eine Beteiligung in Höhe von 30 % an HelioDynamics, kurz darauf auch noch die restlichen 70 % im Austausch gegen Anteile an der EnergyMixx in Höhe von 2,27 Mio. £. EnergyMixx übernimmt damit die Verantwortung und die Finanzierung der weiteren Entwicklung der Konzentrator-Systeme, um das neue HD 1000 Suns-Modell in großem Umfang auf den Markt zu bringen (dieser Name taucht später allerdings nicht mehr auf). HelioDynamics gilt nun als 100 %-ige Tochter der EnergyMixx.

Ende 2008 arbeitet HelioDynamics an drei mit der Fresnel-Solarkonzentrator-Technologie betriebenen Klimaanlagen: auf dem Energy Resource Center (ERC) der Southern California Gas Company in Downey (3 HD16 Kollektoren, 36 kW, Inbetriebnahme im April 2009), auf einem der Gebäude der South West Gas Corporation in Phoenix, Arizona (6 HD10 Kollektoren, 30 kW, Inbetriebnahme im Juni 2009) und auf dem Internationalen Flughafen von Albuquerque in New Mexico (18 HD16 Kollektoren, 216 kW, Inbetriebnahme im Dezember 2009). Eine weitere Anlage soll am Demokritos Research Center in Griechenland installiert worden sein. Der hohe Temperaturfluß der Konzentratoren von ca. 180°C betreibt die Absorptionskälteanlagen ohne Verwendung von Elektrizität.

Weitere Projekte werden in den USA, in Brasilien und in den Golfstaaten bearbeitet. Hierfür hat die HelioDynamics Ltd. eine gleichnamige Inc. in Tampa, Florida, sowie Niederlassungen in Sevilla und Abu Dhabi.

HelioDynamics HD16 Grafik

HelioDynamics HD16
(Grafik)

Es ist überraschend festzustellen, daß es danach keine weiteren Meldungen über Aktivitäten des Unternehmens gibt. Auch auf der Homepage werden außer den oben beschriebenen keine weiteren Projekte mehr erwähnt. Angeboten werden die inzwischen Planar Optic Low Aberration Reflective (POLAR) Konzentratoren der Modelle HD16 (16-fache Verstärkung des Sonnenlichts, 11 kW, 6 x 6 x 3,7 m, 750 kg, 235°C Spitzentemperatur), HD16-21 (größere Industrieversion, 21 kW, 5,5 x 12 x 7,4 m, 795 kg, 300°C) und HD10 (für begrenzte Flächen, 8 kW, 6 x 4 x 2,7 m, 380 kg, 120°C). Außerdem wird das Konzept einer Großanlage namens HDX vorgestellt, die für kommerzielle Stromversorgungsnetze gedacht ist und 2010 marktreif sein sollte. Es bleibt abzuwarten, wie es mit HelioDynamics nun weitergeht.

Den Sonderbereich der Hybridkollektoren behandle ich in einem eigenen Unterkapitel (s.d.).

Die 2004 im kalifornischen San Diego gegründete Pyron Solar III LLC fertigt den Pyron Solar Triad, einen leistungsstarken, patentierten Solar-Konzentrator mit unbegrenzter Skalierbarkeit, der auf dem einzigartigen HE Optics System beruht. Hinter der Technologie steht die 20-jährige Forschungsarbeit der Gründer, des Physiker-Ehepaars Inge und Nikolaus Johannes Laing, die sich als Studenten an der Universität Karlsruhe kennenlernten und inzwischen mehr als 300 Patente ihr eigen nennen (siehe dazu ihre Firma Laing Thermotech Inc.). Das ‚System eines im Wasser schwimmenden Solarkraftwerkes, dessen Fotozellen sich nach dem Azimut der Sonne ausrichten’ läßt es sich bereits 1982 patentieren.

An der neuen Solarentwicklung sind außerdem die Firmen Boeing-Spectrolab in Sylmar und Jungbecker Technology in Olpe beteiligt. Um die Finanzierung zu sichern, wird aus Pyron Solar Inc. eine Aktiengesellschaft. Die Anteile hält derzeit neben dem Ehepaar Laing das deutsche Unternehmen Jungbecker Technology. Präsident von Pyron ist Edward C. Nixon, der Bruder des ehemaligen US-Präsidenten Richard Nixon.

Im Juli 2004 wird nach zweijähriger Arbeit im Garten des Laingschen Reihenhauses in El Cajon bei San Diego ein in Handarbeit gefertigter Kraftwerk-Prototyp in Betrieb genommen, der rund 2 Mio. $ gekostet hat. Als einzige Förderung bezuschußte das US-Energieministerium die Anschaffung der Solarzellen mit 60.000 $.

Das Unternehmen verfügt damit über einen funktionierenden 6,6 kW Prototyp seiner ungewöhnlichen schwimmenden Solaranlage, deren Wasserlagerung in erster Linie zur Kühlung dient und gleichzeitig zur Vermeidung von Schäden beiträgt. Das Kraftwerk, das in dem 7,5 m großen Becken durch Drehung um die Hochachse dem Sonnenazimut folgt, hat einen Durchmesser von 6,9 m und besteht aus 17 Reihen von Trögen, deren Länge der Kreisgeometrie angepaßt wird.

Auch die Optik ist nicht gerade anspruchslos: Das Sonnenlicht trifft zuerst auf eine speziell entwickelte konzentrierende Acryl-Linse mit extrem kurzer Brennweite. Während die Strahlen diese Linse passieren wird das Licht so reflektiert und gebrochen, daß eine 6.500-fache Konzentration der Sonneneinstrahlung auf einem kleinen Lichtpunkt erreicht wird. Eine Sekundäroptik aus einem speziell angefertigten Glaskörper fängt diesen Lichtpunkt ein und verteilt die konzentrierte Sonnenenergie gleichmäßig über eine kleine Solarzelle. Das System nutzt Multi-Junction- Zellen von Boeing-Spectrolab, die an der Unterseite von leichten Trögen angebracht sind, wobei die Zelleneffizienz mit 26,5 %, und die Moduleffizienz mit 20 – 22 % angegeben wird. Pyron zufolge sollen die Elemente zusammen 800 Mal mehr Strom produzieren als eine Silizium-Solarzelle vergleichbarer Größe.

Das Unternehmen kalkuliert die Kosten für ein serienmäßiges 6,5 kW Kraftwerk mit 13.000 $ bis 15.000 $, während ein 2,5 km2 großes 600 MW Kraftwerk mit 938 Mio. € zu Buche schlagen würde. Als mittelfristiges Produkt sieht Pyron eine 60 kW Anlage vor, die aus drei im Wasser schwimmenden 20 kW CPV-‚Inseln’ mit einem Durchmesser von jeweils 15 m und zweiachsiger Nachführung besteht.

Zu diesem Zeitpunkt arbeitet man aber noch an der Behebung einiger Kinderkrankheiten wie häufige Kurzschlüsse in den Zellen, schnell verschmutzende Linsen und Materialprobleme mit der Isolierung.

Pyron Test

Pyron Test

Ende 2007 arbeitet man an zwei Projekten in Spanien und China, außerdem soll in den USA eine Pilotanlage errichtet werden. Zu diesem Zeitpunkt erlebt Pyron auch seine erste Finanzierungsrunde, bei der es 2 Mio. $ durch die New Energies Invest Ltd. (NEI) erhält, die der Bank Sarasin in Basel gehört.

Im September 2008 gibt es eine dritte Million von der NEI (nebst der Option auf eine vierte), doch dann wird im Juni 2009 bekanntgegeben, daß die Vermögenswerte der Pyron von Ellis Energy Investments Inc. übernommen worden sind. Was die Geschäftstätigkeit anscheinend beflügelt, denn schon im Oktober meldet die San Diego Gas & Electric (SDG&E), daß man gemeinsam mit Pyron ein 18-monatiges Demonstrationsprojekt durchführen will, um die Marktfähigkeit des Systems zu evaluieren.

Tatsächlich wird im Oktober 2009 am Kontroll- und Training Center der SDG&E in Mission Valley mit dem Bau begonnen, der bei seiner Inbetriebnahme zum Jahresende auch 20 kW Solarstrom erzeugt. Außerdem werden in dem Wasserbecken Fische ausgesetzt da man untersuchen will, ob sich die Energieerzeugung nicht auch mit einer Fischzucht verbinden läßt (wobei die Fische außerdem die Moskitos in Schach halten sollen).

Pyron Array

Pyron Array

Die jüngste Meldung über Pyron stammt vom April 2011. Ihr zufolge ist das System noch immer nicht ganz bereit für die Vermarktung, während das Team bereits an der Technologie der dritten Generation arbeitet, die dann endlich in den Verkauf gehen soll.

