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Sonnenkraft – Photovoltaik

 

Quelle: Achmed A. W. Khammas (Buch der Synergie)

Photoelektrische Nutzung

Das Prinzip der Photozelle beruht darauf, daß bestimmte Materialien bei der Aufnahme von Licht Elektronen freisetzen, welche sich bei einem Spannungsgefälle in gleicher Richtung bewegen und dadurch einen Gleichstrom erzeugen. Der Strom von Lichtteilchen (Photonen) geht auf die Zelle nieder, die mit einer Antireflexschicht überzogen ist, damit möglichst wenige Teilchen zurückgespiegelt werden. Die Mehrzahl der Photonen geben ihre Energie an die Atome der Siliziumscheibe ab, wobei Elektronen freigeschlagen werden. Dadurch entsteht in der Atomhülle jeweils ein Loch, das wiederum von einem freien Elektron ausgefüllt wird. Die obere der beiden Zellenschichten ist z.B. durch Zusatz von Phosphor-Atomen negativ dotiert, wodurch die Silizium-Schicht einen Überschuß an Elektronen erhält. Die untere Schicht ist z.B. durch Bor-Atome positiv dotiert und hat dadurch einen Überschuß an Löchern. Somit baut sich zwischen den Schichten ein Spannungsfeld auf, das die Richtung der Elektronen definiert. Über ein Metallgitter an der Sonnenseite werden die Elektronen dann als elektrischer Strom abgenommen – und kehren zu einer dünnen Metallschicht an der Schattenseite, d.h. zu dem Plus-Pol zurück.

Von der Strahlungsleistung der Sonne ist besonders der Bereich 400 bis 750 µm (entsprechend einer Energie der Photonen von 3,5 bis 1,8 eV) für die Bildung von Elektronen im angeregten Zustand mit anschließendem Elektronen- oder Energietransfer nutzbar. Und während amorphes Silizium das kurzwellige grüne und blaue Licht des Sonnenspektrums in elektrische Energie umsetzt, eignet sich mikrokristallines Silizium besonders für die Umsetzung des langwelligen roten und infraroten Anteils.

Für lange Zeit fanden Photozellen lediglich in photographischen Belichtungsmessern Anwendung, doch 1954 erkennen die amerikanischen Wissenschaftler Chaplin, Fuller und Pearson (s.o.), daß für diesen Prozess Silizium besonders gut geeignet ist – und stellen die erste Solarzelle her. Damit beginnt das bereits 1839 von dem französischen Physiker Alexandre Edmond Becquerel entdeckte photoelektrische Prinzip in der Energieversorgung eine neue Rolle zu spielen – anfänglich, also ab 1958, besonders in der Satellitentechnik, da der Strom damit erstmals auch vor Ort erzeugbar ist.

Einen großen Teil der damaligen Entwicklung habe ich im Einzelnen schon im geschichtlichen Rückblick weiter oben besprochen. Hier folgen nun die weiteren Fortschritte der photovoltaischen Nutzung und ihrer Anwendungsformen ab Anfang der 1970er Jahren bis heute.

Entwicklung der photovoltaischen Nutzung 1973 – 1994

1973 wird an der University of Delaware die weltweit erste dachintegrierte photovoltaische Hausanlage gebaut, ein PV-Thermal-Hybrid mit dem Namen Solar One. Lüfter kühlten die Module, die warme Luft wurde zum Heizen genutzt.

Auf die Idee, die korrosionsempfindlichen Zellen in zähes Acryl einzukapseln, kommt Mitte der 1970er Jahre der Deutsche Bernd Melchior, Besitzer der Firma bmc Solar Industrie GmbH in Wermelkirchen. Später wird unter dem ersten Forschungsrahmenprogramm der EU ein entsprechendes Forschungsprojekt initiiert.

1976 stellen David Carlson und Christopher Wronski in den RCA Laboratories die erste amorphe Siliziumzelle her, sie hat 3,5 cm2 und ihr Wirkungsgrad beträgt bescheidene 1,1 %. Mit einer größeren Zelle erreichen sie etwas später schon 2,4 %.

1977 beträgt die weltweite Produktionskapazität für Solarzellen etwa 500 kW.

Im Dezember 1978 wird durch die NASA das weltweit erste ‚Solardorf’ mit Solarzellen ausgestattet – im Reservat der Papago-Indianer in  Schuchuli, Arizona. Das 3,5 kW System betreibt Wasserpumpen und versorgt 15 Familien mit Licht und Energie zum Kühlen, für die Näh- und Waschmaschinen. Als das Reservat 1983 an das öffentliche Stromnetz angeschlossen wird beschränkt man die Solaranlage auf den Pumpbetrieb.

Für Silizium-Solarzellen gilt 1979 ein theoretisch maximaler Wirkungsgrad von 20 %, während in der Praxis lange nicht einmal 10 % erreicht werden. 15 Jahre später zeigt sich jedoch, daß diese ‚magische Grenze’ gar nicht existiert. Nun gilt die Barriere eines Wirkungsgades von 30 % als technisch unüberwindbar. Da man inzwischen jedoch mit vielen anderen Materialen und Zusammensetzungen experimentiert, verdoppeln sich später sowohl der theoretisch erreichbare als auch der tatsächlich erreichte Wirkungsgrad (s.u.).

Pro Kilowatt installierte Leistung wird um diese Zeit noch mit Investitionskosten zwischen 50.000 und 150.000 DM gerechnet. Für ein 1.000 MW Kraftwerk wäre eine Solarzellenfläche von ca. 10 km2 erforderlich. Als Alternative zu den erdgebundenen Kraftwerken werden daher auch sogenannte Satellitenkraftwerke vorgeschlagen, auf die ich später noch gesondert zu sprechen komme. Übrigens wurde die Herstellung der Solarzellen noch sehr lange manuell betrieben, erst in den 1990er Jahren weden vollautomatische Produktionslinien entwickelt und installiert.

1980 ist ARCO Solar das erste Unternehmen, das mehr als 1 MW Solarzellenkapazität pro Jahr produziert (s.u. Hersteller).

Anfang der 1980er Jahre werden unabhängig voneinander in den Laboratorien von MBB in Ottobrunn und der Ecole Polytechnique bzw. bei Solems in Paris die ersten Solarzellen auf Basis des amorphen Silizium hergestellt. Beide Forschergruppen kamen zu der Erkenntnis, daß nur dünne in automatisierten Fertigungslinien hergestellte große Module die Chance bieten, Strom aus Sonnenlicht zu akzeptablen Kosten zu produzieren.

Solar-Audio Ballerinas

Solar-Audio Ballerinas

Ebenfalls Anfang der 1980er gründet der amerikanische PV-Pionier Joseph Lindmayer die inzwischen florierende Firma Solarex. Und der deutsche Jürgen Claus beginnt zusammen mit seiner Frau Nora die ersten Solarskulpturen zu entwickeln, von denen die Solarpyramide (1984), der Solar-Kristall und der  Solar-Ikosaeder (1995) die wohl bekanntesten sind. Weitere Künstler, die innerhalb des 1993 entstandenen Sol-Art Global Network mit Solarenergie arbeiten, sind Dale Eldred mit seinen Diffraktions-Skulpturen, Peter Erskine, Alex and Martha Nicoloff, Seth Riskin, Otto Piene, Sally Weber und Franz Leher. In Berlin wird Benoît Maubrey bekannt, dessen Solar Ballerinas auch auf der EXPO 2000 zu sehen sind. Auf ihren Tutus aus Plexiglas sind Solarzellen, Mikrofone, Verstärkerplatinen mit Prozessoren und Lautsprecher eingelassen. Sie nehmen Töne der Umwelt auf und geben sie verstärkt und verfremdet wieder.

1981/1982 bricht der Markt für Solarzellen in Deutschland fast völlig zusammen.

Ab 1982 wird Solarstrom beim Kathodenschutz von Pipelines in Oman eingesetzt. Der britische Hersteller dieser Anti-Korrosions-Geräte verspricht eine Lebensdauer von 15 – 20 Jahren.

1982 beträgt die weltweite Produktionskapazität für Solarzellen bereits knapp 10 MW.

Ein speziell umgebauter Solar Trek fährt 1983 in fast 20 Tagen 4.000 km lang durch Australien. Das Fahrzeug besitzt eine 1 kW Solaranlage, später im Jahr fährt der Wagen in 18 Tagen eine ähnlich lange Strecke durch die USA.

1983 beträgt die weltweite Produktionskapazität für Solarzellen schon um 20 MW, die Umsätze mit der Photovoltaik überschreiten erstmals 250 Mio. $.

Im November 1984 findet im japanischen Kobe die First International Photovoltaic Science and Engineering Conference (PVSEC) statt.

1985 wird eine Art ‚natürlicher Solarzelle’ entdeckt, als man feststellt, daß eisenhaltiger Rutil im Wüstensand die Ammoniak-Bildung aus Luftstickstoff und absorbiertem Wasser mittels Sonnenlicht katalysiert.

1986 bringt ARCO Solar das weltweit erste Dünnschicht-Modul (G – 4000) auf den Markt.

1987 tun sich mehrere deutsche Firmen zusammen, um ein solarbetriebenes Röntgengerät zu entwickeln, das in Containerform transportiert und auch fernab der Stromnetze eingesetzt werden kann. Die Unternehmen BMC Schein, BMC Solartechnik, Jodag Containerbau und Philips Medizintechnik sehen einen Markt für derartige mobile Diagnosestationen, deren aufwendige Isolation auch ihren Einsatz bei tropischen oder arktischen Temperaturen erlaubt.

1988 ist das einzige Land in Europa, in dem auch private Erzeuger das Recht haben, ihren Solarstrom gegen eine angemessene Vergütung in das Netz einzuspeisen – die Schweiz.

Zwischen 1980 und 1988 steigt die jährliche weltweite Produktionsrate von etwa 1 MW auf knapp 35 MW. Es folgt eine Auflistung der Hersteller und Produktionskapazitäten weltweit (1988):

Land Firma Zellenmaterial Fertigung in MWp Marktanteil in % Produktionskapazität (geschätzt) in MWp
USA Arco Solar CZ/a-Si 7,0 22 10 – 15
Japan Sanyo a-Si 2,9 9 3 – 5
USA Chronar a-Si 2,5 8 3 – 5
USA Solarex Poly/a-Si 1,6 5 3 – 5
Japan Kyocera Poly 1,6 5 3 – 5
Indien CEL Poly 2,3 4 2 – 3
Japan Fuji a-Si 1,2 4 2 – 3
Japan Toiyo a-Si 1,1 4 2 – 3
BRD Siemens Solar CZ/a-Si 0,9 3 2 – 3
BRD Telefunken Poly 0,9 3 3 – 4
Japan Hoxan Poly 0,8 3 9
    Summe = 21,8 70 42 – 60
  Andere Firmen (rund 50) ~ 10 30 10 – 60
    Gesamt = ~ 32 100 ~ 50 – 80


1989
startet ein dreijähriges Forschungsprojekt zur Solarzellennutzung in der Landwirtschaft, an dem BASF, Siemens, der Bezirksverband Pfalz, der Stromlieferant Pfalzwerke sowie die Universitäten Kaiserslautern und Hohenheim beteiligt sind. Dazu gehören Bewässerungsanlagen, Stall-Klimaanlagen, elektrische Weidezäune sowie die Oligolyse. Bei diesem Verfahren wird Gülle mit einem schwachen Gleichstrom von 1 – 2 A und 24 V behandelt. Mehrere Kupferstäbe in der Exkrementgrube dienen als Elektroden und scheiden Kupfer-Ionen ab, wodurch die Geruchsbelästigung deutlich vermindert wird.

Ende der 1980er Jahre hat die in Kalifornien installierte Solarzellen-Fläche bereits eine Gesamtleistung von über 70 MW.

1990 wird die schwimmende Rettungsstation Bremen der Deutschen Lebens-Rettungs-Gesellschaft e.V. (DLRG) mit einer 400 W Solarzellenanlagen ausgerüstet, mit der Radio, Funkgerät, Kühlschrank und Licht versorgt werden. Die Anlage für 12.000 DM ist ein Geschenk der Berliner Bewag.

1991 beträgt die weltweite Produktionskapazität für Solarzellen schon 60 MW. Weltweit sind PV-Anlagen mit insgesamt etwa 10 MW Netzstromerzeugung angeschlossen, darüber hinaus besteht allerdings ein weit größerer Markt für diverse Kleinanwendungen.

Nach einer Untersuchung des Marktforschungsinstituts Strategies Unlimited aus Kalifornien existieren 1992 weltweit reale Produktionskapazitäten für rund 90 MW – allerdings werden in diesem Jahr aufgrund der geringen Nachfrage (?) tatsächlich nur 52 MW hergestellt (in Europa: 17 MW). Die ersten Solarzellenanlagen in den neuen Bundesländern werden 1992 installiert (Brandenburg: Neu Zittau / Thüringen: Gera / Sachsen: Reichenbach usw.). Pro Bundesland werden 150 derartige Anlagen als Anschauungs- und Demonstrationsobjekte zu 70 % vom BMFT gefördert. In der Schweiz plant man die Umrüstung aller Bahnhöfe – auf den Dächern sollen Solarkollektoren mit eine Gesamtleistung von 24 MW installiert werden.

