micro-CPV –Entwicklung eines hochkonzentrierenden CPV Moduls auf Basis modernster Micro-Fertigungstechnologie

Abstract

Die bis zu 1000-fache optische Konzentration von Solarlicht in der konzentrierenden Photovoltaik (CPV) erhöht den Wirkungsgrad und verringert die eingesetzte Solarzellenfläche in CPV-Modulen. Hierdurch können teurere, aber besonders hocheffiziente III-V Mehrfachsolarzellen genutzt werden. Um Wettbewerbsfähigkeit mit herkömmlichrn PV-Modulen zu erreichen, müssen jedoch die Modulkosten gesenkt werden. Als Zielsetzung des Verbundprojekts micro-CPV ergibt sich somit die Entwicklung von hochkonzentrierenden, industriell wettbewerbsfähig zu fertigenden μ-CPV (Konzentratorphotovoltaik) Modulen mit zweistufiger Optik mit Wirkungsgraden > 36 % und Zielkosten von 90 €/m² bzw. 0,25 €/Wp. Dies soll durch die Lichtbündelung durch Vollglaslinsenarray auf Sekundäroptiken (Glaskugel)auf III-IV Konzentratorsolarzelle, sowie neue Herstellungs- und Fertigungsmethoden (Mikropackaging, Selbstorganisation), effizienten Materialeinsatz und Einsatz von Sekundäroptiken (Erhöhung Konzentration der solaren Strahlung) erreicht werden. Im Projektzeitraum konnten durch die SiLi Technologies GmbH aus einer Massenfertigung heraus günstige SOE mit enger Durchmesserverteilung, hoher Rundheit und guter Oberflächenqualität erzeugt werden. Durch den Einsatz eisenarmen Solarglases wurde die inhärente Transmission der SOE bereits verbessert. Weiter Nachbearbeitungsschritte, die eine Polierung, als auch die Beschichtung der Kugeln mit einer breitbandigen Antireflexionsschicht umfasstem, führten zu einer weiter gesteigerten Transmission der SOE. Insgesamt konnte die Modulleistung durch den Einsatz der SOE gesteigert werden. Durch eine Untersuchung des Einflusses der jeweiligen (Nach-) Bearbeitungsschritte auf die Modulleistung in Verbindung mit einer Aufstellung der pro Schritt verbundenen Kosten kann ein optimaler Kosten-Nutzenfaktor bestimmt werden. Datei-Upload durch TIB

The 1000-fold optical concentration of solar light in concentrated photovoltaics (CPV) not only increases the efficiency but also reduces the necessary area of solar cells in CPV modules. Thus, expensive but particularly efficient III-IV multi-junction solar cells can be employed. To achieve competitiveness, the module cost must be reduced. Therefore, the objective of the micro-CPV joint project is to develop highly concentrating μ-CPV (concentrator photovoltaics) modules with two-stage optics with efficiencies > 36 % and target costs of 90 €/m² or 0.25 €/Wp that can be produced competitively on an industrial scale. This can be achieved by bundling light using a full glass lens array on secondary optics (glass sphere) on III-IV multi junction solar cells, as well as new manufacturing and production methods (micro-packaging, self-organisation), efficient use of materials and employment of secondary optics (increasing the concentration of solar radiation). During the project period, SiLi Technologies GmbH was able to produce rather cheap SOE with a narrow diameter distribution, high roundness as well as good surface quality in a mass production process. The use of low-iron solar glass already improved the inherent transmission of the SOE. Further post-processing steps, which included polishing and coating the spheres with a broadband anti-reflective coating, led to further improvement in the transmission of the SOE. Overall, the module performance was increased by employing SOE. By analysing the influence of the respective (post) processing steps on the module performance in conjunction with a list of the costs associated with each step, an optimum cost-benefit factor can be determined.