2004 wird auch die spanische Firma Sol3g mit Stammsitz in Cerdanyola gegründet, die Mitte 2006 mit der kommerziellen Produktion startet. Ähnlich wie SolFocus baut auch Sol3g einen Teil des (gemischten) 3 MW Solarkonzentrator-Kraftwerks, welches das Institute of Concentration Photovoltaic Systems in Castilla La Mancha hochzieht. Der Firma zufolge sei die bei ihrem hochkonzentrierenden HCPV-System mit Fresneloptik und Triple-Junction-Zelle benötigte PV-Fläche 400 Mal kleiner als die einer herkömmlichen PV-Anlage – mit der Konsequenz entsprechender Kosteneinsparungen. Die eingesetzten Zellen der 3. Generation (daher auch der Firmenname) werden mittels der MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) Technologie von III-V-Verbindungshalbleiter-Material (InGaP und GaInAs) auf einem Substrat aus Germanium abgeschieden. Sie widerstehen der konzentrierten Lichtstrahlung und haben einen Wirkungsgrad von rund 35 %.

Auch das Gira-Sol System GS700 wird komplett von Sol3g selbst entwickelt, wobei drei neue Technologien zur Anwendung gelangen: Tandem Multi Junction Solarzellen, eine spezielle Konzentrationslinde sowie eine dezentrale und zweiachsige Solarnachführung.

Die Liste der zwischen 2006 und 2008 insgesamt durchgeführten 17 Aufträge ist beeindruckend und umfaßt neben diversen Anlagen in Spanien auch jeweils ein CPV-Kraftwerk in Denmark und Israel. Zum Einsatz gelangen Galliumarsenid-, Galliumindiumphosphid- und Germanium-Mehrfachzellen mit einem Wirkungsgrad von etwa 28 %.

Ab Mitte 2007 bezieht das Unternehmen seine III-V Triple-Junction-Zellen von der deutschen Firma Azur Space Solar Power GmbH aus Heilbronn. Für die 3 Folgejahre wird die Lieferung von insgesamt 44.000 Wafers vereinbart, was einer Gesamtleistung von 30MW Spitze entspricht. Jeder Wafer hat einen Durchmesser von 10 cm und beinhaltet 178 Zellen. Dadurch möchte Sol3g seine gegenwärtige Jahresproduktivität von 5 MW auf 10 MW verdoppeln.

Auch die Sunengy Pty Ltd., eine 2005 in New South Wales gegründete australische Firma, beschäftigt sich mit Solaranlagen die auf Wasser schwimmen. Das Unternehmen hält die internationale Patente für ein von Philip Connor erfundenes einzigartiges CPV-System namens Liquid Solar Array (LSA). Nach der ersten Bekanntmachung 2006 hört man länger nichts mehr neues, bis das LSA im Februar 2009 auf dem Clean Tech Forum präsentiert wird. Ein 1 m2 großes Gerät erzeugt ca. 125 W, das Wasser sorgt für eine ideale Kühlung der Solarzellen. Besonders durchdacht ist auch die Windsicherung: Die 2 mm dicke Linse ist robust genug um Windgeschwindigkeiten von mehr als 160 km/h zu überstehen. Sollte die Windgeschwindigkeit zu stark werden, veranlaßt ein auf jedem Array angeordneter Wind-Sensor, daß sich das Array dreht und komplett unter Wasser verschwindet.

Sunengy Modell

Sunengy Modell

Das Wasser hat auch noch eine andere Verwendung, denn durch Eintauchen ins Wasser kann die spezielle selbstreinigende Oberfläche der Linse einfach von Staub oder Salz befreit werden. Die Order dafür gibt der Sonnennachführungs-Mechanismus.

Nach Sunengy könnte das LSA-System die Kosten für Solarstrom kurzfristig von 5 $/W auf 1,30 $/W und auf längere Sicht und unter idealen Bedingungen sogar auf unter 0,60 $/W senken. Das Unternehmen braucht allerdings noch mindestens 2 Mio. $ um in der Lage zu sein, seine LSA-Arrays zu produzieren und in einem größeren Maßstab zu testen. Bislang gibt es nur ein funktionierendes Kleinmodell und 3D-Computer-Designs.

Interessant wird es, als im März 2011 bekannt wird, daß der größte indische private Stromversorger Tata Power gemeinsam mit Sunengy ein erstes schwimmendes Low-Cost-Kraftwerk konstruieren wird. Priorität hat dabei die Sachlage, daß wasserbasierte Solarkraftwerke keine teuren Landflächen benötigen. Durch die Trust Energy Pte Ltd. in Singapur, eine Tochtergesellschaft von Tata Power, erhält Sunengy Eigenkapital.

Das Joint Venture wird im August 2011 mit dem Bau einer 13,5 kW LSA Demonstrationsanlage in Indien beginnen, die auf dem Wasser eines Stausees nahe Mumbai installiert werden soll. Die Tests für die indischen Einheiten werden am CSIRO Energy Center in New Castle, New South Wales, durchgeführt.

Bis Mitte 2012 will Sunengy außerdem eine größere LSA im australischen Hunter Valley vorweisen können, bevor das Unternehmen in Produktion geht. Zu den wesentlichen Verkaufsargumenten des Unternehmens gehört die Darstellung der Nutzungsmöglichkeiten in Synergie mit hydroelektrischen Stauseen. Eine LSA-Installation könnte die Leistung eines typischen Staudamms steigern und zusätzliche 6 – 8 Stunden Strom pro Tag liefern, wobei dafür weniger als 10 % seiner Staubeckenfläche benötigt wird. Ein 240 MW System könnte die jährliche Energieerzeugung des portugiesischen Wasserkraftwerks Alqueva beispielsweise um 230 % steigern, behauptet Sunengy.

Die in Jerusalem ansässige Solaris Synergy Ltd. wird 2008 mit Geld von US-Investoren gegründet, um ein patentiertes CPV-System mittlerer Konzentration zu entwickeln, das ebenfalls auf dem Wasser schwimmt. Hauptmotiv scheint zu sein, daß keine Landflächen benötigt werden. Im November 2010 ist das Unternehmen unter den Top 5 bei der Cleantech Open Ideas Competition, und im Dezember erhält es eine Forschungsförderung durch das israelische Infrastruktur-Ministerium.

Solaris Test

Solaris Test

Zu diesem Zeitpunkt kann das Unternehmen bereits einen kleinen 1 kW Prototyp vorweisen, der auf dem Dach des Firmengebäudes installiert ist, doch die Entwickler planen bereits den Bau eines 200 kW Systems, das in einem Wasser-Reservoir installiert werden soll um das Konzept weiter zu testen. Im Laufe des Jahres 2011 sollen zuerst jedoch noch zwei kleine Anlagen mit jeweils 50 kW Leistung gebaut werden. Die Projektkosten in Höhe von 1,5 Mio. € werden zu 60 % von EUREKA gefördert.

Die erste Anlage soll schon im 2. Quartal in einem Wasserreservoir nahe Jerusalem schwimmen, in Zusammenarbeit mit der nationalen Wasserversorgungsgesellschaft Mekorot (nebst einer Ausbauoption auf 3 MW), während das andere neun Monate lang auf dem Provence-Reservoir bei Cadarache im Südosten Frankreichs getestet wird, in Kooperation mit der französischen EDF.

Ein einzelnes Solarmodul hat eine Leistung von bis zu 0,5 kW, wobei besonders preiswerte Silizium-Zellen installiert werden sollen. Weitere technische Details werden leider nicht bekanntgegeben. Die Module sollen sich in jeder beliebigen Form und Größe zusammensetzen lassen, während die Eigenschaften des Wassers genutzt werden um die Solarzellen-Panele auf 30ºC abzukühlen und dadurch eine um bis zu 20 % höhere Effizienz zu erreichen. Potentielle Wasserflächen für die schwimmenden low-cost CPV-Inseln, die weitgehend aus Plastik bestehen, wären z.B. große Abwasseraufbereitungsanlagen, künstlich angelegte Bewässerungskanäle, Flüsse oder Stauseen.

Tatsächlich wird dann im Februar 2011 das erste Floating Concentrated Photovoltaic (F-CPV) System mit Anschluß an das Stromnetz am Center for Renewable Energy and Energy Conservation des Arava Institute for Environmental Studies im Kibbutz Ketura, 30 km nördlich von Eilat, installiert. Im März gründen die EDF-Gruppe und Solaris Synergy ein Joint Venture namens aQuasun, und im Mai scheint auch der Test in Frankreich begonnen zu haben. Man rechnet nun damit, Mitte 2012 mit der Markteinführung des aQuasun Systems starten zu können.

Die 2005 gegründete Freiburger Firma Concentrix Solar GmbH, eine Ausgründung des Fraunhofer Instituts für Solare Energiesystems (ISE), gibt bekannt, daß sie große Konzentrator-Photovoltaik-Systeme mit Leistungen zwischen 100 kW und mehreren MW bauen will. Technologische Grundlage sind die am ISE entwickelten Flatcon-Module, die hocheffiziente Solarzellen mit kostengünstiger Modul- und Linsentechnologie verbinden. Die Prototypen der Concentrix-Zellen erreichen einen Wirkungsgrad von 35 %, wobei das Unternehmen hofft, damit auf Modulwirkungsgrade von bis zu 28 % zu kommen.