Im Bayerischen Wald experimentieren das Bayernwerk und Siemens Solar erstmals in Deutschland mit einer autarken Energie-Mustersiedlung. Der Weiler Flanitzhütte mit 10 Bewohnern und bis zu 60 Feriengästen wird nicht mehr über die reparaturbedürftige 20.000 Volt Freileitung versorgt, sondern mittels 840 Solarmodulen, die 40 kW erzeugen. Eine 18 t schwere wartungsfreie Gel-Pufferbatterie kann die Energieversorgung bis zu drei Tagen sicherstellen, außerdem wird ein 40 kW Gasgenerator in Reserve gehalten. Das Modellvorhaben kostet rund 3,6 Mio. DM, von denen das BMFT 1,3 Mio. trägt, und geht nach dem erfolgreichen Probebetrieb im September in Betrieb.

Ebenfalls 1992 beginnt das Tankstellenunternehmen Aral mit den Einsatz von Solaranlagen auf Tankstellen-Dächern. Erst 1999 ziehen BP Amoco – hier investiert man innerhalb von zwei Jahren rund 50 Mio. $ für die je 400 Solarpanele pro Tankstelle – und Shell nach.

Ende 1992 beträgt die Gesamtleistung aller in Deutschland installierten Photovoltaikanlagen etwa 3,6 MW. Daran hat das 1.000-Dächer-PV-Förderprogramm des Bundes und der Länder einen Anteil von über 1,1 MW (s.d.).

Schallschutzwände an Autobahnen werden erstmals 1993 südlich von Chur (Schweiz) an der N 13 installiert – eine Idee, für die der Schweizer Thomas Nordmann seit 1989 wirbt. Kyocera, Hersteller der besonders robusten Module, soll nun insgesamt vier derartige Anlagen in der Schweiz installieren. Man geht davon aus, daß ein Kilometer Solarwand den jährlichen Energiebedarf von etwa 100 Personen decken kann. Ebenfalls 1993 installiert die evangelische Christusgemeinde in Speyer die bundesweit erste Solaranlage auf einem Kirchendach.

1993 werden weltweit etwa 60 MW Modulleistung produziert. Mit einem Anteil von 23 % (andere Quellen: 25 %) ist Siemens Solar Weltmarktführer. Das Unternehmen schreibt 1992 mit einem Verlust von über 90 Mio. DM allerdings tiefrote Zahlen.

Ab 1994 werden an der Werft Barth insgesamt 14 Leuchttonnen auf Solarbetrieb umgebaut, die in der Ostsee zwischen der Lübecker Bucht und der polnischen Grenze installiert sind. Im selben Jahr veröffentlich die Plattenfirma Greenpeace die Kompilation Alternative NRG, deren Tracks ausnahmslos mit einem solarbetriebenen Mischpult aufgenommen worden sind. Auf der Kompilation sind insbesondere Gruppe vertreten, die sich im Umweltbereich engagieren, darunter U2, R.E.M., Midnight Oil, Sonic Youth und Soundgarden. In Australien entsteht über eine Strecke von 2.500 km die längste Mikrowellenübertragungsstrecke der Welt – mit 41 solarbetriebenen Relais, während die RWE im Essener Stadtteil Gerschede 25 Reihenhäuser mit jeweils 2 kW (= 20 m2) Solarzellen versorgt – und mit Investitionskosten von 1,2 Mio. DM die erste Solarstromsiedlung in Europa in Betrieb nimmt.

Die Historische Straßenbahn, die in der Sächsischen Schweiz seit 1898 Bad Schandau mit dem Lichtenhainer Wasserfall verbindet, soll in Zukunft mit Solarstrom fahren. Im Rahmen eines PV-Demonstrationsprojektes des BMFT erhält die Kirnitzschtalbahn auf ihrem Depot eine 40 kW leistende Anlage im Wert von 750.000 DM.

Solarbetriebener, automatischer Rasenmäher

Solar-Rasenmäher

Ebenfalls 1994 installiert der Stromkonzern Schleswag die ersten 200 m Sonnenstromwand an der A 23 im schleswig-holsteinischen Rellingen. Die Stadtwerke Saarbrücken planen die Installation eigens entwickelter Energiewände an einem Autobahnkreuz der A 6. Das Unternehmen Foto Quelle bringt eine Kamera auf den Markt, bei der auf die bedenklichen Lithium- oder Quecksilberbatterien verzichtet wird – statt dessen laden drei Solarzellen auf der Oberseite einen Kondensator auf, dessen Energie ausreicht, um vier Filme zu belichten. Und für etwa 5.000 DM bietet das schwedische Unternehmen Husqvarna den ersten solarbetriebenen Rasenmäher an, der sich vollautomatisch durch den mit einem Spezialdraht eingezäunten Garten bewegt. Das von dem schwedischen Erfinder Lars Anderson entwickelte Gerät kostet zwei Jahre später immerhin nur noch ca. 4.000 DM. Vor Langfingern schützt es sich durch eine Alarmanlage mit Eingabecode.

Entwicklung der photovoltaischen Nutzung 1995 – 2006

1995 schreibt das Nachrichtenmagazin Der Spiegel:

„Die Alternativenergie ist fest im Griff der Stromkonzerne“ und führt weiter aus: „Siemens, ABB, General Electric und andere fürchten nachlassende Geschäfte in anderen Bereichen, falls sich die Fotozellen zu schnell als marktreif herausstellen. Die langfristigen Investitionen in Alttechnik könnten rascher entwerten als durch die normale Abschreibung. Gegenwärtig wird nicht einmal ein halbes Prozent der Welt-Energie aus Sonnenkraft hergestellt. Doch die Technik wäre weit genug, den Anteil schon jetzt auf mindestens zehn Prozent voranzutreiben.“

Insgesamt sind zu diesem Zeitpunkt weltweit etwa 200.000 Solarzellen-Anlagen im Einsatz, am verbreitetsten sind sie in Australien, Neuseeland, Israel und in der Dominikanischen Republik.

Liste der europäischen* Solarzellen-Hersteller (1996):

Land
Firma
Anteil in %
Großbritannien BP Solar International
29,9
  Intersolar (Chronar)
2,3
Italien Eurosolare
13,8
  Helios Technology
4,5
Deutschland ASE
11,6
  Siemens Solar
4,5
  Nukem
1,3
Frankreich Photowatt
8,4
Finnland Naps
2,3
Spanien Isofoton
4,5
Schweden GPV
3,5
Kroatien Koncar Cells
2,9
Niederlande R & S Engineering
2,3
Sonstige  
8,2

(*) Weltweit gibt es etwa 30 Hersteller. 1997 kommen die Solarzellen zu 40 % aus den USA, zu 25 % aus Europa, zu 20 % aus Japan, und zu 15 % aus anderen Ländern. Die Hersteller werden später noch detailliert aufgeführt.


1996
erfolgt die Zellen-Herstellung bei Siemens Solar noch immer manuell: Per Hand werden die Glasscheiben auf Bänder gelegt, per Hand werden Kontakte verlötet, selbst die Verpackung erfolgt fast maschinenfrei. Entsprechend hoch sind die Kosten. Trotzdem werden in Deutschland in diesem Jahr Solaranlagen mit einer Gesamtleistung von 6 MW installiert. Die gesamte installierte Leistung beträgt damit etwa 15 MW.

1997 zeigt das Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme (ISE) auf der Hannover Messe ein thermo-photovoltaisches Radio, das mit Hilfe einer Kerze betrieben werden kann. Die entsprechend angepassten Galliumarsenid-Solarzellen (s.d.) wandeln neben dem Licht auch die Wärmestrahlung in Strom um. In diesem Jahr werden in Deutschland Anlagen mit einer Gesamtleistung von fast 10 MW installiert.

1997 beträgt die weltweite Produktionskapazität für Solarzellen ca. 120 MW (davon sind etwa 80 % monokristallinen Zellen). Alleine in Deutschland werden durch die neuen Werke in Gelsenkirchen, Alzenau und Rudisleben bald 48 MW/Jahr erreicht.

Die britische Supermarkt-Kette Sainsbury entwickelt gemeinsam mit der Southhampton University den weltweit ersten Kühl-Truck für gefrorene Lebensmittel, dessen zum Kühlen notwendige Energie durch ein integriertes Solarzellen-Dach erzeugt wird. Schallschutzwände mit Solarzellen werden nun auch an der Autobahn München – Lindau einem Praxistest unterzogen: Bei dem vom BMFT und dem Münchner Bayernwerk getragenen Projekt werden drei verschiedene Konzepte mit jeweils 10 kW verglichen, die Ergebnisse eines Ideenwettbewerbs, an dem jeweils eine Schallschutz- und eine PV-Firma einen gemeinsamen Vorschlag unterbreiteten. Die Kosten des Praxistests von 1 Mio. DM teilen sich die Projektträger.

1998 decken fünf Hauptproduzenten mehr als 50 % des Weltmarktes, den Rest teilen sich 35 kleinere Produzenten. Diese Marktführer sind: Siemens Solar, BP Solar (beide Europa), Amoco/Enron, Solarex (beide USA) sowie Kyocera (Japan).

1998 findet in der Wiener Hofburg die zweite und bislang weltweit größte Photovoltaik-Konferenz statt – mit 2.000 Teilnehmern, 1.100 eingereichten Vorträgen und 120 Ausstellern. Der Konferenzvorsitzende Prof. Schmid betrachtet die photovoltaische Stromerzeugung als die stärkste Wachstumsbranche des nächsten Jahrhunderts. Keine andere Branche könne über lange Zeit so stark wachsen, ohne an natürliche Grenzen zu stoßen. Auch Shell-Vorstand Fritz Vahrenholt sieht das Potential: „Konkret könnten erneuerbare Energiequellen bis zur Mitte des nächsten Jahrhunderts rund 50 % des Weltenergiebedarfs decken“. Doch die Siemens AG hält noch immer hart dagegen: „Die neuen Regenerativen sind additive, aber keine alternativen Energieträger.“

In Berlin bekommt 1998 als erste von insgesamt 48 Schulen das Linus-Pauling-Gymnasium eine im Rahmen des Energie 2000 Programms von der Bewag geförderte 10 m2 Solaranlage.

1999 stellt die Stiftung Warentest bei dem Vergleich von 13 Solarmodulen und 10 Wechselrichtern verschiedener Hersteller fest, daß die Anlagen zur solaren Stromerzeugung ausgereift sind – sie werden überwiegend mit ‚gut’ oder ‚befriedigend’ beurteilt. Um die Korallenriffe bei Hurghada in Ägypten zu renaturieren, installieren Meeresbiologen der Universität Essen ein Maschendrahtgeflecht, an das ein von Solarzellen erzeugter Gleichstrom angelegt wird. Durch Elektrolyse scheidet sich Kalk aus dem Meerwasser auf dem Draht ab, anschließend werden Steinkorallen implantiert, die auch nach Abschalten des Stromes weiter wachsen. Die Essener RWE stellt dafür 60 Module mit einer Gesamtleistung von 2,4 kW zur Verfügung.

Photovoltaische Solaranlage auf Reichstagsgebäude

PV-Solaranlage
auf Reichstagsgebäude

Mitte 1999 wird Europas größte Photovoltaik-Gebäudefassaden-Anlage an der Südwand eines 22-geschossigen Wohnhauses in Berlin in Betrieb genommen, sie besteht aus 480 Modulen mit einer Gesamtfläche von 426 m2. Auch das Reichtagsgebäude bekommt im Rahmen der Umbauarbeiten 1995 – 1999 eine Solaranlage aufs Dach gesetzt, die allerdings nur wenige Prozent des hauseigenen Strombedarfs decken kann.

Einen Großteil der nach 2000 marktgängigen Produkte mit photovoltaischen Zellen habe ich bereits im Rahmen der Geschichte der Solarenergie aufgeführt (s.d.)

2000 steigt der Preis für kristallines Silizium wegen der großen Nachfrage von 16 $ auf 29 $ je Kg.

Das Berliner Unternehmen Alligator Sunshine Technologies GmbH, das 2000 mit der Serienproduktion der thermischen Solaranlage Cuadro beginnt (s.d.), kooperiert mit der Deutschen Shell AG bei der Entwicklung eines Photovoltaik-Moduls, das ebenfalls noch in diesem Jahr in Serie gehen soll.

Ebenfalls im Jahr 2000 bekommt Alan J. Heeger von der von der Universität von Kalifornien in Santa Barbara gemeinsam mit seinen Kollegen den Chemie-Nobelpreis für die Entwicklung von stromleitenden Kunststoffen, die vermutlich irgendwann zur Entwicklung billiger Solarzellen führen werden. Heeger hatte zusammen mit Alan MacDiarmid und Hideki Shirakawa 1977 die Möglichkeit entdeckt, die Leitfähigkeit von Polyacetylen durch Oxidation mit Jod, Chlor oder Brom so weit zu erhöhen, daß sie im Bereich von Halbleitern oder Metallen lag. Die neue Substanzklasse der leitfähigen Polymere kombiniert die elektrischen und optischen Eigenschaften von Leitern mit den mechanischen Vorteilen der Polymere.

Zur Jahrtausendwende leben weltweit noch immer rund 2 Milliarden Menschen ohne Elektrizität.

