Solarzellen sind im Allgemeinen noch immer sehr teuer in ihrer Herstellung. Konzentratorsolarzellen verfolgen daher das Ziel, auf eine kleine Solarzellenfläche zusätzliche Sonnenstrahlen zu lenken und somit die Effizienz der Solarzelle zu steigern.

 

Funktionsprinzip

Um mehr Sonnenstrahlen erfassen zu können, durchläuft das Sonnenlicht zunächst eine Vorrichtung, bevor es auf eine kleine Solarzelle trifft. Diese Vorrichtung sorgt dafür, dass die Sonnenstrahlen einer größeren Fläche konzentriert werden. Das bedeutet, durch die Vorrichtung werden Lichtstrahlen, die zuvor parallel verliefen, so gesteuert, dass sie anschließend allesamt auf einen Punkt zulaufen. Auf diesem Punkt wird eine kleine Solarzelle platziert. So können Konzentratorsolarzellen durch eine kostengünstige Vorkonstruktion teure Solarzellenflächen einsparen. (>> mehr zur geschichtlichen Entwicklung und den Arten von Konzentrator-Solarmodulen)

 

Herstellung

Als Vorkonstruktion, um Lichtstrahlen zu konzentrieren, wird in der Regel ein Spiegel oder eine Linse verwendet. Wird zur Konzentration der Lichtstrahlen ein Spiegel verwendet, so handelt es sich dabei um einen Hohlspiegel. Im optimalen Fall ist dieser Hohlspiegel ein sogenannter Parabolspiegel. Durch einen Parabolspiegel werden alle parallel einfallenden Lichtstrahlen so reflektiert, dass sie durch den Brennpunkt des Spiegels verlaufen. Wird zur Konzentration der Lichtstrahlen eine Linse benutzt, so wird meist eine sogenannte Fresnel-Linse verwendet. Eine Fresnel-Linse hat die gleiche Brennweite wie eine herkömmliche Sammellinse. Sie hat jedoch den Vorteil hat, dass sie dünner ist. Ob Spiegel oder Linse, beide Verfahren führen zu einer enorm hohen Konzentration von Lichtstrahlen. Damit die Solarzelle nicht überhitzt, ist es notwendig, dass diese gekühlt wird.

 

Solarzelle mit Parabolspiegel Solarzelle mit Fresnel-Linse
5 - Arten - Parabolspiegel

5 - Arten - Fresnel-Linse

 

Konzentratorsolarzellen können nur die Lichtstrahlen bündeln, welche senkrecht auf sie zulaufen. Diffuse Sonnenstrahlung kann nicht gebündelt werden. Das heißt, dass lediglich der Anteil der direkten Sonnenstrahlung nutzbar gemacht werden kann. Da die Strahlen, damit sie gebündelt werden, senkrecht auf die Konzentratorsolarzelle treffen müssen, ist es notwendig, dass eine Konzentratorsolarzelle immer zur Sonne ausgerichtet wird.  Deshalb ist in Kombination mit einer Konzentratorsolarzelle immer eine Nachführung erforderlich, die die Konzentratorsolarzelle automatisch dem Sonnenstand folgen lässt. Dieser große Aufwand lohnt sich nur, wenn die Solarzelle sehr hochwertig und effizient ist.

 

Kosten

Konzentratorsolarzellen sind sehr hochwertig und teuer. Daher lohnt es sich nicht, sie auch großflächig einzusetzen.

 

Wirkungsgrad

Konzentratorsolarzellen bestehen meist aus einer Verbindung von Materialien der dritten und fünften Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente. Durch diese Mischung ist die Solarzelle sehr lichtempfindlich und erzielt einen Wirkungsgrand von etwa 40 %. (>> Rekord-Wirkungsgrad)

 

Konzentratorsolarzellen lenken das Sonnenlicht einer großen Fläche auf eine kleine Solarzelle. Sie sind sehr teuer in der Herstellung, haben jedoch einen relativ hohen Wirkungsgrad (etwa 40 %).

 

Quellen:
V. Wesselak, S. Voswinckel (2012): Photovoltaik – Wie Sonne zu Strom wird, Springer Verlag, Berlin Heidelberg
S. Karamanolis (2009): Photovoltaik: Schlüsseltechnologie der Solarenergie, E. Karamanolis Verlag, Weilheim
K. Mertens (2013): Photovoltaik - Lehrbuch zu Grundlagen, Technologie und Praxis, 2. neu bearbeitete Auflage, Carl Hanser Verlag, München
http://www.clever-photovoltaik.de/solarzellen/konzentratorzellen.html
http://m.schuelerlexikon.de/mobile_physik/Energie_der_Sonne.htm
http://solarmedia.blogspot.de/p/grosste-pv-anlagen-der-welt.html

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Konzentratorsolarzellen

arbeiten sehr effizient und erzielen einen Wirkungsgrand von etwa 40 %. Weil sie so hochwertig sind, sind sie jedoch auch sehr teuer.


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