Im Februar 2006 beteiligt sich mit Good Energies einer der führenden strategischen Investoren im Bereich erneuerbare Energien an dem Unternehmen, welches 2007 den Innovationspreis der Deutschen Wirtschaft erhält.

Mitte 2008 meldet das Unternehmen, daß in seinem Versuchsstandort im spanischen Casaquemada nahe Sevilla (Versuchsstandort des Partners und Mitinvestors Abengoa Solar) regelmäßig Systemwirkungsgrade von 23 % für das dort neu errichtete 100 kW Konzentrator-Solarkraftwerk erreicht werden. Der Firma zufolge ist dies die doppelte Stromausbeute herkömmlicher PV-Kraftwerke. Concentrix nutzt optimierte III-V-basierte Triple-Junction-Solarzellen (GaInP/GaInAs/Ge), bei denen drei verschiedene Typen von Solarzellen übereinander gestapelt werden. Jeder Zelltyp ist entworfen, um einen bestimmten Bereich des Sonnenspektrums umzuwandeln: kurzwellige Strahlung, mittelwellige Strahlung und Infrarot. Die Flatcon-Technologie nutzt dabei Fresnel-Linsen, um das Sonnenlicht fast 500fach zu konzentrieren.

Bei diesem weltweit ersten hybriden Demonstrationskraftwerk, das vom Institute of Concentration Photovoltaic Systems (ISFOC) koordiniert wird (s.u.), sind außerdem Silizium-Module sowie Soitec CPV-Module mit zweiachsiger Nachführung installiert. Von Concentrix sind Flatcon-Module der ersten Generation mit einer Leistung von 48 W im Einsatz, während die neuen Module CX-75 eine Leistung von 75 W haben und auf einen durchschnittlichen Wirkungsgrad von 27,2 % kommen.

Concentrix-Anlage in Spanien

Concentrix-Anlage
in Spanien

Eine weitere Anlage mit 500 kW wird 2008 im spanischen Puertollano errichtet. Auch diese bildet den Teil eines größeren Projekts, bei dem insgesamt 3 MW CPV-Systeme installiert werden.

Im Dezember 2009 wird Concentrix zu 80 % von der Soitec-Gruppe übernommen, die mit der Technologie des deutschen Unternehmens zum Weltmarktführer für CPV-Systeme aufsteigen will. Verkäufer sind die Good Energies und Abengoa Solar, die für diesen Anteil rund 50 Mio. $ kassieren.

Zu diesem Zeitpunkt hat Concentrix seine Anlagen bereits in mehr als 10 Ländern errichtet, so z.B. im Juli 2009 ein Demo-System auf dem Campus der University of California in San Diego, das eine Anlagen-Systemeffizienz von 25 % erreicht. In Freiburg betreibt die Firma eine vollautomatisierte Fertigungslinie mit einer Kapazität von 25 MW, die CPV-Module höchster Qualität und Langlebigkeit produziert und zukünftig weiter ausgebaut werden soll.

Im Februar 2010 wird mit dem US-Unternehmen Chevron Technology Ventures ein Vertrag über die Errichtung eines 1 MW CPV-Kraftwerks abgeschlossen, welches auf einem Gelände von Chevron Mining Inc. in Questa, New Mexico, installiert werden soll. Da ein einzelnes, nachgeführtes Flatcon-Modul eine Nennleistung von 6 kW hat, besteht eine 1 MW Anlage aus ca. 175 Systemen, die eine Fläche von etwa 3 Hektar benötigen.

Concentrix tritt im Juni 2010 der Desertec Initiative bei (s.d.), und weiht im September im Aquila-Wildreservat in Touwsrivier, Western Cape, seine erste 60 kW Kraftwerkseinheit in Südafrika ein, wo das Unternehmen bereits seit 2008 aktiv ist. Die Anlage wird tagsüber den gesamten Energiebedarf des Wildreservats decken und damit einen Beitrag zum umweltfreundlichen Tourismus liefern. Außerdem ist sie das Pilotprojekt für ein geplantes 50 MW Kraftwerk, das ebenfalls am Western Cape entstehen soll.

2010 wird mit einer Leistung von 1 MW eines der zu diesem Zeitpunkt weltgrößten CPV-Solarkraftwerke errichtet – in Questa, New Mexico. Kleinere Anlagen entstehen im jordanischen Maan (6 kW mit Netzanbindung; Zusammenarbeit mit der Firma Azur Space Solar Power), im omanischen Al-Rusayl Industrial Park nahe Maskat, sowie im ägyptischen Wadi El Natrun nahe Kairo (5 Systemen mit insgesamt 30 kW), wo für einen Inselbetrieb eine Speicherlösung integriert wird, um eine Wasser- und Bewässerungs-Pumpe sowie eine Entsalzungsanlage zu versorgen. Das Unternehmen beteiligt sich auch an der Abu Dhabi Masdar Initiative, um den Wert der CPV-Technologie für die Region zu demonstrieren.

Ende des Jahres kommt die Planung einer 50 MW CPV-Anlage nahe Touws River am Western Cape in Südafrika dazu, wo sich 8.000 Solartracker mit jeweils 6,25 kW Leistung der Sonnen nachbewegen sollen. Der Baubeginn ist für Mitte 2011 geplant, die Inbetriebnahme im Laufe des Jahres 2013.

Im März 2011 kündigt Soitec an, daß seine Concentrix CPV-Technologie von Tenaska Solar Ventures für die Produktion von 150 MW sauberer Energie für die San Diego Gas & Electric (SDG&E) ausgewählt wurde, um damit den jährlichen Strombedarf von ca. 55.000 kalifornischen Haushalten zu decken. Das neue CPV-Kraftwerk Imperial Solar Energy Center (ISEC) West wird auf rund 430 Hektar im Westen des südkalifornischen Imperial County errichtet und soll im Jahr 2015 in Betrieb gehen. Um die erforderliche Menge von CPV-Modulen bereitstellen zu können wird Soitec in der gleichen Region eine Fertigungsstätte mit einer jährlichen Produktionskapazität von 200 MW bauen.

Direkt mit der SDG&E werden im April 2011 drei Verträge über bis zu 30 MW Solarstrom unterzeichnetet, der mit Hilfe der Concentrix-Technologie in drei Solarenkraftwerken in San Diego County erzeugt werden soll. Das Unternehmen hofft, den gegenwärtigen durchschnittlichen Systemwirkungsgrad von 27 % auf 37 % im Jahr 2015 steigern zu können. Im Juli unterzeichnen Soitec, Schneider Electric und die marrokanische Solarenergie-Agentur Massen eine Vereinbarung zur Entwicklung von zwei 5 MW Pilotprojekten, von denen das erste in Quarzazate bereits 2012 in Betrieb gehen soll.

Die 2005 von John A. Rogers und zwei Partnern gegründete Semprius Inc. in Durham, North Carolina, ist ein Spin-off der University of Illinois. Eines der Kerngeschäfte ist die Entwicklung kostengünstiger und leistungsstarker CPV-Module für den großtechnischen Einsatz mittels der, durch die Universität patentierten und lizenzierten, Mikro-Transfer-Drucktechnik. Dabei handelt es sich um einem Prozeß, bei dem Halbleiter-Materialien mit hoher Geschwindigkeit auf ein Substrat wie Glas oder Kunststoff gestempelt werden (daher auch der Firmenname: semiconductor printing). Diese Technologie ermöglicht u.a. die Herstellung von großen Arrays aus winzigen Double- oder Triple-Junction Solarzellen (z.B. aus Galliumarsenid). Eine preiswerte Optik aus kleinen Linsen (2 x 2 cm) konzentriert dann das Sonnenlicht etwa 1.000-fach auf die Hochleistungszellen, die kaum größer als ein Punkt sind, den ein Kugelschreiber macht, konkret: 600 x 600 Mikron. Als Wirkungsgrad werden 32 % genannt. Zusätzliche Effizienz erzielen die Panele, weil sich die winzigen Halbleiter kaum erwärmen und das System daher kein thermisches Management benötigt.

2006 gewinnt Semprius den 6. Wall Street Journal Technology Innovation Award, und Anfang 2007 eine Forschungsförderung der National Science Foundation (Small Business Innovation Research Phase I), die genutzt werden soll, um den Transferdruck von Hochleistungs-Halbleitern auf flexiblen Materialien zu demonstrieren.

Im April 2007 erhält das Unternehmen in einer ersten Finanzierungsrunde 4,7 Mio. $ von ARCH Venture Partners, Intersouth Partner, Illinois Ventures und Applied Ventures, LLC. Im Sommer gibt es noch den Spin-out of the Year Award des Council for Entrepreneurial Development (CED).