In Deutschland gibt es Ende 2002 Solaranlagen mit einer Gesamtkapazität von 278 MW. Im Vergleich dazu sind es z.B. in Frankreich zu diesem Zeitpunkt ganze 17 MW (2001 wurden in Deutschland 1,5 Millionen Quadratmeter thermische Solarzellen installiert, in Frankreich dagegen nur 100.000 Quadratmeter.)

Die weltweite Solarzellenproduktion beträgt im Jahr 2002 knapp 130 MW, nach Unternehmen geordnet verteilt sie sich wie folgt:

  Unternehmen Land
MW
1 Isofoton Spanien
27,35
2 RWE Deutschland
24,35
3 Photowatt Frankreich
19,00
4 BP Solar England
16,70
5 Ersol Deutschland
9,00
6 Shell Solar Deutschland
9,00
7 Q-Cells Deutschland
9,00
8 Astropower USA
6,00
9 Sunways Deutschland
4,80
10 Dunasolar Ungarn
3,00

Die erste Solarzellen-Anlage auf dem Gelände des Weißen Hauses wird Anfang 2003 von der Firma Evergreen Solar Inc. errichtet. Die 9 kW Photovoltaik-Anlage besteht aus 167 Panelen, ist in das Dach des Verwaltungsgebäudes des White-House-Geländes integriert und speist ihren Strom in das elektrische Netz des Weißen Hauses ein.

Solarjacke

Solarjacke

Auf der internationalen Verbraucherelektronik-Messe CES in Las Vegas im Januar 2004 stellt der kanadische Solarhersteller ICP Solar Technologies in Zusammenarbeit mit dem US-Bekleidungsproduzenten SCOTTeVEST LLC eine Solarjacke vor, die künftig elektrischen Strom für mobile Anwendungen wie Handys, MP3-Player, GameBoys etc. zur Verfügung stellen soll. Die Jacke, die für 475 US-$ angeboten wird, ist mit dünnen, flexible Solarzellen ausgerüstet, die als sehr dauerhaft und selbstreparierend gelten.

Das globale Wachstum von Solarstromanlagen setzt sich 2004 fort. Wurden im Jahr 2003 noch weltweit Solarzellen mit einer Leistung von rund 750 MW abgesetzt, so könnten in diesem Jahr erstmals 1.000 MW Solarstromleistung erreicht werden, teilte das Internationale Wirtschaftsforum Regenerative Energien (IWR) in Münster mit. Alleine in Deutschland werden 2004 Solarstromanlagen mit einer installierten Spitzenleistung von rund 300 MW neu in Betrieb genommen. In Japan, dem bisherigen Photovoltaik-Weltmeister, waren es hingegen nur 280 MW. Auf Platz drei der Photovoltaik-Weltrangliste folgen in diesem Jahr die USA mit rund 90 MW.

2004 findet die bereits 19. Europäische Konferenz zum Thema Photovoltaische Solarenergie statt – diesmal in Paris. Und in Kalifornien verabschiedet der Senat ein Programm, dem zufolge ab 2006 auf einem Viertel der jährlich gebauten Häuser Solarzellen vorgeschrieben sind.

Nach Angaben der Unternehmensvereinigung Solarwirtschaft überschreitet die installierte Solarstromleistung Mitte Juli 2005 die Grenze von einem Gigawatt (1.000 MWp). Ein MWp entspricht einer Leistung von einem Megawatt (MW) bei optimalen Bedingungen, das heißt, einer Sonneneinstrahlung von 1000 W pro m2 und einer Temperatur der Kollektoren von 25°C. Bis zum Jahr 2012 rechnet die deutsche Solarindustrie mit 100.000 neuen Arbeitsplätzen in Solarfabriken und Installationsbetrieben. Solarstrom ist heute 70 % günstiger als 1990. Der globale Solarmarkt ist inzwischen hart umkämpft. In den nächsten 20 Jahren wird sich dieser nach Einschätzung des Bankhauses Sarasin & Cie AG auf über 100 Milliarden Euro verzehnfachen. Auch laut Deutscher Bank wird der weltweite Markt für Solarstromtechnik bis 2030 jährlich voraussichtlich zweistellig wachsen.

Zwei weitere aktuelle Photovoltaik-Projekte in Berlin dienen wohl eher der Optik – wenn man die Leistungen zugrunde legt. Einmal das anteilige Solardach des Lehrter Stadtbahnhofs, dem neuen Hauptbahnhof, der inklusive der neuen Bahnzentrale statt der zu Baubeginn veranschlagten 250 Mio. € inzwischen 1,3 Mrd. € kostet – hier sind 1.870 m2; auf die Erzeugung von rund 160.000 kWh Strom pro Jahr ausgelegt – sowie das Bundeskanzleramt, auf dessen Dach sich eine bescheidene PV-Anlage mit einer Größe von 1.271 m2 und einer Spitzenleistung von 149 kW befindet.

Im Jahr 2005 werden in Deutschlands Solarfabriken 66 % mehr Solarzellen produziert als 2004. Zugleich gelingt es, den Export von Solarzellen von 30 auf 34 % zu steigern. Der Umsatz der gesamten Photovoltaikbranche in Deutschland liegt 2005 bei über drei Milliarden Euro. In Deutschland gibt es mehr als 5.000 Solarunternehmen, in denen über 30.000 Menschen beschäftigt sind.

In diesem Jahr gehen in Deutschland Solarstromanlagen mit einer Gesamtleistung von über 600 MW ans Netz, womit die BRD auch bei den Neuinstallationen im Bereich Photovoltaik an der Spitze steht, gefolgt von Japan (280 MW) und den USA (90 MW). Bei der Zahl der bereits installierten Anlagen belegt Deutschland mit knapp 200.000 Solarstrom-Kraftwerken und einer installierten Leistung von 1.400 MW ebenfalls eine Spitzenposition. Weltweit wird im Jahr 2005 der Rekordwert von 5.000 MW installiert.

Im Dezember 2005 vereinbart die neue Bundesregierung in den Koalitionsverhandlungen, die erneuerbaren Energien weiter zu unterstützen. Im Gesetz über Erneuerbare Energien steht, dass ihr Anteil an der Stromerzeugung bis zum Jahr 2010 bei 12,5 % liegen soll, 2020 bei 20 %, und 2050 bei 50 %. Im vergangenen Jahr betrug der Anteil bei 5,5 %.

Am Ende des besonders heißen Juli 2006 kletterte der Tagespreis für Spitzenlast-Strom aus Kohle-, Gas- und Atomkraftwerken an der Leipziger Strombörse auf 54 Cent je Kilowattstunde und lag damit erstmals über dem Erzeugungspreis von Solarstrom. Dieser wird im Rahmen des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) mit 40,6 bis 51,8 Cent je kWh vergütet. Grund für die Preisexplosion waren Kühlwasserprobleme einiger Atom- und Kohlekraftwerke sowie der gestiegene Strombedarf von Klimaanlagen. Auch die Zahl der im Juli 2006 gemessenen Sonnenstunden erreicht einen neuen Rekordwert. Der Spitzenwert liegt bei 408 Stunden Sonnenschein und wird auf der Ostseeinsel Hiddensee gemessen. Profiteure sind die Betreiber von Solarstromanlagen, denn die Erträge ihrer Anlagen liegen teilweise über 50 % höher als in den vergangenen Jahren.

PV/RO-Kombination
von Outpost

Als erste Raumsonde erreicht der gefrierschrankgroße europäische Roboter ‚Smart-1’ den Mond ausschließlich mit Sonnenenergie. Er braucht dafür allerdings über ein Jahr, da das Ionentriebwerk der Sonde nur langsam beschleunigt – dafür aber stetig. Der Rückstoß entsteht, indem elektrisch geladene Gasteilchen von einem Hochspannungsfeld hinausgeschleudert werden und dabei einen nur armdicken Partikelstrahl bilden. Den nötigen Strom hierfür liefern die bordeigenen Solarzellen. Der futuristische Elektromotor ist weitaus sparsamer als konventionelle Triebwerke und gilt als ideal, um später einmal Menschen zum Mars zu befördern. Anfang September 2006 zerschellt Smart-1 als künstlicher Meteorit plangemäß auf der Mondoberfläche, wobei der vom Einschlag aufwirbelnde Staub eine Analyse der Bodenzusammensetzung des neu geschaffenen Kraters erlaubt.

Das US-Unternehmen Aqua Sun International bietet 2006 kompakte und transportable ‚Outpost’ Anlagen zur Trinkwasserbereitung mittels umgekehrter Osmose (RO) an, die durch ein PV-System mit Strom versorgt werden und sich besonders gut in Katastrophengebieten einsetzen lassen sollen.

Wie wir sehen, gibt es inzwischen also einen sehr weiten Anwendungsbereich für Solarzellen. Über Solarmobile, d.h. Elektro-Fahrzeuge mit Solarzellen, berichte ich ausführlich im Kapitel Energiespeichern und elektrische Mobilität, da die dort behandelten Batterien für Elektrofahrzeuge im Grunde wichtiger sind als die Solarzellen. Außerdem gibt es auch viel mehr Elektrofahrzeuge ohne (mitgeführte) Solarzellen. Aus Gründen der Kohärenz werde ich Elektroboote und -flugzeuge ebenfalls unter dem Oberbegriff der elektrischen Mobilität behandeln.

Die heute allerdings am weitest verbreiteten Anwendungen für Solarzellen sind Geräte mit integrierter Stromversorgung. Neben den bereits genannten lassen sich diese Geräte in folgende Bereiche unterteilen:

Bereich Beispiele
Verkehr Notruf, Verkehrsleittechnik, Signalanlagen, Parkscheinautomaten, Haltestellenbeleuchtung, netzferne Straßenleuchten
Informationstechnik Mobilfunk, Relaisstationen, Info-Stelen, Funktelefonzellen
Werbetechnik Werbetafel, -säule, Auslagevitrine
Alltagstechnik Uhren, Taschenrechner, -lampe, Ladegeräte, Spielzeug
Haushalt Milchaufschäumer, Staubsauger, Wasseraufbereitung, Radio
Gebäudetechnik Rolladenantrieb, Beleuchtung, Alarmanlagen, Bewegungsmelder, Solarschindeln
Industrie Meßeinrichtungen, Prozeßüberwachung
Militär Überwachung, Radaranlagen

Und eigentlich müßten sogar hocheffiziente Solarzellen inzwischen nur wenige Cents kosten – wenn man sich einmal die großspurigen Meldungen und Prognosen des vergangenen 15 Jahre ansieht:

1989:    Rekord für Solarzellen
1990:    Wirkungsgrad bei Solarzellen konnte gesteigert werden
1991:    Neues Verfahren vor dem Durchbruch
1991:    Hoher Wirkungsgrad bei Solarzellen
1991:    Winzige Solarkollektoren verringern Kosten
1992     Solarzellen werden billiger
1992:    Effiziente Solarzellen entwickelt
1993:    Neuer Leistungsrekord für Solarzellen
1993:    Solarstrom wird deutlich billiger
1993:    Neues Material erhöht Wirkung von Solarzellen
1994:    Wirkungsgrad von Solarzellen erhöht
1995:    Lichtblick für die Zellen
1995:    Fortschritte beim Bau von Photovoltaik-Zellen
1996:    Zwei Wege zu billigerem Solarstrom
1996:    Rekord mit neuartigen Solarzellen
1996:    Billiger Siliziumstrom
1996:    Solarzelle mit höherem Wirkungsgrad
1997:    Preiswerter Sonnenstrom
1998:    Neue Produktionsverfahren machen Solarzellen billiger
1998:    Strom aus Sonnenlicht soll billiger werden
1998:    Neues Material für die Massenproduktion
1999:    Solarzellenmarkt vor dem Durchbruch
1999:    Hohe Wirkungsgrade bei neuartigen Zellen
2000:    Effektive Solarzellen aus Kunststoff

Und wieder und wieder und wieder…

2006:    Solarstrom wird billiger!

Ich werde weiter unten noch auf die tatsächliche Preisentwicklung bei Solarzellen eingehen, da es für den Einsatz letztendlich darauf ankommt, wie viel die Module den Endverbraucher kosten – und dies hängt hauptsächlich davon ab, wie viel produziert wird. Darüber wird bei der Übersicht der Hersteller noch ausführlich gesprochen.

Solarzellen-Mikroauto

Solarzellen-Mikroauto

Im September 2007 lese ich erstmals von dem nur 33 x 22 x 14 mm großen Spielzeugauto, das ohne Batterie ausschließlich durch sein Dach – eine Solarzelle – angetrieben wird. Es kostet um die 10 €. Im Frühjahr 2008 bekomme ich von Herrn Seltmann, Energy Watch Group, bei unserem Kennenlernen einen dieser kleinen Solarflitzer geschenkt, die im prallen Sonnenlicht eine schier unglaubliche Geschwindigkeit vorlegen und bei Jung und Alt freudiges Erstaunen hervorrufen.

Die katholische Kirche begeht den 1. September als ‚Tag der Schöpfung’. 2007 verkündet der Papst im Marienwallfahrtsort Loreto vor rund 500.000 Jugendlichen zu diesem Anlaß grüne Ansichten. Auf einem Gebäude des Vatikans soll Anfang 2008 eine Solarstromanlage installiert werden – die Papst Benedikt XVI. zum Dreikönigstag allerdings von der Solar World AG geschenkt bekommen hatte. Die rund 2.000 Module werden die vorhandenen Betonbahnen auf der Südseite des gewölbten Hallendaches der päpstlichen Audienzhalle ersetzen und sich der von Nord nach Süd breiter werdenden Fächerform des Bauwerkes anpassen, wodurch die besondere Wellenstruktur und die damit verbundene Ästhetik des Daches zu Füßen des Petersdoms erhalten bleibt.

Laut einem Medienbericht im März 2008 werden die Berliner Wasserbetriebe (BWB) in Kürze das größte Solarkraftwerk der deutschen Hauptstadt errichten. Auf dem Dach der Filterhalle des Wasserwerkes am Tegeler See sollen im Laufe des Frühjahrs 1.900 m2 Photovoltaik-Module montiert werden. Das Sonnenkraftwerk wird eine maximale Leistung von 192 kW erreichen und 800.000 € kosten.

PV-Abfallkörbe

PV-Abfallkörbe

Im April 2008 werden in Franklin, New Hampshire, die ersten beiden Abfallkörbe installiert, die PV-betriebenen den hinengestopften Müll zusammendrücken können – und dadurch weniger oft geleert werden müssen. Die BigBelly genannten Teile kosten pro Stück 4.000 $, dafür verriegeln sie sich aber auch automatisch, sobald sie voll sind.

Als nächstes folgt ein Überblick über die jüngsten Entwicklungen auf dem Sektor der Solarzellen. Denn schon seit langem wird neben der Optimierungsarbeit an den konventionellen Silizium-Solarzellen auch noch an vielen anderen und sehr unterschiedlichen Materialien und Materialkombinationen geforscht.

Die nachfolgende Auflistung der mir bislang bekannten Solarzellentypen erfolgt alphabetisch. Dort sind dann auch die jeweiligen Aktualisierungen ab Anfang 2007 aufgeführt.

Die verschiedenen Solarzellentypen

Es fällt inzwischen zunehmend schwer die einzelnen Technologien klar voneinander zu trennen, da überall mit neuen Kreuzungen, Kombinationen und Konglomeraten der verschiedenen Materialien und Techniken experimentiert wird.

Anmerkung: Stand der Recherche ist Anfang 2007 – und inzwischen liegen mir schon Berge an neuen Informationen vor, die ich alleine aber nicht (mehr) bewältigen kann. Ein entsprechendes Update kann daher erst vorgelegt werden, wenn sich Kooautoren an dieser Arbeit beteiligen.

Amorphe Zellen (polykristallines Silizium)

Eine grundlegend neue Entwicklung zeichnet sich 1977 bei den Forschungen des amerikanischen Erfinders Stanford R. Ovshinsky ab, welcher den anfänglich bevorzugten kristallinen Systemen amorphe – d.h. atomar ungeordnete Systeme – entgegensetzt. Der Absorptionseffekt ist hier – im Gegensatz zu den Silizium-Einkristallen z.B. – etwa zehnmal höher. An der Entwicklung ist mit 25 Mio. $ auch die Ölfirma Atlantic Richfield beteiligt. Multikristallines Silizium sei speziell für die Photovoltaik entwickelt worden. Amorphe Zellen sollen zu äußerst günstigen Preisen von etwa 5 € pro Quadratmeter herstellbar sein.

Amorphe Zellen haben meist eine weinrote Farbe, polykristalline schillern bläulich – und beide zeichnen sich neben den niedrigen Herstellungskosten auch durch einen geringen Materialverbrauch und durch ihre Robustheit aus. Außerdem ist das poly- oder multi-kristalline Silizium ungiftig.

Es gibt allerdings einen Unterschied in der Herstellung polykristalliner oder amorpher Zellen: Polykristalline Schichten aus Halbleiter-Verbindungen erhält man durch Aufdampfen (Niedertemperatur-Dampfabscheidung), Amorphe Schichten bekommt man dagegen durch plasmachemische Verfahren, wie sie in der Optoelektronik angewandt werden. Zur Standardmethode wurde hier die Zersetzung des Gases Silan (SiH4) mit Hilfe einer Plasmaentladung. Eine rasch zwischen zwei Kondensatorplatten schwingende Wechselspannung spaltet das Silanmolekül. Das freigesetzte Silizium schlägt sich Atomlage für Atomlage an einer der Elektroden nieder. In einer halben Stunde wächst es zu einer wenige Tausendstel Millimeter dicken Schicht heran, die etwa 10 % Wasserstoff enthält. Weitere Methoden sind die Materialabscheidung mittels Laserstrahlen und das sogenannte Heizdrahtverfahren. Wie bei einer Glühbirne erhitzt ein glühender Draht das Ausgangsmaterial auf rund 2.000°C, wobei es sich thermisch zu reaktiven Teilchen zersetzt.

Im Labor erreichen Zellen aus Einkristallen (s.u.) Wirkungsgrade von 22 %, aus polykristallinem Silizium 17 %, und aus amorphem Silizium mit eingestreuten Wasserstoffatomen 10 %.

Die Dünnschichtzellen-Technologie, die sich in diesem Bereich entwickelt hat, ist auch die Basis einer Vielzahl anderer Zellentypen mit unterschiedlichsten Stoffkombinationen, die ich nachfolgend noch im Einzelnen erwähnen werde.

Die japanische Firma Sanyo Electric Corporation in Osaka forscht ab 1979 auf diesem Gebiet. 1988 erreicht man dort Wirkungsgrade um 12 %, und bereits 1992 stellt man eine Solarfolie vor, die sich auf Autos oder Flugzeuge aufkleben läßt. Der ‚Amorton Solar Cell Film’ besteht aus einer nur 0,12 mm dicken Plastikfolie, auf die mit einem neuen Laserverfahren eine Schicht Silizium aufgetragen wird. Durch ihre Leichtigkeit erreicht die Folie eine Leistung von 200 mW pro Gramm. In Tokio wird ein kompletter Wolkenkratzer mit Solarfolie bekleidet.

In Deutschland wird die Weiterentwicklung dieser Zellen u.a. von Siemens und AEG betrieben. Ein wichtiger Schritt ist die Herstellung von großflächigen polykristallinen Siliziumzellen durch die Firma Wacker-Chemitronic, die in Zusammenarbeit mit der AEG-Telefunken als weltgrößter Hersteller für Zellen-Silizium gilt. Bereits Ende 1979 wird bei der Bundesregierung ein 160 Mio. DM-Programm angemeldet, und schon im Oktober desselben Jahres entsteht in Wedel die erste vollautomatische Fertigungsstrecke der Welt. Zum Einsatz kommt dort eine besondere Schweißtechnik, die der sonst allgemein üblichen manuellen Löttechnik weit über­legen ist. Weiter unten werde ich noch eine allgemeine Übersicht der Solarzellen-Hersteller und ihrer Produktionsanlagen geben.

Die Wacker-Chemitronic-Tochter Heliotronic bringt um 1983 erstmals das Ausgangsprodukt SILSO (Silizium Sondermaterial) auf den Markt.

Spheral Solar Cell

Spheral Solar Cell

1985 beginnt die Kooperation zwischen Texas Instruments (TI) und Southern California Edison Company (SCE) zur Entwicklung einer Spheral Solar Cell, die mit metallurgischem Silizium geringer Reinheit auskommt. Nach sechsjähriger Forschung und 10 Mio. $ Kosten wird 1991 eine Pilotanlage errichtet, in der Prototypmodule für die praktische Erprobung und Auswertung hergestellt werden. Die etwa 30 cm x 30 cm großen Spheral-Solarzellen bestehen aus etwa 17.000 Siliziumkugeln, die auf einer dünnen Aluminiumfolie aufgebracht sind und unter optimalen Bedingungen 100 W erzeugen. Die winzigen Siliziumkugeln entstehen durch sehr schnelles Abkühlen der Schmelze, sie werden dann auf eine perforierte Aluminiumfolie gepresst und mit einer zweiten Folie abgedeckt. Die Serienproduktion soll 1993 beginnen, die Kilowattstunde nach diesem Verfahren nur noch 0,23 $ kosten (im Vergleich zu den 2 DM, die derzeit sonst veranschlagt werden). 1994 wird allerdings bekannt, daß der komplizierte Herstellungsprozeß noch Schwierigkeiten macht.

1986 wird bekanntgegeben, daß der Vertrag zwischen der Spire Corporation und dem US Departement of Energy bereits zum dritten mal verlängert wurde – bei dem es um die Entwicklung von amorphen Zellen in Dünnschicht-Technik und mit einem Wirkungsgrad von ebenfalls 13 % geht. Und 1989 erfährt man, daß das High Technology Center des US-Unternehmens Boeing eine Mehrschicht-Solarzelle mit einem Wirkungsgrad von 37 % entwickelt haben soll.

MBB, später Teil der Daimler-Tochter Dasa, beschäftigt sich ab 1990 mit der Dünnschicht-Technologie, stellt aber schnell fest, daß diese Zellen schon nach wenigen Monaten starke Alterungserscheinungen (Degeneration) zeigten. Außerdem kommt man nicht über einen Wirkungsgrad von 8 % hinaus.

Nachdem als Resultat jahrelanger Proteste der Bau der atomaren Wiederaufbereitungsanlage in Wackersdorf im Juni 1993 endgültig gestoppt ist, plant man dort die Errichtung der weltgrößten Produktionsanlage für Dünnschicht-Solarzellen, und Siemens Solar reicht Ende 1993 die entsprechenden Bauanträge ein. Es sollten rund 200 Mio. DM investiert werden, die Kapazität 30 MW betragen und Produktionsbeginn 1994 sein. Doch nun wird gegen die im Zuge der Solarzellen-Herstellung befürchtete Verschmutzung des Grundwassers mit chlorierten Kohlenwasserstoffen aus den benutzten Lösungsmitteln Sturm gelaufen…

Auch im 1993 neu gegründeten Canon Forschungs- und Entwicklungszentrum für Ökologie nahe Kyoto wird an Dünnschichtzellen aus amorphem Silizium gearbeitet, man erreicht dort einen Wirkungsgrad von 12,3 %. Die Massenfertigung soll bereits 1994 anlaufen, ab 1995 auch in den USA – in Newport News, Virginia, und in Kooperation mit dem US-Unternehmen Energy Conversion Device.

1994 wird aus den USA bekannt, daß die United Solar System Corporation (USSC) in Troy, Michigan, gemeinsam mit dem Energieministerium eine Dünnschicht-Zelle entwickelt hat, die auch noch nach 1.000 Betriebsstunden stabil bleibt – und dabei aufgrund ihrer Stapeltechnik (s.u.) einen Wirkungsgrad von 10,2 % erreicht. Man hatte drei Jahre lang geforscht und 6,3 Mio. $ investiert. Nun soll – ebenfalls in Newport News – für über 20 Mio. $ bis 1995 die größte Produktionsanlage der Welt für Dünnschichtzellen entstehen, mit einer Jahreskapazität von 10 MW. Im Jahr 1997 berichten Vertreter der USSC, daß ihre Dünnschichtzellen aus amorphem Material inzwischen schon einen Wirkungsgrad von 14,6 % erreichen, der nach 1.000 Betriebsstunden auf 13 % fällt und danach relativ stabil bleibt.

1996 entsteht in der Schweiz am Institut de Microtechnique (IMT) der Universität Neuchâtel die erste mikromorphe Dünnschicht-Solarzelle, bei der sowohl mikrokristallines als auch amorphes Silizium vorkommt – und die deshalb Tandem-Zelle genannt wird (s.u.). Während das amorphe Silizium das kurzwellige grüne und blaue Licht des Sonnenspektrums in elektrische Energie umsetzt, übernimmt das mikrokristalline Silizium die Umsetzung des langwelligen roten und infraroten Anteils, wodurch ein Wirkungsgrad von 11 % erreicht wird, der sich nach einigen hundert Stunden Betriebsdauer bei 9 % stabilisiert. Am IMT wird seit über zehn Jahren auch an neuen Produktionsverfahren für Dünnschicht-Solarzellen gearbeitet, nun wird eine drastische Wachstumsbeschleunigung der Dünnschichten erreicht. Während bei dem industriellen Plasma-Abscheidungsprozeß (CVD = Plasma-assisted chemical vapour deposition) eine elektromagnetische Welle von rund 13 MHz eingesetzt wird, geht man beim IMT bis auf 100 MHz, was den Wirkungsgrad markant verbessert. Bei dieser VHF-Abscheidung (VHF = Very High Frequency) wachsen Dünnschichten mindestens viermal so schnell, während der Silanbedarf um etwa 60 % reduziert ist.

PV-Anlage auf Kyocera-Firmensitz

PV-Dach auf Kyocera-Firmensitz

Die polykristallinen Solarzellen des zwischenzeitlichen Weltmarktführers Kyocera aus Japan erreichen 1999 unter Laborbedingungen einen Wirkungsgrad von 17,1 %.

Forscher des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE geben im Dezember 2003 bekannt, daß ihnen die Entwicklung einer 37 Mikrometer (µm) dünnen kristallinen Silizium-Solarzelle mit einem Wirkungsgrad von 20,2 % gelungen ist. Die bisherigen Industriezellen erreichen bei einer Dicke von 300 µm (= 0,3 mm) nur einen Wirkungsgrad um 16 %. Die Herstellung erfolgt mittels dem patentierten und kostengünstigen LFC-Verfahren (Laser Fired Contacts). Dabei wird die Aluminium-Schicht direkt auf die Passivierungs-Schicht aufgedampft. Anschließend brennt man mit einem Laser innerhalb einer Sekunde das Metall durch, um so die lokalen Kontakte herzustellen. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) gefördert.