Semprius vereinbart Ende 2008 eine Entwicklungskooperation mit der Cambridge Display Technology (CDT) um eine neue Technologie für die Herstellung von OLED-Backplanes für Flachbildschirme zu entwickeln, ein weiteres Einsatzgebiet der firmeneigenen Drucktechnik. Im Juni 2009 bringt eine zweite Finanzierungsrunde 6,4 Mio. $ (andere Quellen: 7,9 Mio. $), diesmal von In-Q-Tel und dem GVC Investment Fund, und im September erhält Firmengründer Rogers einen ‚Genius Grant’ von der John T. and Catherine D. MacArthur Foundation.

Im Januar 2010 scheint das Unternehmen durchzustarten. Zuerst wird eine Vereinbarung mit der X-FAB Semiconductor Foundries AG geschlossen, um schlüsselfertige Silizium-Wafer Produktionslinien für Semprius-Kunden zu entwickeln – in Verbindung mit einer strategischen Investition durch X-FAB in Höhe von 1,5 Mio. $. Dann erhält Semprius vom National Renewable Energy Laboratory (NREL) des DOE einen 3 Mio. $ Unterauftrag, um die Solartechnologie des DOE-eigenen PV Technology Incubator zu vermarkten. Und schließlich folgt eine Entwicklungsvereinbarung mit der Siemens Industry Inc., um gemeinsam eine ,plug-and-play’ Demonstrationsanlage zu entwerfen, bei der die CPV-Solarmodule von Semprius mit Automations- und Kontrollkomponenten von Siemens zusammenwirken. Die Tracker-Systeme sollen an zahlreichen Test-Standorten auf der ganzen Welt installiert werden.

Sempirus Konzentrator

Sempirus Konzentrator

Die Installation des ersten Mikrozellen-basierten High Concentration Photovoltaic (HCPV) Demonstrationsmodells im Rahmen der Vereinbarung mit Siemens erfolgt Mitte 2010. Die zweiachsig nachgeführte Anlage bei der Tucson Electric Power (TEP) in Arizona besteht aus 48 Modulen und soll in erster Linie der weiteren Forschung und Entwicklung dienen. Zu diesem Zeitpunkt ist die Semprius-Technologie schon von mehreren Energieversorgungsunternehmen, den Sandia National Laboratories sowie dem NREL getestet worden, das den Mikrozellen inzwischen einen Wirkungsgrad > 40 % bescheinigt. Weitere Tests wurden an einer Handvoll europäischer Standorte durchgeführt.

Mitte 2011 wird bekannt, daß Siemens eine 16,1 %-ige Minderheitsbeteiligung an Semprius erworben hat. Siemens wird als strategischer Investor mit rund 20 Mio. $ dabei helfen, die innovative CPV-Technologie zur Marktreife zu entwickeln. Zusätzliche 10 Mio. $ kommen in der 2. Finanzierungsrunde von Arch Venture Partners, Applied Ventures, Illinois Ventures, Intersouth Partners, In-Q-Tel und GVC Investment. Damit soll eine 5 MW Anlage errichtet werden, die später auf bis zu 35 MW erweitert werden kann.

Die wissenschaftlich gut vernetzte Firma WS Energia S.A. wird 2005 in Portugal gegründet und bietet verschiedene Solarlösungen an, von Nachführungen über Wechselrichter bis zu Modulen. Die Forschungs- und Entwicklungsabteilung beschäftigt sich dagegen besonders mit Solarkonzentrator-Systemen mit geringem Konzentrationsfaktor.

Das von der Agência de Inovação mitfinanzierte DoubleSun System nutzt eine zweiachsige Sonnennachführung sowie konventionelle Metall-Flachspiegel von Alanod, um die Einstrahlung auf die Module mit monokristallinen Zellen zu verdoppeln. Im Vergleich zu Standard-Dachanlagen liegt der jährliche Energiegewinn der 1 kW Module eines DoubleSun-Systems je nach Standort um 78 % bis 84 % höher. Für seine erste Innovation gewinnt das in Taguspark, Oeiras, beheimatete Unternehmen im Dezember 2006 den National Innovation Prize der Handelsbank Banco Espírito Santo S.A. (BES).

2007 wird die Robotik, welche die Solartracker des Unternehmens steuern, von der Jury des Live EDGE Electronic Design des Global Environment Wettbewerbs als eines der fünf kreativsten Elektronik-Designs ausgezeichnet, die eine positive Wirkung auf die Umwelt haben.

Im September 2008 wird eine erste Partnerschaft mit einem amerikanischen Unternehmen eingegangen, der Firma Solar Monkey in Irvine, Kalifornien, bei der es um die Konstruktion und Herstellung von Nachführsystemen in den USA geht, die auf den patentierten Entwicklungen der WS Energia beruhen. Zu diesem Zeitpunkt hat die Firma ihre Systeme bereits in 40 Ländern und an mehr als 100 Standorten installiert, die Produktionskapazität beträgt Ende des Jahres 6 MW.

Im Großen werden die DoubleSun-Systeme samt den zweiachsigen WS T1600 Trackern erstmals bei der durch Iscat SRL gebauten 1 MW Lago Solare Anlage im italienischen Saluzzo eingesetzt, die im Jahr 2010 errichtet und im Februar 2011 eingeweiht wird.

WS Energia in Saluzzo

WS Energia in Saluzzo

Das Unternehmen entwickelt zudem ein System mit höherer Konzentration namens HSUN, das den Bedarf an Solarzellen um 95 % reduzieren soll – ebenfalls mittels Spiegeln. Im April 2010 unterzeichnet WS Energia eine Kooperationsvereinbarung mit Volkswagen Autoeuropa, dem portugiesischen Zweig des deutschen Autobauers, und der ATEC mit dem Ziel, gemeinsam eine 10 MW CPV-Pilotanlage mit HSUN-Konzentrationssystemen bei Autoeuropa zu errichten. [ATEC ist eine Trainingsakademie, die als nationales Projekt im Rahmen einer Partnerschaft zwischen Volkswagen Autoeuropa, Siemens, Bosch-Vulcano und der Portugiesisch-Deutschen Industrie- und Handelskammer geschaffen wurde.]

Im September 2010 stellt das Unternehmen seinen HSUN Solarkonzentrator auf der Innovationsmesse Portugal Tecnológico in Lissabon vor und gibt bekannt, daß die ersten 50.000 HSUN-Systeme von Volkswagen Autoeuropa reserviert worden sind. Die Produktion sollte eigentlich im Laufe des Jahres 2011 starten, wird später jedoch auf 2012 verschoben.

Die jüngste Meldung stammt vom März 2011, als WS Energia von Prinz Charles persönlich den Global Partnership Programme Award überreicht bekommt.

SolFocus (1. Generation)

SolFocus (1. Generation)

Die Ende 2005 in Saratoga, Kalifornien, gegründete Firma SolFocus Inc. stellt bereits im Folgejahr rund 4.000 Stück PV-Konzentratoren her, die ab 2007 im Rahmen eines Pilotprojekts für Feldtests eingesetzt werden sollen.

Nach einer Gründungsfinanzierung mit 3,2, Mio. $ im Februar 2006 durch NGEN Partners fließen schon im Oktober weitere 32 Mio. $ Finanzmittel durch Enterprise Associates in die Unternehmenskasse. Im Juni 2007 wird die erste Trägerstruktur mit 30 Panelen installiert, und im September erbringt eine zweite Finanzierungsrunde zusätzliche 20 Mio. $. Bis Jahresende hat SolFocus schon 63,6 Mio. $ eingeworben.

Die einzelnen Paneele der ersten Generation bestehen aus mehreren Primär- und kleineren Sekundärspiegeln, die das Sonnenlicht auf die Solarzellen leiten, während die zweite Generation als Verbundpaneel mit wabenähnlicher Struktur entwickelt wird, das sich auch wesentlich leichter herstellen läßt.

Das Palo Alto Research Center (PARC) des Weltkonzerns Xerox arbeitet gemeinsam mit SolFocus daran, das Sonnenlicht auf das 500-fache zu verstärken um die Energieausbeute zu vergrößern. Die Hitze wird dabei an die Luft abgeführt.

Die Massenproduktion beginnt im September 2007 bei der Moser Baer India Ltd. (MBI) in New Delhi, und Anfang 2008 integriert SolFocus eine erste Solaranlage als Teil eines spanischen CPV-Projekts in Puertollano, Provinz Castilla-La Mancha, das vom spanischen Institut für konzentrierte Photovoltaiksysteme (ISFOC) initiiert eine Gesamtleistung von 3 MW erreicht. Bis Juli 2008 werden die ersten 200 kW des 0,5 MW- Systems installiert, das SolFocus in den Folgemonaten errichten wird. Das Projekt soll die Entwicklung und Anwendung der CPV-Technologie vorantreiben.

Die europäische Niederlassung von SolFocus befindet sich in Madrid, der amerikanische Firmensitz ist inzwischen in Mountain View in Kalifornien. Das  Unternehmen verfügt zu diesem Zeitpunkt über Testanlagen an verschiedenen Standorten mit insgesamt mehr als 40 kW Leistung, darunter auch beim Natural Energy Laboratory of Hawaii (NELHA).

SolFocus SF 1100

SolFocus SF 1100

Im November 2008 unterzeichnet das Unternehmen einen Vertrag mit EMPE Solar in Höhe von 103 Mio. $, bei dem es um mehrere CPV-Kraftwerke an verschiedenen Standorten in Südspanien mit einer Gesamtleistung von 10 MW geht, die bis 2010 errichtet werden sollen. Im gleichen Monat stellt SolFocus sein neues SF 1100S CPV-System vor, welches das Licht 650-fach konzentriert und eine Effizienz von 25 % aufweist, und im Dezember folgt die Ankündigung, gemeinsam mit der griechischen Samaras Group das erste CPV-Projekt mit einer Gesamtleistung von 1,6 MW an verschiedenen Standorten in Griechenland zu verwirklichen. Im März 2009 wird die Projektierung zwar auf 10 MW erweitert, doch über einer Umsetzung ist bislang noch nichts bekannt.

Anfang 2009 beträgt das eingeworbene Investitionskapital bereits 77,6 Mio. $, und im April nimmt SolFocus die Erweiterung der Produktionsstätten für solare Glasreflektoren in Mesa, Arizona, in Betrieb. Dieses Herstellerwerk kann nun jährlich 2 Millionen konzentrierende Reflektoren produzieren, die zu Kraftwerken mit einer Gesamtleistung von 30 MW gebündelt werden. Mitte 2009 folgt eine Vereinbarung mit der kanadischen GreenWing Energy Management Ltd. zur Lieferung von CPV-Systemes für große Solar-Projekte in den westlichen Vereinigten Staaten.

Im September 2009 vereinbaren SolFocus und der portugiesische Energie-Dienstleister Águas de Portugal (ADP) die Installation von 8,5 MW CPV-Technologie bei den Einrichtungen der ADP. Die Installation der ersten 2 MW soll bereits Anfang 2010 beginnen, während der Rest des Projekts in Phasen über die nächsten vier Jahre umgesetzt wird. Ebenfalls Anfang 2010 kämpft das Unternehmen um die Genehmigung zum Bau eines CPV-Projektes das Samaras Group in Griechenland.

Über 25 % des Strombedarfs sollen auch im Fall des Flughafens von Alice Springs in den australischen Northern Territory durch eine CPV-Anlage von SolFocus gedeckt werden. Mit dem Entwickler Ingenero Pty Ltd. wird im April 2010 vereinbart, hierfür 28 nachgeführte Arrays aufzustellen, die zusammen 235 kW Strom liefern.

Im Mai gibt das Unternehmen bekannt, daß es für das Victor Valley College in Victorville, Kalifornien, eine 1 MW CPV-Anlage errichtet hat, die aus 122 Stück der SF-1100S CPV Arrays besteht und rund 30 % des Strombedarfs decken wird. Zu diesem Zeitpunkt handelt es sich um die größte CPV-Anlage der USA. Für den Bau waren nur zwei Monate erforderlich.

Pläne für gleich 8 Kraftwerke in Saudi-Arabien werden im Oktober 2010 bekannt gegeben. Die erste 130 kW CPV-Anlage des arabischen Landes soll durch die neu gegründete Vision Electro Mechanical Co., eine Tochter der Construction Products Holding Company (CPC), im CPC-eigenen Industriekomplex Bahra in der Nähe von Jeddah errichtet werden und jährlich 300 MWh sauberer Energie liefern. Weitere Solarkraftwerke wird Vision in verschiedenen Projekten in Saudi-Arabien installieren, darunter am Forschungszentrum der King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) und in den neuen ‚Technologie-Städten’.

SolFocus Arrays Montage

SolFocus Arrays
(Montage)

Ende 2010 gibt es weiteres Investitionskapital, alleine 20 Mio. $ kommen vom chinesischen Herstellungs-Partner Suzhou Dongshan Precision Manufacturing Co. Ltd. (DSBJ), womit die Summe des bislang eingenommenen Venture Capital 190 Mio. $ übersteigt. Andere Investoren sind New Enterprise Associates, David Gelbaum, Metasystem Group, NGEN Partners und Yellowstone Capital.

Im April 2011 geht an der Nichols Farm in Hanford, Kalifornien, eine weitere 1 MW CPV-Anlage in Betrieb, die aus 119 Stück 8,8 kW SolFocus SF-1100S Arrays besteht. Projektentwickler sind die Bechtel Power Corporation und die Sol Orchard. Die Anlage wird an das Stromnetz der SoCal Edison angeschlossen. Fast zeitgleich erfolgt die Inbetriebnahme eines 420 kW Kraftwerks mit 55 Arrays am Klärwerk der Stadt Coachella, die 40 % des dort tagsüber anfallenden Strombedarfs decken wird. Hier sind die Entwickler die Firmen Johnson Controls und Solar Power Partners (SPP).

Die im Jahr 2005 von Bob Cart gegründete Firma GreenVolts Inc. in Fremont, Kalifornien, verfolgt einen integrierten Systemansatz bei CPV-Lösungen mittels hoch konzentrierender Optik, präziser zweiachsigen Nachführung sowie Echtzeit-Überwachung. Das CarouSol-System des Unternehmens verstärkt die Sonne 625-fach und soll nur halb soviel kosten wie traditionelle PV-Anlagen. Es basiert auf rechteckigen Parabolspiegeln. Diese Mark I Off-Axis Microdish Technologie ist allerdings nicht von GreenVolts selbst entwickelt worden sondern basiert auf zwei Exklusivlizenzen des Lawrence Livermore National Laboratory. Die erste Demonstrationsanlage leistet 3 kW.

2006 gewinnt GreenVolts den California Clean Tech Open Business Wettbewerb, und ein Jahr später akquiriert man in einer ersten Finanzierungsrunde 19 Mio. $ durch Greenlight Energy Resources, Avista Corp. und andere Investoren. Mit Avista zusammen soll eine erste Demonstrationsanlage gebaut werden.

GreenVolts Test

GreenVolts Test

Die Firma schließt 2007 einen 20-Jahres-Vertrag mit dem kalifornischen Stromversorger PG&E ab, um ab Ende 2008 eine 2 MW nahe der Stadt Tracy Anlage namens GV-1 zu bauen und den Strom in deren Netz einzuspeisen. Diese Planung wird Anfang 2009 allerdings umgestoßen und das Unternehmen gibt bekannt, daß man die firmeneigene Technologie zuerst noch einmal überarbeiten müsse. Die Umsetzung soll nun Mitte 2010 erfolgen.

Eine weitere Finanzierungsrunde im September 2008 bringt 30 Mio. $ von Oak Investment Partners, und einen Monat später legt das Public Interest Energy Research (PIER) Program der kalifornischen Energiekommission noch einen Zuschuß in Höhe von 250.000 $ drauf.

Im März 2009 gibt GreenVolts bekannt, dass man gemeinsam mit dem National Renewable Energy Laboratory (NREL) des US-Energieministeriums dessen Mehrfach-Stapelsolarzellen (inverted metamorphic multi-junction cell, IMM) zur Marktreife entwickeln wolle, die den gegenwärtig weltweit höchsten Wirkungsgrad von 40,8 % bei einer 326-fachen Sonneneinstrahlung erreicht haben. Es ist allerdings fraglich, ob sich die Kompetenzen dieses noch recht jungen Unternehmens mit alteingesessenen und erfahrenen Firmen wie z.B. Spectrolab (s.o.) messen lassen – was ich persönlich bezweifle.

Das DOE fördert die Weiterentwicklung der (bereits 1987 erteilten) NREL-Patente durch GreenVolts jedenfalls mit 500.000 $, wobei es das Ziel des Zweijahres-Vertrags ist, einen Technologietransfer der NREL-Stapelsolarzellen zu GreenVolts durchzuführen für das firmeneigene optische System optimierte Solarzellen zu entwickeln und deren Großserienfertigung zu beschleunigen. Sie sollen dann auch in der GV-1 Anlage zum Einsatz kommen.

Das Unternehmen richtet sich damit neu aus, und man will sich nun auf die Entwicklung und den Verkauf der Konzentration-Solaranlagen konzentrieren anstatt selbst Solarkraftwerke zu bauen – eine Entscheidung, die inzwischen auch andere CPV-Firmen getroffen haben. Die schon vorbereiteten Trägerstrukturen der GV-1 Anlage in Byron werden demontiert und verschrottet.

GreenVolts Module

GreenVolts Module

Weitere VC-Finanzmittel in Höhe von 7,5 Mio. $ gibt es Mitte 2010. Zu diesem Zeitpunkt zeigt das Unternehmen auch sein neues Design, das eine weitgehende Abkehr von der ursprünglichen Architektur impliziert und eine frappierende Ähnlichkeit mit den Produkten anderer Unternehmen aufweist (s. Foto).