Die US-Firma TDA Research und die National Science Foundation informieren 2004 über die Entwicklung eines neuen stromleitenden Plastikmaterials namens Oligotron. Möglicherweise kann es auch als Trägermaterial für flexible Solarzellen genutzt werden.

Im März 2004 stellt das Unternehmen Norddeutsche Affinerie AG (NA), einer der größten Kupferproduzenten der Welt, eine flexible Solarzelle mit einer Kupferfolie als Trägermaterial vor. Bei einem Wirkungsgrad zwischen 6,5 % und 10,4 % wiegen die neuen Zellen nur noch 20 % der konventionellen Exemplare und kosten in der Serienproduktion gerade die Hälfte. Grund ist die effektive Produktion in großen Rollen ‚am laufenden Band’ mittels eines galvanischen Beschichtungsprozesses, wobei die Solarzellenbänder anschließend zu Streifen geschnitten, elektrisch verdrahtet und mit Schutz-Folien überzogen werden. Der Produktionsstart soll 2007 erfolgen.

Basierend auf vorangegangenen Forschungsarbeiten des Institut de Microtechnique (IMT) der Universität Neuchâtel entwickelt die Schweizer Firma VHF-Technologies SA aus Yverdon-les-Bains ab Februar 2000 eine neue Plasmatechnologie, mit welcher dünnste Solarzellen aus amorphem Silizium mit einem kontinuierlichen Verfahren (roll-to-roll) direkt auf Plastikfolien abgeschieden werden können. Das Unternehmen ist zur Zeit die einzige europäische Firma, welche flexible Solarzellen erfolgreich zur Marktreife gebracht hat.

Ende 2004 befindet sich an der Technischen Universität in Eindhoven eine neue Folie in der Erprobung, die sich auf Gewebe auftragen läßt, rasch herstellbar ist und die Solarkapazität erhöht. Die im Rahmen des von der Europäischen Union unterstützten Projekts ‚H-Alpha Solar’ (H-AS) gemeinsam mit dem schwedisch-niederländischen Unternehmen Akzo-Nobel entwickelte Folie ist nur einem Mikrometer dick, und die Herstellung erfolgt durch das Aufdampfen von polymorphem Silizium unter hohem Druck bei 200°C auf Aluminiumfolie. Nach dem Abkühlen wird das Aluminium dann durch Kunststoff ersetzt. Der Wirkungsgrad liegt noch bei bescheidenen 7 %, soll sich aber auf 10 % steigern lassen. Die Entwickler kündigen an, etwa in drei Jahren A4-große Folien mit Solarzellen für unter 10 € auf den Markt bringen zu wollen.

Die ab 2005 unter dem Markenname ‚flexcell’ angebotenen flexiblen Solarzellenfolien verbrauchen 100 mal weniger Silizium als Solarzellen aus mono- und polykristallinem Silizium. Sie sind vom Wafermarkt unabhängig und können sehr kostengünstig hergestellt werden. Weitere Vorteile ergeben sich aus der Flexibilität des Produkts und der damit verbundenen neuen Möglichkeiten zur direkten Integration in Dachelemente (Wellprofile, Flachdachpolymermembranen, etc). Neben verschiedenen anderen Demonstrationsprojekten wurde auch eine große Anlage auf der Eishalle von Yverdon installiert.

2006 investiert die deutsche Q-Cells (s.d.) in das Unternehmen, mit der wohl absehbaren Option, seinen Anteil an VHF-Technologies SA später auf 51% zu erhöhen.

Forscher am Hahn-Meitner-Institut Berlin setzen Mitte 2006 erstmals ein modifiziertes und sehr produktives Beschichtungsverfahren für Dünnschichtsolarzellen ein, das kompaktere Schichten auf größeren Flächen verspricht. Der Vorteil des neuen Konzepts liegt darin, daß alle Schichten in einem kontinuierlichen plasmagestützten Abscheideverfahren aufgetragen werden können, im Gegensatz zu dem bisherigen Prozeß, bei dem stets mehrere Abscheideverfahren nacheinander eingesetzt werden mußten. Damit eröffnet sich die Möglichkeit, das bereits großtechnisch eingesetzte Magnetron-Sputtern auch für die kostengünstige Herstellung der kompletten Schichtfolge in Dünnschichtsolarzellen einzusetzen.

In den vorangegangenen 20 Jahren waren die Photovoltaik-Forscher aufgrund zahlreicher erfolgloser Versuche zu der Meinung gekommen, dass die mittels Magnetronsputtern erzeugten aktiven Halbleiter-Schichten zu defektreich sind. Durch das neue Verfahren gelingt es die Abscheidebedingungen zu optimieren und Defekte zu vermeiden. Damit lassen sich kompaktere Schichten bei niedrigeren Temperaturen als bisher erzeugen. Außerdem lässt sich dieses Verfahren auch auf größere Flächen anwenden. Die Forscher planen nun ein Nachfolgeprojekt, in dem die industrielle Umsetzung dieser Technologie mit einer Prototyp-Beschichtungsanlage erfolgen soll.

Solarmatten von Solar Integrated

Solarmatten
(Solar Integrated)

Das amerikanische Unternehmen Solar Integrated ist ein weiterer Solarpionier, der es später zur Marktführerschaft bei flexiblen Solarzellenstoffe gebracht hat. Die Firma ist Spezialist für Flachdachintegrierte PV-Anlagen und hat dafür speziell laminierte amorphe Dünnschichtzellen entwickelt, die sich auf Dächern wie Matten ausrollen und verlegen lassen.

Eine wichtige Motivation der technologischen Entwicklung ist leider noch immer der Krieg. Moderne Soldaten der US-Armee benötigen derzeit rund 240 Wattstunden pro Tag, um all ihre elektronischen Geräte aufzuladen. 2005 werden pro Jahr 150 Tonnen Batterien benötigt, um die Geräte der Soldaten (beispielsweise Nachtsichtgeräte, Laptops, Kommunikationsgeräte und GPS-Einheiten) mit Strom zu versorgen. Die Soldaten tragen oft bis zu zwei Dutzend Ersatzbatterien mit sich herum und dürfen sie auch nicht wegwerfen, weil sich daran ihre Marschbewegungen feststellen ließen. Die US-Armee testet daher tragbare Batterie-Ladegeräte, Zelte und Sensorsysteme, die flexible Solarzellenstoffe enthalten, die aufgerollt oder gefaltet werden können, um sie leicht zu verstauen. Die neuen Materialien geben den Soldaten eine größere Reichweite und sorgten dafür, daß sie selbstständiger agieren könnten.

Anfang Mai 2005 erhält der Zulieferer Konarka Technologies aus Lowell in Massachusetts daher einen Auftrag in Höhe von 1,6 Mio. US-$ für solarbetriebene Batterieladegeräte. Die Prototypen nutzen ein fotovoltaisches Kunststoffpolymer, das ausgerollt ungefähr 6 W Elektrizität erzeugt. Im Unterschied zu den traditionellen, festen Fotovoltaik-Paneels aus Halbleiterschichten basiert das Konarka-Material auf Nanotechnologie und wird auf eine Rolle Kunststoffpolymer gedruckt, ähnlich wie ein fotografischer Film hergestellt wird. Das Ziel des Unternehmens ist es auf einen Preis zu kommen, der bei einem Drittel bis zur Hälfte dessen liegt, was traditionelle Solarmaterialien kosten.

Konarka entwickelt außerdem ein Material, das zusätzlich Sensoren enthalten soll, die etwa Positionsdaten überwachen. Eine Plastikmatte mit Solarmaterial kann außerdem Bewegungs- und Geräuschmelder enthalten, deren Signale drahtlos an die Soldaten übertragen werden. Konarkas Materialien lassen sich färben und in Stoffe einnähen, womit die Solartechnik in Zukunft auch in den Uniformen stecken kann: „Die nächste Generation tragbarer Computer wird mit Energie versorgt, die in der Kleidung produziert wird.“

Die US-Armee testet weiterhin Hütten, die aus Solar-Panels bestehen. Sie werden zum Laden von Laptops, Satellitentelefonen, Licht und Lüftungstechnik verwendet. Die Solarzelte werden von der Firma Iowa Thin Film Technologies hergestellt, die einen eigenen Laserschreibungsprozeß nutzt, um die Solarzellen in ein flexibles Plastiksubstrat zu integrieren. Der Gesamtvertrag beläuft sich auf 3,2 Mio. US-$. Das Unternehmen hat drei verschiedene Zeltgrößen im Angebot – von 190 W bis zu 2 kW. Eine Stunde im vollen Sonnenlicht sorgt beim kleinsten Zelt namens ‚Quadrant’ dafür, dass ein Laptop für fünf Stunden oder ein Handy für 24 Stunden betrieben werden kann.

IAUS Fresnel-Struktur

IAUS Fresnel-Struktur

Die 1987 gegeründete Firma International Automated Systems Inc. (IAUS) aus Salem, Utah, beginnt im September 2005 mit der Massenproduktion ihrer Dünnschicht-Solarpanele. Pro Jahr sollen hier Paneele mit einer Leistung von 200 MW hergestellt werden. Später soll die Produktionsleistung bis auf 850 MW oder sogar 1 GW pro Jahr hochgefahren werden. Die Kosten für Solarstrom sollen damit auf 3 – 5 US-Cent/kWh sinken. Außerdem arbeitet das Unternehmen an einer solarthermischen Lösung, bei der Fresnel-Linsen zur Bündelung der Sonnenstrahlen sowie eine neuartige, blattlose Turbine eingesetzt werden, die nach dem Prinzip von Raketendüsen funktioniert und einen Wirkungsgrad bis 99 % besitzen soll. Im November 2007 arbeitet das Unternehmen allerdings noch immer an seinen Fresnel-Trägerstrukturen mit zweiachsiger Sonnennachführung. Näheres zu dieser Technologie findet sich im Kapitel Optimierungs- und Vestärkungstechniken.

In einem Projekt von Vikram Dalal, seit 1972 in die Solarenergie involviert und inzwischen Direktor des Microelectronics Research Center in Iowa, wird versucht die Effizienz von Solarzellen bis auf 50 %anzuheben. Laut einem Bericht im September 2006 ist es möglich, Zellen mit einem wesentlich geringeren Anteil an Silizium herzustellen. Statt 300 Mikrometer dicke kristalline Wafer könne das gleiche Resultat mit nur 2 Mikrometer dünnen nicht-kristallinen Wafern erzielt werden, wobei aber nur die Hälfte des Stromes erzeugt werden kann, wie bei kristallinen Silizium. Außerdem reduziert sich die Leistung im Laufe der Zeit um bis zu 20 %. Durch neue Entdeckungen der Materialwissenschaften und Plasmachemie wird es nun möglich, die Anbindung von Wasserstoff an das Silizium auch bei den dünnen Zellen signifikant zu steigern – und damit auch die Leistung um rund 35 %.

Dalal arbeitet mit der 1988 gegründeten Firma PowerFilm Inc. zusammen, die dünne und flexible Solarzellen herstellt, um deren Wirkungsgrad und Langzeitstabilität zu erhöhen. Gefördert wird das Projekt mit 63.400 $ aus dem Wirtschaftsförderprogramm des Bundesstaates, außerdem erhält Dalal 220.000 $ von der National Science Foundation für ein selbständiges, aber ähnlich angelegtes dreijähriges Forschungsprojekt.

Es sind übrigens die flexiblen Solarzellen von PowerFilm, die in dem ‚Solar Messenger Bag’ von Fusion – sowie in der ‚Brunton SolarRoll’ integriert sind (s. Entwicklung der photovoltaischen Nutzung 1995 – 2006), wobei letztere inzwischen sogar schon im New York Museum of Modern Art (MoMA) ausgestellt wird. Gleichzeitig arbeitet das Unternehmen aber auch mit der US-Army zusammen, als Beispiel sei hier das einem Beduinenzelt ähnelnde PowerShade gezeigt, sowie mit Lockheed Martin – wobei es dort um die Entwicklung eines solarbetriebenen, militärischen Blimps handelt (s.u. Solarluftschiffe).

Das 2006 gegründete Silicon Valley Start-up Unternehmen Signet Solar Inc. aus Menlo Park, Kalifornien, präsentiert im Mai 2007 die Adaption der Flachbildschirm-Technologie zur Herstellung von polykristallinen Dünnfilm-Solarzellen, die man gemeinsam mit Applied Materials entwickelt hat. Damit wird ein Endpreis von 3 – 4 $ pro Watt erreicht, der in Zukunft sogar auf 1 – 2 $ gesenkt werden könnte. Außerdem sei es möglich, mit der neuen Technik besonders große Module der Maße bis 1,30 x 2,20 m herzustellen.