Ende des Jahres investiert Oak Investment Partners weiter 22,4 Mio. $ in das Konzentrator-Photovoltaik-Unternehmen, das bis zum Abschluß der aktuellen Finanzierungsrunde insgesamt 38,8 Mio. $ anstrebt. Die Dimension der GV-1 Anlage, die nun im Laufe des Jahres 2011 errichtet werden soll, wird auf 3 MW erweitert. Hierfür will man Anfang des Jahres in einer dritten Finanzierungsrunde 90 – 100 Mio. $ akquirieren.

Tatsächlich wird im Frühjahr 2011 mit der Umsetzung begonnen, und im April sind schon die ersten beiden Reihen der zweiachsigen Nachführsysteme (Tracker) mit jeweils 16 Arrays zu sehen. Jedes dieser Arrays besteht aus 16 Stück GV-235 230W Konzentrator-PV-Module. Für das 3 MW Projekt werden rund 50 Tracker benötigt. Im Juni bringt die 3. Fianzierungsrunde dem Unternehmen weitere 39 Mio. $ Investitionsmittel.

Die Silicon Valley Solar Inc. (SVS) wird 2006 von Patrick Callinan in Santa Clara, Kalifornien, gegründet, und von Bessemer Venture Partners mit 10,2 Mio. $ finanziert. Callinan hatte 1990 in Santa Clara bereits die Silicon Valley Microelectronics Inc. (SVM) gegründet, die sich anfänglich mit dem Verkauf von keramischen Produkten beschäftigte, und später den Schwerpunkt auf Silizium-Wafer nebst den entsprechenden Dienstleistungen legte.

Im Januar 2008 installiert die SVM eine 50 kW Solaranlage auf ihren Geschäftshaus, die etwa 50 % des firmeninternen Stromverbrauchs deckt. Zum Einsatz kommen (vermutlich) die Sol-X Flat Plate Concentrators von SVS, flache und kostengünstige Panele mit internen Konzentratoren und einem um 50 % reduzierten Bedarf an Silizium, die ohne eine Sonnennachführung auskommen. Ende des Jahres gründet Callinan auch noch die Firma Vista Solar, um in der Bay Area große PV-Felder zu installieren – bislang allerdings nur mit (konventionellen) Fremdprodukten von Suntech,  Sunpower oder Kyocera.

Von der Silicon Valley Solar selbst erfährt man kaum mehr etwas, nachdem die Firma ihre Produktion nach Deutschland ausgelagert hat (die entsprechenden Meldungen sind im Netz allerdings nicht mehr auffindbar). Auch die Website der Firma ist nicht mehr Online. Bestätigt sind dagegen strategische Partnerschaften, die im ersten Quartal 2007 mit der Conergy AG in Hamburg (Bereich Forschung und Entwicklung), der ErSol Solar Energie AG in Erfurt (als Lieferant der hocheffizienten Solarzellen für die SVS-Modulproduktion) und der GSS Gebäude- und Solarsysteme GmbH in Löbichau (als Produzent der SVS-Module) eingegangen werden.

Die 2007 durch eine Gruppe Solarenergie-Veteranen im kalifornischen Mountain View gegründete Skyline Solar Inc. wird von NEA und anderen Investoren finanziert. Das Unternehmen fertigt mittelstarke CPV-Anlagen mit bewährten Silizium-Zellen, langlebigen Reflektormaterialien und einer einachsigen Nachführung, die auch leicht zu installieren sind. Die patentierten und skalierbaren Skyline-Systeme sollen in sonnigen Lagen pro Gramm Silizium vierzehnmal mehr Energie als herkömmliche Panele liefern. Jedes bodenmontierte Skyline X14 Array besteht aus drei Hauptkomponenten: den Panelen, den 15-fach Reflektoren und einer integrierten einachsigen Nachführung. Im September 2008 gibt es Mittel vom US Department of Energy (DOE) um die Entwicklung und Produktion zu beschleunigen.

Vom Prototyp bis zur ersten netzgekoppelten Kunden-Installation dauerte es weniger als ein Jahr: Bereits im Mai 2009 bezieht die Santa Clara Valley Transportation Authority (VTA) ihren Strom teilweise aus einem neuen High Gain Solar (HGS)-Kraftwerk von Skyline, das an der Cerone Buswartungs- und Operationszentrale im Norden von San Jose in Betrieb geht und 27 kW leistet. Die Anlage wird allerdings als Demonstrationsanlage deklariert, an der noch experimentiert werden darf.

Im Oktober startet das Unternehmen die kommerzielle Produktion der strukturellen Komponenten des HGS-Systems gemeinsam mit der Umformtechnik-Firma Cosma International, und Anfang 2010 werden die ersten serienmäßig produzierten Systeme vertrieben. Im Mai wird dann auch endlich das entsprechende, extrem detaillierte Patent erteilt (Nr. 7.709.730).

Die erste kommerzielle Installation des inzwischen HGS 1000 genannten Systems wird im Juni 2010 bekannt: In der Kleinstadt Nipton in der Mojave-Wüste wird eine erweiterbare 80 kW Solarstromanlage aus vier HGS-Reihen eingeweiht, die rund 85 % des lokalen Strombedarfs decken soll – und damit die höchste Solarstromrate aller Städte der USA erreicht. Die Finanzierung erfolgt über die Sustainable Investment aus San Francisco.

Skyline X14 Array

Skyline X14 Array

Ende August folgt eine 22 kW Anlage aus 14 Stück in 4,5 m Höhe aufgeständerten HGS 1000 Arrays am Hauptquartier der Konstruktionsfirma Metcalf West in Kona auf Hawaii. Im November werden der Firma zwei weitere Patente erteilt, und im Dezember bekommt Skyline einen 1,58 Mio. $ Auftrag vom US Department of Defense (DOD), um seine Systeme auf zwei Militärbasen im Südwesten der USA zu demonstrieren.

Im März 2011 stellt das Unternehmen sein neues Skyline X14 System vor und gibt bekannt, daß man den Auftrag für eine 500 kW Installation in Durango, Mexiko, erhalten hat. Das Vorhaben der bislang größten CPV-Anlage in Lateinamerika wird durch die Firma DelSol Systems, einer der führenden Solar-Integratoren in Mexiko, durchgeführt. Beim X14 System wird das Sonnenlicht durch den Einsatz langlebiger Glasreflektoren 14-fach konzentriert.

Die Emcore Corp. in Albuquerque, New Mexico, liefert neben anderen Halbleiterprodukten auch Solarzellen für die Raumfahrt sowie Triple Junction Zellen mit einem Wirkungsgrad von 39 % für terrestrische CPV-Anwendungen. Mittels Linsen und Spiegeln wird bei den 1090X Modulen von Emcore eine 500-fache Sonneneinstrahlung und ein Systemwirkungsgrad von > 26 % erreicht. Wann die Firma gegründet wurde konnte ich bislang nicht herausfinden.

Im August 2007 nimmt das Unternehmen einen 24 Mio. $ Solarzellen-Auftrag von der australischen Firma Green and Gold Energy entgegen (s.d.), im November eine Vereinbarung mit dem spanischen Institute of Concentrator Photovoltaics Systems (ISFOC) über 300 kW, die in Castilla/La Mancha installiert werden, und im Dezember folgt die Bestellung von 5,7 MW CPV-Systemen aus Südkorea – mit einer Option über weitere 14,3 MW.

Im Januar 2008 wird die Errichtung einer 850 kW im spanischen Extremadura vereinbart, sowie mit SunPeak Solar eine Absichtserklärung über 200 – 700 MW unterzeichnet, die in verschiedenen Regionen der USA zum Einsatz kommen sollen. Im Februar gibt es einen Folgeauftrag von Green and Gold Energy in Höhe von 29 Mio. $, und im April einen von der Concentration Solar la Mancha of Manzanares über 4,6 Mio. $. Mit der XinAo Group, einer der größten chinesischen Energiefirmen, wird die Lieferung eines 50 kW CPV Systems vereinbart, das zu Test- und Bewertungszwecken in Langfang aufgestellt werden soll. Im Erfolgsfall winkt ein 60 MW-Auftrag und die Errichtung einer gemeinsamen Fabrik für den chinesischen Markt.

Nur einen Monat später wird die Lieferung von 70 MW an Gwang-Ju in Südkorea vereinbart, im Juni gibt es einen 5,7 Mio. $ Auftrag des Air Force Research Laboratory (AFRL) zur Weiterentwicklung der Hochleistungszellen (mit einer Option für einen weiteren 3,4 Mio. $ Vertrag), im Juli folgen Aufträge in Höhe von 29 Mio. $ (wobei der Kunde nicht genannt wird) sowie ein R&D 100 award für die Inverted Metamorphic (IMM) Solarzellentechnologie des Unternehmens, und im August gehen weitere Aufträge in Höhe von 40 Mio. $ ein, abermals ohne Details zu den Kunden. Bei den Aufträgen handelt es sich zumeist um die Lieferung von Solarzellen. Die CPV-Testanlage in Langfang wird im November 2009 in Betrieb genommen.