Schüco Großmodule

Schüco Großmodule

Die bereits 1996 gegründete NanoGram Corporation in Milpitas, Kalifornien, intensiviert neben ihren anderen Geschäftsbereichen ab 2006 auch die Entwicklung günstiger Dünnschicht-Solarzellen aus polykristallinem Silizium, die zu einem Preis unter 1 $/W auf den Markt kommen sollen. Das Unternehmen, das gleichzeitig auch in Japan und Südkorea aktiv ist, stellt Zellen mit einer Filmdicke von 30 Mikrometern vor, scheint sich jedoch auch 2008 noch in der Entwicklungsphase zu befinden.

Ab der zweiten Jahreshälfte 2008 wird Schüco in Mochau, nahe Dresden, mit der Produktion von ultradünnen Solarmodulen aus amorphem Silizium beginnen. Die nur wenige Mikrometer dicken Zellen sollen auf Glasflächen bis zu 5,7 m2 bei einem Output von 460 Wh angeboten werden. Schüco investiert gemeinsam mit E.ON rund 100 Mio. € in dieses Projekt, bei dem auch die neu gegründete Dachgesellschaft der Applied Materials namens Malibu involviert ist. Im Laufe der Jahre soll auch eine Großherstellung in Indien starten, deren Produkte dann ab 2010 angeboten werden.

Cadmium-Zellen

Als geschäftlich aussichtsreich gilt die Cadmiumsulfid (CdS) Dünnschichtzelle der US-Firma Solar Energy System, die sich in Massenproduktion sehr billig herstellen lassen soll. Allerdings ist Cadmium eine hochgiftige Substanz, was z.B. für den Weltmarktführer Siemens Solar ein Ausschlusskriterium war.

Bei einem Wirkungsgrad von etwa 8 % kann ein Quadratmeter Zellenfläche ca. 100 kWh abgeben und rund 50 DM kosten. Um allerdings wirtschaftlich zu werden, muß wegen der Nebenkosten für die tragende Struktur, die elektrischen und elektronischen Zusatzeinrichtungen usw. wenigstens ein Wirkungsgrad von 10 % erreicht werden. Ein weiteres Problem der Wirtschaftlichkeit ist die Frage, ob die Zellen überhaupt über eine genügend lange Zeit chemisch stabil bleiben oder ob sie zu schnell altern und damit unbrauchbar werden.

Bereits 1977 arbeitete das britische Unternehmen Patscentre International an der Herstellung eines vollständigen CdS-Kollektors unter Verwendung einer speziell behandelten Folie von nur 2 µm Dicke. Der Kollektor hatte neben seiner relativ hohen Winkel-Unempfindlichkeit allerdings nur einen Wirkungsgrad von 4 %, sollte jedoch sehr günstig herstellbar sein (ca. 0,28 $/W).

Mit der Unterstützung der Firma Shell arbeitete Prof. K. Boer von der University of Delaware an billigen CdS-Zellen mit einem Wirkungsgrad  von 7 % – 8 %, während die Nukem GmbH mit ihren Zellen bereits 1983 einen Wirkungsgrad von 9 % erreicht hat.

Shell Erneuerbare Energien GmbH und Saint-Gobain Glass Deutschland GmbH vereinbaren Ende 2006 eine Kooperation unter dem Namen AVANCIS. Das neue Unternehmen soll Shell’s CIS-Dünnschichttechnologie, bei der Glas als Trägermaterial genutzt wird, weiterentwickeln, herstellen und vertreiben.

Ebenfalls 1977 schlägt das Battelle-Institut in Frankfurt die Kombination Cadmiumselenid (CdSe) vor, die einen theoretischen Wirkungsgrad von etwa 20 % haben soll. Durch mehrjährige Arbeiten erreicht man bis 1983 im Labormaßstab einen Wirkungsgrad von 7 %. Die CdSe-Zelle ist für infrarotes Licht mit einer Wellenlänge über 720 µm durchsichtig und damit für den Einsatz in Tandemzellen gut geeignet. Sobald ein Wirkungsgrad von 10 % erreicht wird, plant man die Errichtung einer Pilotanlage zur Produktion von 50.000 m2 im Jahr.

Ab 1992 beginnt das Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme (ISE) in Tübingen mit Forschungen im Bereich der Dünnschichtzellen.

1994 plant die US-Firma Golden Photon die Errichtung einer Fabrik für Dünnschichtzellen aus Cadmiumtellurid (SdTe), die einen langfristigen Wirkungsgrad von 10 % besitzen. Cadmium und insbesondere Tellur gehören mit nur 0,1 g bzw. 0,002 g je Tonne zwar zu den seltensten Elementen der Erdkruste, die benötigte Menge je Solarmodul ist jedoch im Vergleich zur kristallinen Technik ungleich gering. Ein ähnliches Halbleitermaterial, Quecksilber-Cadmium-Tellurid, das besonders Infrarot-sensibel ist, wird vom US-Militär für die ‚Infrarotaugen’ von Raketen und Satelliten entwickelt – und dafür können auch mal schnell 20 Mrd. $ ausgegeben werden…(!)

1998 wird eine ähnliche Dünnschicht-Anlage von der deutschen Firma Antec Solar GmbH in Rudisleben bei Erfurt geplant – mit einer Jahreskapazität von 10 MW, was etwa 140.000 Solarmodulen entspricht (s.u.). Ein Vorteil dieses Zellentyps ist die hochautomatische und damit auch sehr kostengünstige Produktion. Thüringen beteiligt sich mit 19,5 Mio. DM an dem Werk, das BMFT fördert die Weiterentwicklung der SdTe-Technologie mit 6,9 Mio. DM. Das Werk soll in drei Jahren seine volle Kapazität erreichen. Neben Golden Photon und Antec Solar beschäftigen sich derzeit nur noch drei weitere Unternehmen mit SdTe-Zellen: Matsushita in Japan, Solar Cells in den USA, sowie BP Solar. Antec selbst wurde übrigens von Wissenschaftlern des 1993 aufgelösten Battelle-Instituts gegründet.

Forscher des amerikanischen National Renewable Energy Laboratory steigern 2001 den Wirkungsgrad von Dünnfilm-Solarzellen aus Cadmiumtellurid auf 16,4 %.

Am 13.03.2003 erreicht Shell Solar mit großflächigen Zellen auf Basis von CdS/Cu(In,Ga)Se2 einen neuen Rekord bei Dünnschicht-Solarzellen – mit einem Wirkungsgrad von 12,8 %. Zwei Wochen später verkündet BP Solar, daß man im Technologie-Zentrum im britischen Sunburry mit 18,3 % (bisher 16,5 %) einen neuen Wirkungsgrad-Weltrekord bei den 125-Millimeter-Zellen aufgestellt habe. Die neue Solarzelle soll im neuen, hochmodernen Werk The Tres Cantos in Madrid/Spanien produziert werden.

Im Oktober 2005 berichten Wissenschaftler der Universität Berkeley über die Entwicklung einer potentiell preiswerten Solarzelle aus anorganischen Stoffen: eine Lösung aus abgeschiedenen Kristallen aus CdSe und CdTe. Zur Kontaktierung verwenden sie eine Schicht aus Aluminium und eine durchsichtige Schicht aus Indium-Zinn-Oxid (ITO). Die Solarzellen sind an Luft stabil und haben einen Wirkungsgrad von knapp 3 %. Gegenüber billigen Solarzellen aus Polymeren haben sie den Vorteil, nahezu das gesamte sichtbare Spektrum ausnutzen zu können, zudem ist die Ladungsträgerbeweglichkeit bei Polymeren niedrig. Offen bleibt, ob der Cadmium-Bestandteil Entsorgungsprobleme aufwirft.

Die 1999 gegründete Firma First Solar, Hersteller von Cadmiumtellurid (CdTe) Solarzellen, ist Ende 2007 fast der einzige Produzent auf dem Markt (die CIGS-Zellen sind zu diesem Zeitpunkt noch nicht im Verkauf) und fährt alleine im dritten Quartal einen Gewinn von 46 Mio. $ ein. Das seit 2002 produzierende Unternehmen arbeitet nun intensiv an der Erweiterung seiner derzeitigen Produktionskapazitäten von 210 MW, die im Laufe der wenigen kommenden Jahre verdoppelt werden sollen. Als derzeitiger Wirkungsgrad werden 10,5 % genannt.

First Solar Folie

First Solar

Und während der Preis für ein Watt von 27 $ im Jahre 1982 auf einen heutigen Preis von rund 4 $ gefallen ist, wird für die nächsten Jahre ein weiteres drastisches Sinken erwartet.

Der Firmeninhaber Harold McMaster beschäftigt sich seit den 1980ern mit der Photovoltaik und hat an Silikon- sowie Cadmiumtellurid-Zellen bereits mit dem Unternehmen Solar Cells zusammengearbeitet, aus dem später die First Solar hervorgehen sollte. Für die kommenden Jahre bis 2012 sind bereits mit führenden Projektentwicklern langfristige Verträge für die Lieferung von 2,8 GW abgeschlossen.

Auch am Lawrence Berkeley Lab und dem National Renewable Energy Lab forscht man 2007 an Cadmiumtellurid-Zellen, während Calyxo, ein Tochterunternehmen der deutschen Q-Cells, damit beginnt, in Bitterfeld-Wolfen seine erste prototypische Produktionslinie von 25 MW aufzubauen, die im ersten Quartal 2008 in Betrieb gehen soll.

Ende 2007 übernimmt Q-Cells für 5 Mio. $ und einem Aktienanteil von 7 % auch das US-Unternehmen Solar Fields aus Toledo, Ohio, das nun Calyxo unterstellt wird. Außerdem fördert Q-Cells die Weltumrundung des Solartaxis von Louis Palmer (s.u. Elektromobile 2007).

Mitte 2007 gibt die AVA Solar Inc. aus Ft. Collins, Colorado, bekannt, daß man die seit 1991 von Prof. W. S. Sampath an der Colorado State University entwickelten Cadmiumtellurid Dünnfilm-Solarmodule ab 2008 produzieren wird, zu einem Preis unter 1 $/W. Die Massenproduktion von 200 MW jährlich soll ab 2009 starten. Sampath hat auch ein kontinuierliches und automatisches Herstellungsverfahren für diesen Zellentyp entwickelt.

Floureszenzlicht-Zellen

Floureszenzlicht-Zellen sind eine Entwicklung des Freiburger Instituts für Festkörpermechanik der Fraunhofer Gesellschaft, mittels derer auch diffuser und/oder indirekter Lichteinfall konzentriert ausgenutzt werden kann. Das ursprüngliche Versuchsmodell besteht aus einem gleichschenkligen Dreieck aus fünf Millimeter dickem halbdurchsichtigem Kunststoff. Das Licht wird von den Floureszenzfarbstoff-Molekülen im Innern der gefärbten Plexiglasscheiben absorbiert, wobei ein großer Teil der Lichtenergie gleich wieder abgestrahlt wird – während der Rest innerhalb der Platte selbst aber auf die schmalen Schnittkanten hin abgelenkt und so lange hin und her reflektiert wird, bis er – stark konzentriert – an den Schnittkanten austreten kann.

Prof. Adolf Goetzberger erwähnt, daß etwa 75 % des auftreffenden Lichtes zu den Schmalseiten strömt, wo es von konventionellen Solarzellen aufgefangen und in elektrische Energie umgewandelt wird.

Das Entwicklungsziel von wirtschaftlichen Floureszenzkollektoren soll daraufhin BMFT-gefördert zusammen mit den Erkenntnissen von BASF, Bayer und Hoechst erreicht werden – und die Fraunhofer Gesellschaft gründet 1976 ein entsprechend leistungsfähiges Fraunhofer Institut für Solartechnik zu diesem Zweck, das spätere ISE. Schon die erste Publikation des Instituts hat die Flukos zum Inhalt.

Mit dieser Methode kämen die Energieproduzenten nämlich mit entsprechend weniger Solarzellen aus – bei einer gleichzeitig bis zu 100-fach erhöhten Lichtausbeute, verglichen mit den handelsüblichen Modulen. Und während sich 1979 in den Vereinigten Staaten erst vier Forschungslaboratorien mit dieser neuen Technik beschäftigen, experimentiert man in Freiburg bereits mit Mehrschichtkollektoren, die mit verschiedenen Fluoreszenzfarbstoffen und unterschiedlichen Solarzellen versehen sind.

Im Juli 2008 erzielt das ISE mit 6,7 % elektrischem Wirkungsgrad einen neuen Weltrekord für Floureszenzkollektoren.

Gallium-Zellen

Unter den Gallium-Zellen sind jene aus Galliumarsenid (GaAs) die häufigsten. Dabei ist zu beachten, daß Gallium relativ selten und daher teuer ist, und daß Arsenik eine hochgiftige Substanz ist. Galliumarsenid-Zellen haben einen theoretischen Wirkungsgrad bis 28 % und besitzen eine hohe Strahlenresistenz.

Die kalifornische Firma Consumers Solar Electric Power Corporation (CSEP) in Culver City behauptet, daß sich Galliumarsenid-Zellen in Großserie billig herstellen lassen und daß sie einen hohen Wirkungsgrad besitzen. Ein erster praktischer Versuch startet Anfang der 1980er Jahre mit sechs Postautos in Los Angeles. Bei diesen Fahrzeugen wird die solare Elektrizität zur Produktion von Flüssigwasserstoff genutzt, aus dem dann der Mischtreibstoff Hy-Fuel hergestellt wird (s.d.).

IBM experimentiert ab 1980 mit Galliumarsenid-Zellen. Im Labormaßstab erreicht man dort bereits einen Wirkungsgrad von etwa 22 %.

1983 gibt die US-Firma Spire Corporation bekannt, das man dort bald billige Silizium-Solarzellen herstellen kann, die mit einem Galliumarsenid-Film belegt sind und dadurch einen Wirkungsgrad von 25 % erreichen.

1991 gilt noch immer der offizielle US-Weltrekord des Solar Energy Research Institute (SERI) in Denver von 25,7 %, doch die Wissenschaftler des Fraunhofer-Institutes für Solare Energiesysteme (ISE) in Freiburg sind ihrerseits schon bei 22,3 % angelangt. Außerdem nutzen sie eine neue, wesentlich weniger aufwendige sowie auch schadstoffärmere Verfahrenstechnik, die Flüssigphasenepitaxie, mit der dünnste gerichtete kristalline Schichten hergestellt werden können. Dieses Projekt wird mit 4,9 Mio. DM vollständig vom BMFT gefördert.

Mitte 1997 vermeldet das ISE einen neuen Europarekord: Die neuen Tandem-Konzentratorzellen (s.u.) aus den Halbleiterverbindungen Galliumarsenid und Galliumantimonid (GaSb) erreichen – unterstützt durch Plexiglaslinsen – einen Wirkungsgrad von 31,1 % (eine Gruppe in den USA hat mit ähnlichen Zellen inzwischen bereits 33 % erreicht).

Ende 1999 erreicht eine monolithische Tandem-Zelle des ISE aus Galliumarsenid und Galliumindiumphosphid einen Wirkungsgrad von 27 %. Da diese Zelle in einem Prozeß hergestellt wird ist ihre Fertigung kostengünstiger, als das Aufeinandersetzen zweier getrennt hergestellter Zellen bei der herkömmlichen Tandem-Zelle.

Ende 2002 finden Forscher des Lawrence Berkeley National Laboratory – in Zusammenarbeit mit der Cornell-Universität und der japanischen Ritsumeikan-Universität – ein Material für Solarzellen, das die Strahlung aus dem gesamten Tageslicht-Spektrum – von Infrarot bis Ultraviolett – in elektrische Energie umwandeln kann. Basis dieser künftigen Zellen ist eine Legierung aus Indium-Gallium-Nitrid (InGaN), welche eine Energieausbeute von 50 % ermöglichen soll. Das für Solarzellen ideale Material ist hitze- und strahlungsbeständig und läßt sich relativ günstig herstellen.

Die Forscher stellen fest, daß die Bandlücke bei dem Halbleiter Indiumnitrid nicht wie bislang angenommen 2 Elektronenvolt (2 eV) beträgt, sondern vielmehr 0,7 eV. damit eröffnen sich neue Möglichkeiten für die Herstellung von effizienteren Solarzellen.

Infrarot-Zellen

(s.u. Tandem-Zelle, Nano-Zellen und Photonische Kristall Zellen)

Grätzel-Zellen (nanokristalline Farbstoffzellen)

Eine der interessantesten Entwicklungen im Bereich der Photovoltaik wurde 1991 unter dem Namen ihres Erfinders, des deutschen Chemikers Michael Grätzel bekannt. Die gemeinsam mit dem amerikanischen Forscher Brian O’Regan am Institut für Physikalische Chemie der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL) entwickelte photoelektrochemische Technik ist zwar nicht neu, sie ist nun aber – nach 10-jähriger Forschung – das erste mal effizient gemacht worden. Diese Solarzelle arbeitet mit ungiftigem Titandioxid, erreicht einen Wirkungsgrad zwischen 8 % und 12 % und ist sehr billig in der Herstellung. Eine Besonderheit ist auch ihre Sensibilität für diffuses Licht: Wenn mit direkter Sonneneinstrahlung z.B. 10 % erreicht werden, nimmt der Wirkungsgrad – im Gegensatz zu allen anderen Solarzellentypen – bei Bewölkung oder stark sandhaltiger Luft zu und kann bis zu 13 % erreichen. Aufgrund von Dauertests wird bereits jetzt von einer Haltbarkeit bis zu 5 Jahren ohne Leistungsabfall ausgegangen.

Der Durchbruch war damals so gravierend, das den Forschern anfänglich nur Skepsis entgegenschlug.

Das Funktionsprinzip der Zelle ähnelt der Wirkung des Chlorophylls beim Prozeß der Photosynthese (s.o.). In der Grätzel-Zelle werden die Elektronen einer hauchdünnen Farbstoffschicht durch das einfallende Sonnenlicht angeregt und fließen dann durch eine Halbleiterschicht aus Titandioxid in die auf Glas angebrachte Leiterschicht. Der Farbstoff selbst gleicht sein Ladungsdefizit mit Elektronen aus einer darüber liegenden Schicht Jodlösung wieder aus. Das Titanoxid wird als weiße Anstreichfarbe und Zugabe in Zahncremes massenhaft und billig hergestellt, auch bei dauerhafter Bestrahlung hat es sich als sehr haltbar erwiesen.

Zwar bemühen sich Prof. Helmut Tributsch vom Berliner Hahn-Meitner-Institut sowie eine japanische Forschergruppe seit den 1970er Jahren, eine effiziente photoelektrochemische Zelle zu entwickeln, jedoch ohne Erfolg. Die Japaner hatten damals berichtet, mit Licht und dem Halbleiter Titandioxid Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff spalten zu können. Die Ausbeute war allerdings äußerst gering, da das Titanoxid (alleine) nur den ultravioletten Anteil des Sonnenlichtes nutzen konnte. Auch der deutsche Physikochemiker Heinz Gerischer hatte Anfang der 70er Jahre versucht, Halbleiter durch gelöste Farbstoffe zu sensibilisieren, doch die Antriebsenergie verpuffte bereits nach 10 – 100 Milliardstel Sekunden. Und trotz der Oberflächenanbindung der Farbstoffe absorbierte eine dichte Schicht nur etwa 1 % des einfallenden Lichts.

Die Probleme, an denen diese Wissenschaftler scheiterten, werden von Grätzel, der seit 1976 erst in Berkeley und dann in Lausanne forscht, genial gelöst: Die Kopplung des Titanoxid mit einem Farbstoff sensibilisiert die Zelle für ein wesentlich breiteres Spektrum, die Lichtausbeute wird durch das Aufrauhen und der damit einhergehenden um das 1.000-fache Vergrößerung der Oberfläche gesteigert, als Farbstoff wird eine besonders stabile Metallverbindung gewählt (die es in jedem Baumarkt gibt!), und die sonst so häufig beobachtete und zerstörend wirkende Bläschenbildung wird durch eine Lösung unterdrückt, deren Siedepunkt bei über 200°C liegt.

Der schwedisch-schweizerische Elektro-Konzern Asea Brown Bovery (ABB) zeigt sich interessiert und will testen, ob sich die Zelle auch in großen Stückzahlen herstellen läßt – allerdings nur mit ‚gebremster Kraft’, wie man sich bei ABB überraschend offen ausdrückt. Der Schweizer Chemiekonzern Sandoz arbeitet unterdessen an der Optimierung des Farbstoffes. Im Jahr 1992 rechnet zumindest Grätzel damit, daß die ersten Zellen in zwei Jahren auf den Markt kommen, zu einem Preis von etwa 2 $ pro installiertem Watt – also weniger als die Hälfte des Preises der zur Zeit billigsten Zellen.

Ich höre von dieser Innovation schon recht früh und korrespondiere darüber auch mit anderen interessierten Menschen, so daß mir bereits 1992 ein persönlicher, handgeschriebener Versuchsbericht vorliegt, in dem die Künstlerin Ariane Ritter aus Nürnberg, eine sehr detaillierte Darstellung ihrer Arbeiten gibt, wie sie in ihrem heimischen Backofen eigenhändig eine kleine, sehr einfach strukturierte Farbstoff-Zelle hergestellt hat.

Nach Veröffentlichung des Buches der Synergie meldet sich Martin Löffler bei mir, der den Versuch von Ariane wiederholen möchte. Er tippte auf meinen Wunsch hin auch den Brief ab, damit ich den technischen Teil hier veröffentlichen kann:

 

Den Versuch, mit 2 Farben, die metallhaltig sind, eine Solarzelle zu bauen, kann ich nicht mehr ganz nachvollziehen, da mir nur noch eine der benutzten Farben einfällt.

Trotzdem beschreibe ich den Versuch so gut und verständlich wie möglich.

Skizze des Aufbaus dieser Solarzelle

Materialien:

Auf ein Stück Alufolie ca. 20 x 20 cm trug ich eine Gelatineschicht auf und ließ sie trocknen. Darauf trug ich 2 Farbfelder auf, die sich nicht berühren sollten. Die Farbfelder bestehen aus mit Wasser angelöster Gelatine und Farbpigment, das metallhaltig ist. Die Farbpigmentschicht trocknete ich im Backofen bei 50°C.

Nach diesem Trockenvorgang war keine Spannung zwischen den beiden Farbfeldern zu messen. Nach ca. 4 Std. starker Sonneneinstrahlung war eine deutliche Spannung zwischen den Farbfeldern ablesbar.

Soweit der Versuch. Ich hoffe, ich habe Dir ein bisschen geholfen. Du müsstest jetzt einen Fachmann finden, der den Versuch nachempfindet, das andere metallhaltige Farbpigment herausfindet und eine Möglichkeit findet die Spannung in Strom zu verwandeln. (…)

Natürlich erreichte diese Selbstbau-Solarzelle keinen nennenswerten Wirkungsgrad, doch bei Sonneneinstrahlung war eine eindeutige Spannung zwischen den beiden verschiedenen Farbpigment-Flächen ablesbar.

Was mich an dem Prinzip der Farbstoff-Zelle so sehr fasziniert, ist ihr Ansatz zur ‚technologischen Demokratisierung der Photovoltaik’, wie ich das gerne bezeichne. Denn alle anderen Solarzellen erfordern extrem aufwendige, technisch komplizierte und sehr kostspielige Anlagen zu ihrer Herstellung. Sowohl diese Anlagen als auch die hierfür notwendige Infrastruktur sind dem Bereich High-Tech zugeordnet und damit weitgehend ein Monopol großer Unternehmen in technologisch fortgeschrittenen Industriestaaten. Sie erfordern außerdem hochqualifizierte Mitarbeiter. In Ländern der 3. Welt ist die Implementierung der notwendigen Reinraumtechnik zur Herstellung von Silizium dagegen so gut wie unmöglich – selbst dann, wenn das ganze Land ansonsten aus Sand besteht…

Mit der Gräzel-Zelle sieht das alles zum ersten mal etwas anders aus. Wenn in Deutschland jemand in seiner Küche eine derartige Zelle selber ‚backen’ kann, dann kann dies auch genauso gut jemand in der Mongolei, in Mauretanien oder auf Malta. Deshalb noch einmal zum mitlesen: Im Gegensatz zu allen anderen Arten von Solarzellen ist die Herstellung der Grätzel-Zelle fast so einfach wie die Zubereitung eines Sandwich: Man bestreicht eine zinnoxidbedampfte Glasscheibe mit Titanoxid, röstet das ganze eine halbe Stunde lang im Ofen, bestreicht die ‚Toastscheibe’ mit einem Farbstoff, darüber kommt eine Jodlösung, oben drauf noch eine zweite bedampfte Glasplatte – und fertig ist die Solarzelle (!).

Während der durchschnittliche Wirkungsgrad der (fortgeschrittenen) Grätzel-Zelle im Dezember 1991 noch 10,4 % beträgt, erreicht er Ende 1992 schon fast die Marke von 15 %. Mitte 1993 wird die Serienreife bekannt gegeben. 1994 erfährt man, daß nun erste Produkte mit Grätzel-Zellen auf den Markt kommen sollen, Module für höhere Leistungen können in wenigen Jahren in die Serienfertigung gehen. Nach einer Schätzung des amerikanischen Triangle Research Institute in Nord Carolina wird die Zelle bei industrieller Fertigung nur ein Fünftel bis ein Zehntel dessen kosten, was für die anderen marktüblichen Zellen veranschlagt wird.

Eine gute Freundin, die Journalistin Leila Dregger, informiert mich im Januar 1996 über ihr Zusammentreffen mit Grätzel, ich werde ihren Bericht hier unverändert präsentieren:

„(Grätzel) selbst ist natürlich immer begeistert von sich. War überhaupt lustig, ein Interview während einer S-Bahnfahrt von Wannsee nach Lichtenberg, zwischendrin Sightseeing von Berlin und so. Ein richtig liebenswert zerstreuter Professor. Ja, er ist Berliner, lebt und arbeitet aber jetzt in Lausanne.

Die Grätzelzelle besteht aus einem nur wenige zehntausendstel Millimeter dicken Halbleiterfilm, in den winzige Vertiefungen eingearbeitet sind. Diese ‚schwammige’ Halbleiterschicht ist mit einem (roten) Farbstoff überzogen, der das Sonnenlicht absorbiert. Geringe Fertigungs- und Materialkosten, die billigen und weit verbreiteten Ausgangsstoffe sind Glas, Titandioxid (weißes Farbpigment), organische Lösungsmittel z.B. Jod.