Eine weitere CPV-Anlage wird 2010 im Rahmen eines Vertrags zwischen der Schafer Corp. und der Air Force getestet. Auf deren Militärbasis Maui auf Hawaii soll der Konzentrator-Strom ein Computersystem versorgen. Die 100 kW Anlage wird von Emcore hergestellt und von  Rising Sun LLC installiert. Die Tests und Untersuchungen erfolgen durch die Schafer Corp. am Maui Hi Performance Computer Center, wo einer der sechs Supercomputer des US-Verteidigungsministeriums steht.

Emcore Test

Emcore Test

Im Juli 2010 gerät Emcore durch den Amoklauf eines ehemaligen Angestellten im Werk Albuquerque in die Presse. Robert Reza, dessen Freundin ebenfalls bei Emcore arbeitet, tötet zwei Personen und verletzt vier weitere, bevor er sich selbst erschießt. Das Unternehmen betont, daß er zuvor nicht entlassen worden war, sondern aus gesundheitlichen Gründen selbst gekündigt hatte.

Das Geschäft geht nach wenigen Tagen Pause weiter. Im August wird die Gründung eines Joint Ventures mit San’an Optoelectronics Co. Ltd. bekannt gegeben, dem größten chinesischen Hersteller von LEDs, Wafern u.ä. Halbleiterprodukte. An der neuen Suncore Photovoltaics Co. Ltd. in Huainan City ist Emcore mit 40 % beteiligt, Kerngeschäft ist die Entwicklung, Herstellung und der Vertrieb von CPV-Receivern, Modulen und Systemen für terrestrische Solarstrom-Anwendungen. Suncore wird primär als Produktionsstandort in Wuhu City dienen, da man sich gute Chancen im Rahmen eines Plans der chinesischen Regierung ausrechnet, bei dem in sechs westlichen Regionen des Landes insgesamt 280 MW Solarenergie gewonnen werden sollen.

Emcore bzw. Suncore bekommt bis Ende des Jahres ausreichend Bauland und weitere Förderungen durch die Lokalverwaltung von Huainan, darunter 75 Mio. $ zur Beschaffung der Produktionsmaschinen. Im Laufe von fünf Jahren soll eine Jahreskapazität von 1 GW erreicht werden, wobei die ersten 200 MW bereits Ende 2011 in Betrieb gehen sollen. Die Gesamtinvestition wird mit 1,2 Mrd. $ beziffert.

Die letzte Meldung des aktuellen Updates stammt vom März 2011 und beinhaltet, daß Emcore Anteile der CPV-Firma Soliant Energy Inc. erworben hat (s.d.).

Im Jahr 2007 wird in Piedmont, im kalifornischen Silicon Valley, die Firma Solergy Inc. gegründet, um eine spezielle hochkonzentrierte Photovoltaik-Anlage (HCPV) mit hoher Effizienz zu entwickeln, bei der die Fehler der bisherigen CPV-Hersteller mittels eines innovativen Designs und entsprechender Technologien vermieden werden. Solergys F & E-Zentrum unter dem Namen Solergy Italia Srl. befindet sich in Rom, Italien, da in diesem Land die CPV-Technik die höchsten Fördersätze erhält. Als Investor von Solergy wird die Videocon-Group erwähnt.

Solergy CoGen

Solergy CoGen

Tatsächlich handelt es sich bei dem zweiachsig nachgeführten CoGen CPV-System um eine aufwendige, teure und potentiell anfällige Kombination von konzentrierender Photovoltaik und Solarthermie. Herzstück ist ein stumpfer Metallkegel, an dessen breiten Ende eine Glaslinse die Sonnenstrahlen konzentriert und auf eine Multi Junction Zelle konzentriert, die sich am schmaleren Ende des Kegels befindet. Das Unternehmen ist das bislang einzige, das mit Konzentratorlinsen aus Glas arbeitet. Zur Kühlung und zum Erhöhen des Wirkungsgrades der Zelle nutzt Solergy Wasser oder ein Wasser-Glykol-Gemisch, das wiederum zur Warmwasserbereitung oder in Klimaanlagen genutzt werden kann. Eine der Herausforderungen ist es, das System präzise der Sonne nachzuführen und dabei gleichzeitig die Kabel- und Schlauchverbindungen so zu arrangieren, daß deren Lebensdauer keinen Schaden nimmt.

Im Frühjahr 2011 wird in Kooperation mit der Italian Civil Aviation Authority (ENAC) am Flughafen der italienischen Insel Pantelleria westlich von Sizilien ein 105 kW Pilotkraftwerk in Betrieb genommen, das den Flughafen mit Strom für die Klimaanlage und mit Wärme versorgt. Der Name Pantelleria stammt übrigens aus dem Arabischen und bedeutet ‚Tochter der Winde’ (bint al-aryah). Bis Ende des Jahres soll auch auf dem Flughafen von Sizilien eine 250 kW Anlage installiert werden. Im Erfolgsfall plant die ENAC die Ausstattung weiterer Flughäfen mit Hybrid-CPV-Systemen.

Das Unternehmen will seine beiden Produkte Solergy CPV and Solergy Cogen CPV bereits in diesem Jahr auf den italienischen Markt bringen, ab 2012 sollen sie weltweit erhältlich sein. Die Firma spricht von einem rekordverdächtigen Systemwirkungsgrad von 32,9 %. Im Mai 2011 stellt Solergy ein neues gebäudeintegriertes System (Building Integrated CPV, BICPV) vor.

Im August 2007 wird erstmals über eine Entwicklung von David Faiman vom Jacob Blaustein Institutes for Desert Research der Ben Gurion University in Israel berichtet, bei der relativ kleinflächige Hochleistungs-Solarzellen aus Galliumarsenid im Brennpunkt großer Spiegelsysteme mit einer um das Tausendfache gesteigerten Lichtintensität angestrahlt werden. Die Effizienz der etwa 10 x 10 cm großen Solarzellen soll sich dadurch mindestens verdoppeln.

Faimann gründete gemeinsam mit Ron Segev bereits Mitte 2006 das Start-up Unternehmen ZenithSolar Ltd., um bis Ende 2008 und in Kooperation mit dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) und der Firma Azur Space Solar Power GmbH in Heilbronn eine Haus-Solaranlage mit einen 10 m2 großen Dish-Reflektor zu entwickeln, der mehr als 70 % der zugeführten Solarenergie nutzt. Langfristig denkt Faimann daran, rund 10 % des landesweiten Strombedarfs mit 1.000 MW Strom zu decken, die von Spiegelreflektoren auf einer Fläche von 12 km2 erzeugt werden sollen.

Tatsächlich wird die erste ausgereifte Z20 Anlage im Oktober 2008 öffentlich vorgestellt, und im April 2009 errichtet ZenithSolar im Kibbuz Yavne im Süden Israels nahe der Stadt Ashdod seine erste CPV-Solarfarm mit insgesamt 16 Einzelanlagen vom Typ Z20 der 3. Generation. Diese bestehen aus jeweils zwei gemeinsam sonnennachgeführte Spiegelsystemen mit den Gesamtmaßen 7,58 m x 4,10 m. Neben Strom produzieren diese Anlagen auch noch Heißwasser aus ihrem Kühlkreislauf. Mit einer Gesamtfläche von 352 m2 werden 250 kW erzeugt (elektrisch/thermisch kombiniert). Eröffnet wird die Farm durch den israelischen Präsidenten Shimon Peres persönlich.

Im Oktober 2010 berichtet die Presse, daß die Yavne-Anlage einen Systemwirkungsgrad von 72 % erreicht.

Im März 2011 beginnt das Unternehmen mit der Auslieferung seiner CPV-Systeme, die jeweils gut 2 kW Strom und 5 kW in Form von Heißwasser produzieren. Messungen zufolge liefert das einzelne System im Juni täglich 950 Liter mit einer Temperatur von 70°C, während im Januar etwa 35°C erreicht werden.

Eine weitere israelische Firma, die sich seit ihrer Gründung 2002 mit dem Thema CPV beschäftigt, ist die in Rehovot ansässige MST, deren Gründer Dov Raviv als ‚Vater’ des Satelliten-Trägers Shavit und der anti-taktischen ballistischen Rakete Arrow gilt. Die Firma bezeichnet ihre CPV-Technologie als „die weltweit modernste“, obwohl sie – genau wie die meisten Mitbewerber – Fresnel-Linsen sowie Multi-Junction-Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von 37 % nutzt, und letztlich bei einem Systemwirkungsgrad von 24,5 % landet.

Bis Anfang 2010 will MST eine jährliche Produktionskapazität von 10 MW CPV-Anlagen erreichen. Kernelement ist ein 240 m2 großer und 50 kW leistender Solartracker, dessen Linsen einen 500-fachen Verstärkungsfaktor haben.

MST Tracker im Bau

MST Tracker (im Bau)

Im April 2009 meldet das Unternehmen, daß es Installationskosten von 2.000 $/kW erreichen will, wobei es aber große Finanzmittel braucht um eine entsprechende, automatische Produktionslinie aufzubauen. Zu diesem Zeitpunkt rechnet man im internationalen Durchschnitt mit Kosten von 5.000 $/kW.

MST arbeitet mit führenden Unternehmen und Experten in Deutschland, Spanien, den USA und Taiwan zusammen. Dazu zählen die Fresnel Optics GmbH in Apolda, ein Hersteller mikro- und nanostrukturierter optischer Komponenten (gehört zur Reflexite Energy Solutions, einem Unternehmensbereich der amerikanischen Reflexite Corporation in Rochester, NY), die KUKA AG in Augsburg (Automationslösungen), die Schott AG in Mainz (Spezialglas und Spezialwerkstoffe), die Concentrator Optics GmbH in Cölbe (Fresnel-Linsen), die AzurSpace Solar Power GmbH in Heilbronn (Triple Junction Konzentrator Solarzellen), die spanische Dobon Technology S.L. in Santa Cruz de Tenerife (Tracking Systeme), die beiden US-Firmen 3M in St. Paul, Minnesota, und Spectrolab in Sylmar, Kalifornien, sowie die Firma Delta Electronics in Taiwan. Die lokalen Partner in Israel sind Flextronics, SolarEdge und das der israelischen Atomenergiebehörde nahestehende Forschungsinstitut Soreq NRC. Diese Auflistung impliziert, daß MST eher ein Montagebetrieb ist, der seine Komponenten weltweit zusammenkauft.

Im Oktober 2010 weiht der israelische Infrastrukturminister in Arad den ersten Solartracker der MST offiziell ein (laut Raviv eine „zionistische Vision“), bei dem es sich überhaupt um die landesweit erste entsprechende Installation handelt. Der CPV-Tracker ist an das Stromnetz angeschlossen. Das nächste Ziele des Unternehmens ist die Gründung von Produktionslinien in Galiläa und im Negev, wobei von einer Produktionskapazität von 75 MW pro Jahr gesprochen wird.

Das Start-up Cogenra Solar Inc. in Mountain View, Kalifornien, hieß zuvor SkyWatch Energy Inc., bis es im Mai 2010 seinen Namen änderte. Der Vorläufer war erst im September 2009 auf der Suche nach 3,2 Mio. $ Finanzmittel gewesen, die in erster Linie von Khosla Ventures kommen sollten. Nun wird das umbenannte Unternehmen mit sogar 10,5 Mio. $ ausgestattet.

Das Cogenra-Parabolsystem kombiniert konventionelle Photovoltaik-Zellen mit einer Infrastruktur zum Speichern von Wärme und zählt damit eigentlich zu den Hybridsystemen (s.d.). Die jeweils 10 m langen und 3 m breiten Empfänger bestehen aus vielen einzelnen Flachspiegelstreifen, die das Licht auf zwei Streifen mit monokristallinen Solarzellen konzentrieren, die über ihnen angeordnet sind, während die Spiegel selbst auf mechanischen Armen sitzen, die das System der Sonne nachführen.

Die zusätzlich zum Strom gewonnene Wärme wird in einer Mischung aus Wasser und Glykol gespeichert, welche hinter den Solarzellen durch eine Aluminiumröhre fließt. Die Mischung wird in einen Wärmetauscher geleitet, wo sie Wasser erwärmt, das anschließend in einen Speichertank gepumpt und genutzt werden kann, während das abgekühlte Glykol in die Solaranlage zurück fließt. Cogenra plant, Hybridanlagen bei Firmen zu installieren, die einen Bedarf an großen Strom- und Warmwassermengen haben, um dann beides zentral abzurechnen.

Cogenra Array

Cogenra Array

Im September 2010 meldet das Unternehmen, daß es von der California Solar Initiative (CSI) Forschungsfördermittel in Höhe von 1,47 Mio. $ bekommt. Dies hilft Cogenra dabei, für die Sonoma Wine Company in Graton, im Norden Kaliforniens, eine Demonstrationsanlage zu errichten, die gleichzeitig als Testsystem zur weiteren Optimierung genutzt werden soll. Das Projektvolumen beträgt 4 Mio. $. Hybridsysteme sind für derartige Bedarfsfälle sehr sinnvoll, denn die Technik erzeugt nicht nur die Elektrizität, um Abfüllanlagen und Beleuchtung zu betreiben, sondern liefert auch das heiße Wasser zum Reinigen der Waschtanks, Fässer, Rohre usw.

Die 15 Cogenra SunBase-Module der 272 kW Anlage (Strom und Wärme) sollen bei einem Gesamtwirkungsgrad von 70 % rund 64.000 kWh Strom pro Jahr liefern und gleichzeitig das Wasser auf bis zu 74°C erhitzen, was etwa 30 % des Strom- und 40 % des Warmwasserverbrauchs entspricht.

Im Dezember 2009 wird im Süden Taiwans in Lujhu, Region Kaohsiung, Asiens größtes HCPV-Kraftwerk eingeweiht. Das Institute of Nuclear Energy Research hat auf einer Fläche von zwei Hektar 141 Solartracker mit Konzentratoren aufgestellt, die zusammen mehr als 100 MW erwirtschaften. Die Taiwan Power Company plant derweil die Errichtung einer weiteren 450 MW Anlage in Kaohsiung.

Im selben Monat wird auch ein CPV-Tracker an der Robins Air Force Base in den USA eingeweiht. Das 25 kW-Einzelstück des Advanced Power Technology Office der Air Force kostet rund 434.000 $ und hat die Fläche der Leinwand eines drive-in Kinos. Der Wirkungsgrad der Panele wird mit 38 % angegeben, ihre Lebenserwartung beträgt 25 Jahre.

Im April 2010 gibt die irische NTR plc (früher das Kürzel der Firma National Toll Roads, inzwischen eine kapitalkräftige und international agierende Gruppe, die sich mit Erneuerbaren Energien beschäftigt), daß ihre Tochter Stirling Energy Systems (SES) und die Boeing Co. eine strategische Partnerschaft eingegangen sind, um die XR700 Hochkonzentrations-Photovoltaik-Technologie (HCPV) von Boeing zu nutzen und zu vermarkten. Durch eine Lizenzvereinbarung erwirbt SES die exklusiven weltweiten Rechte zur Entwicklung, Herstellung und Bereitstellung der Boeing-Technologie, deren Entwicklung in Zusammenarbeit mit dem DOE im Jahr 2007 begann. [Zur SES selbst findet sich mehr im Kapitelteil über Parabolspiegel-Anlagen (Dish-Stirling-Systeme)]

XR700 Grafik

XR700 (Grafik)

Die XR700-Technologie verwendet optische Systeme, um das Sonnenlicht mit 700-facher Konzentration auf hocheffiziente Triple Junction Solarzellen zu richten, die gegenwärtig von der Boeing-Tochter Spectrolab kommen. An der California State University in Northridge soll bis Sommer 2010 eine 100 kW HCPV-Demonstrationsanlage errichtet werden. Boeing und seine Zulieferer errichten in Detroit eine automatisierte Fabrik mit einer Jahreskapazität von 2 MW, an der die Konzetratoren für Northridge hergestellt werden.

Auch die Arbeitsteilung ist schon geklärt: SES leitet den gesamten Prozeß zur Kommerzialisierung, Boeing bietet seine Programmentwicklungs- und Engineering-Kompetenz, während Tessera Solar, ein Schwesterunternehmen von SES, für die Entwicklung, den Bau und Betrieb der Solarkraftwerke verantwortlich ist. Die Entwicklungsphase bis zur Marktreife wird voraussichtlich noch zwei Jahre dauern, bevor dann im Jahr 2012 mit der kommerziellen Herstellung begonnen werden kann. Die XR700-Technologie ist für kleinere Projekte von 50 MW und weniger vorgesehen.

Im Dezember 2010 verkündet das Department of Energy (DOE), daß es Forschungen an wettbewerbsfähigen Solarenergie-Technologien mit 50 Mio. $ finanzieren wird. Dabei geht es in erster Linie um die Errichtung von Demonstrationsanlagen als Zwischenphase zwischen fortschrittlichen Entwicklungen und der großtechnischen Realisierung dieser Technologien. Standort für diese CVP- und CSP-Projekte ist die Solar Demonstration Zone an der Nevada National Security Site (NNSS). Erfolgreiche Technologien sollen später in Solarenergie-Projekten im Südwesten der USA umgesetzt werden, in Staaten mit reichlich Potential an solarthermischer Energie, wie Nevada oder Arizona.

Weitere aktuelle Informationen findet man auf der Seite des CPV Consortium.

 

Als nächstes folgt eine Übersicht der wichtigsten Silizium-, Solarzellen- und Module-Hersteller.


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