Das System wird jetzt am Institut für angewandte Photovoltaik in Gelsenkirchen weiter erforscht bis zur Praxisreife. Erhoffen sich, in drei bis fünf Jahren mit konventioneller Stromerzeugung konkurrieren zu können. Für die geringe Lebensdauer (zwei statt mind. 20 Jahre) wurde eine erste Lösung gefunden: Versiegelung mit Flüssiggas, damit kein Wasser in die Zellen dringt. Es besteht aber auch eine hohe Anfälligkeit der organischen Verbindungen gegenüber Klebstoffen. Und der Wirkungsgrad ist gar nicht schlecht, fast 10 %, das aber auch bei diffusem Licht. Für diese billige Herstellung und da man sie auch fast durchsichtig machen kann und daher auch als Fenster verwenden kann, ist das eine tolle Sache. Bis jetzt können sie sie aber noch nicht verschalten, also zu großen Anlagen zusammensetzen. Bis zum Jahr 2000 wollen sie das lösen.

Aber in der Schweiz sind zwei Tüftler, die Zwillinge Meyer, die haben die Probleme schon bei sich in der Küche gelöst. Statt Metall-Verschaltungen, die von der Jodverbindung immer zerfressen werden, benutzen sie Kohlenstoff. Die beiden Meyer scheinen echt fit und sympathisch zu sein, so echte Bastler, denen kein Problem zu verflixt ist.

Grätzel-Forschungsgelder? Wenig würde ich das nicht nennen: Neun Millionen DM für den ersten Entwicklungsschritt, bezahlt vom Land NRW (80%), den Rheinischen- und den Hamburgischen E-Werken, der Gelsenkirchener Flachglas GmbH, dem Essener Spezialchemikalienhersteller Thomas Goldschmidt, den Stadtwerken und dem Wissenschaftspark Gelsenkirchen.

Ziel: 10 qm Module mit 10 % Wirkungsgrad schon Ende 1996.
Preise: von 30 bis 40 Pf/kWh in 3 bis 5 Jahren.

Bleibt die Anwendung für kleine feine Dinge, vor allem in Innenräumen. Also Taschenrechner, Batterien und Uhren. Swatch bringt dieses Jahr die erste Grätzel-Uhr heraus. Eine Personenwaage sollte schon 1994 in der Schweiz auf den Markt kommen.“

Anfang 1995 benennt das Berliner HMI das Problem der Grätzel-Zelle: Ihr Wirkungsgrad erreicht nur 8 % und die Zelle ist im Betrieb nicht stabil. Lausanne vermeldet daraufhin, daß 10 % durch die Implementierung eines ‚Anker-Moleküls’, das einen lichtaktiven Ruthenium-Komplex enthält, erreicht worden sind. Das Gelsenkirchener Institut für angewandte Photovoltaik GmbH, ein Partner Grätzels, geht davon aus, in drei bis fünf Jahren mit der konventionellen Stromerzeugung konkurrieren zu können, auch wenn die Lebensdauer von derzeit 2 Jahren zuerst auf mindestens 20 Jahre erhöht werden muß.

1996 erreicht die Grätzel-Zelle bei diffusem Licht einen Wirkungsgrad von 18 %. Für die Firma Solaronix in Aubonne im Kanton Waadt entwickeln die Meyer-Brüder Andreas und Tobias einen Baukasten, mit dem Schüler und andere solcherart Zellen selber herstellen können, die Vermarktung soll im Herbst 1997 beginnen. Mitte 1998 wird in der Presse allerdings noch immer von einer Haltbarkeit von nur einem Jahr und einem Wirkungsgrad von 8 % gesprochen. In Gelsenkirchen rechnet man damit, ab 2000 mit der Pilotfertigung der ‚nano-strukturierten Farbstoff-sensibilisierten Solarzellen’ beginnen zu können. Ende 1998 gibt Grätzel außerdem die Entwicklung einer Feststoff-Solarzelle bekannt, die mit einer neuen organischen Substanz namens OMeTAD arbeitet – und einen Wirkungsgrad bis zu 33 % haben soll. An dieser Entwicklung ist das Mainzer Max-Planck-Institut für Polymerforschung beteiligt.

Ende 2004 soll die Grätzel-Zelle von dem Unternehmen Konarka Technologies aus Massachusetts, das mit dem amerikanischen Forschungslabor in Oak Ridge zusammenarbeitet, unter dem Namen ‚Nano-Solarzelle’ (s.d.) auf den Markt gebracht werden, nachdem es gelungen ist, eine derartige Solarzellenschicht auf eine gebogenen Oberfläche (z.B. Autokarosserie) aufzubringen. Zu diesem Zeitpunkt sollen sich pro Quadratmeter bereits 100 W ernten lassen.

Dream House von Toyota

Dream House

Toyota stellt bereits im März 2005 das erste Gebäude mit fassadenintegrierten Farbstoffzellenkollektoren vor, einen Protoyp namens ‚Dream House’, der neben avancierter Solartechnik auch als Präsentationsobjekt zukünftiger Hausautomation dient, die das Unternehmen ab 2010 erwartet.

Als erster Hersteller kommt 2006 Peccel, eine Ausgründung der Universität Yokohama, mit ihrer Dye-sensitized cell als Serienmodell auf den Markt.

Der EPFL-Lizenznehmer Konarka Technologies aus Lowell, Massachusetts, der sein Produkt inzwischen farbstoffsensibilisierte Solarzelle nennt (Dye-sensitized solar cell, DSSC), unterzeichnet im August 2006 mit der Londoner Renewable Capital Ltd. ein Kooperationsabkommen zur großindustriellen Produktion seiner Power Plastic Zellen-Bänder.

Das Unternehmen hatte die ursprüngliche Grätzelzelle sehr stark weiterentwickelt und außerdem eine Produktionstechnologie zur preisgünstigen Herstellung konzipiert. Dabei wird eine photovoltaische Nanotechnologie genutzt, mit der winzige Partikel – 1000 mal kleiner als der Durchmesser eines menschlichen Haares – auf Kunststoff oder Fasermaterialien aufgebracht werden.

Konarkas europäische Zentrale befindet sich in Nürnberg, außerdem gibt es Forschungszentren in Österreich und der Schweiz. Das Unternehmen macht auch Werbung damit, daß es für militärische Anwendungen Folien in Tarnfarben anbieten kann.

Konarkas Solardach in Tarnfarben

Konarkas Tarn-Solardach

Im September 2006 meldet die Presse, daß Konarka eine 20 MW Fabrikationsanlage für die folienbasierten Grätzel-Zellen plant. Michael Grätzel lehrt derweil weiterhin am Eidgenössischen Polytechnikum Lausanne und arbeitet gleichzeitig an der Verwendung von Nanokristallen, um die Effizienz der Zellen nochmals deutlich zu steigern. In den neuen Lichterntesystemen stapeln sich Hunderte von Nanopartikeln die mit einem Farbstoff überzogen sind der das Licht absorbiert, wobei die Nanopartikel selbst die Elektronen weitertransportieren. Weiter unten komme ich nochmals auf die Nano-Zellen zusprechen.

Die Idee der Farbstoffzellen beschäftigt allerdings auch andere Institutionen: Forscher vom Fraunhofer-Institut entwickeln z.B. 2006 ein Verfahren um farbige Solarzellen herzustellen, bei denen die Lichtumwandlung in Strom durch einen organischen Farbstoff und einen gelierbaren Elektrolyt erfolgt. Die Farbe der im Ausgangsstadium ockerfarben transparenten Module kann durch entsprechende Filter gesteuert werden. Durch das Bedrucken mit streuenden Schichten können innerhalb der Module außerdem Bilder und Schriftzüge ohne nennenswerten Leistungsverlust kreiert werden, wodurch sich für die Fassadengestaltung und zu Werbezwecken ganz neue Möglichkeiten ergeben.

Im Labor wurden auf kleineren Flächen zwar schon Wirkungsgrade von über 10 % erreicht, doch die Wissenschaftler hoffen, diesen Wert innerhalb der nächsten beiden Jahre noch signifikant steigern zu können.

Auf der Hannover-Messe 2006 präsentiert das ISE dann mehrere quadratische Farbsolarzellen-Module mit 30 cm Kantenlänge, in denen jeweils sechs Solarzellen hintereinandergeschaltet sind, und bei etwa 4,2 V Spannung 0,8 A Strom lieferten, was allerdings einem Wirkungsgrad von nur 2,5 % entspricht, was lang nicht an die im Labor ermittelten möglichen 11 % heranreicht.

Craig Grimes und sein Team von der Pennsylvania State University präsentieren im Februar 2006 Solarzellen vor, die aus winzigen Röhrchen aus Titandioxid bestehen. Diese wirken für Elektronen wie Schnellstraßen und erhöhen damit die Stromausbeute. Die Herstellung der Solarzellen erfolgt, indem zunächst eine transparente Elektrodenschicht und dann eine 500 Nanometer dünne Schicht Titan auf eine Glasscheibe aufgebracht wird. Anschließend wird das Glas in ein Säurebad getaucht, währen gleichzeitig ein elektrischer Strom fließt, wodurch das Titan oxidiert und in der Titanschicht bis zu 360 Nanometer lange Röhrchen aus Titandioxid wachsen. Nach dem Auskristallisieren wird das Titandioxid mit einem Farbstoff behandelt, schließlich folgt ein flüssiger Elektrolyt auf Jodbasis und als Abschluß eine Gegenelektrode.

Sobald Licht durch die Gasplatte fällt, gibt der Farbstoff Elektronen ab, die durch die Nanoröhrchen rasch zur negativen Elektrode geschleust werden. Von dort können sie über einen Stromkreis zur positiven Elektrode und durch den Elektrolyten wieder zum Farbstoff gelangen – und dabei elektrische Arbeit verrichten. Es besteht nun reichlich Optimierungsbedarf, denn mit den 360 nm langen Nanoröhrchen beträgt der Wirkungsgrad der farbstoffsensibilisierten Solarzellen nur rund 3 %. Dieser Wert soll durch den Einsatz einiger Tausend Nanometer langer Röhrchen sowie durch einen geringeren Abstand zwischen den beiden Elektroden gesteigert werden. Der theoretische Idealwert beträgt immerhin 31 %, und ist verbunden mit einer relativ einfachen und kommerziell umsetzbaren Fabrikation. Mehr über Nanozellen gibt es weiter unten sowie im Kapitel zu den Optimierungs- und Verstärkungstechniken.

Im Dezember 2006 stehen Forscher des Instituts für Physikalische Chemie und Elektrochemie der Leibniz-Universität Hannover dagegen schon kurz vor der kommerziellen Einführung einer dort entwickelten kostengünstigen Farbstoffsolarzelle, bei der die Titandioxid- und Zinkoxidschichten als poröser Film auf eine leitfähige Unterlage elektrochemisch abgeschieden bzw. aufgebracht werden. An diese Oxidschicht wird ein Farbstoff angelagert, in dessen Molekülen durch das Sonnenlicht Elektronen angeregt werden, die auf das Halbleiteroxid übertragen werden und zum leitfähigen Rückkontakt diffundieren. Die hannoverschen Forscher arbeiten daran die Produktionstemperatur der Zellen auf Raumtemperatur abzusenken, außerdem hat man sich zum Ziel gesetzt, flexible Farbstoffsolarzellen zu entwickeln, die zum Beispiel in Kleidung oder Zeltplanen integriert werden können, Diese sollen auch in vielen bunten Farben hergestellt werden, um sie als energiebringende Accessoires schneller populär zu machen.

Im Januar 2008 verlautet aus dem Team der Schweizer Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, daß man eine Lösungsmittel-freie DSSC-Zelle hergestellt habe, die auf einem binären ionischen Flüssig-Elektrolyt basiert. Mit einem Wirkungsgrad von 7,6 % wird ein neuer Rekord gemessen. Außerdem ist die Zelle auch bei 80°C im Dunkeln, bzw. bei 60°C unter Lichteinfall für über 1.000 Stunden stabil.

Die auf Titandioxid-Elektroden fixierten Farbstoff-Moleküle haben sich als eine sehr attraktive Zellen-Variante erwiesen, die niedrige Kosten, eine relativ einfache Fertigung mit einem hohen Wirkungsgrad verbinden. Die 11 %, die teilweise schon erreicht werden, betreffen allerdings nur Zellen, die flüchtige organische Lösungsmittel als Elektrolyten nutzen, was ihren praktischen Einsatz durch den hohen Dampfdruck dieser Lösungsmittel sehr erschwert.

Shaik Zakeeruddin, Michael Grätzel und ihre Kollegen nutzen zur Herstellung ihrer lösemittelfreien Solarzelle eine Mischung aus zwei ionischen Flüssigkeiten als Redox-Elektrolyt in Verbindung mit einem neuartigen Ruthenium-basierenden Farbstoff. Ionische Flüssigkeiten haben im wesentlichen einen Dampfdruck von Null, weshalb sie selbst stabilen und schwerflüchtigen organischen Lösungsmitteln vorzuziehen sind.

Inzwischen gibt es im Netz eine sehr ausführliche und sehr zu empfehlende Selbstbauanleitung der Universität Bayreuth.

Doch auch viele andere Gruppen beschäftigen sich bereits mit der Farbstoffzellen-Technologie:

Ende 2006 verkünden Wissenschaftler der Universität von Tor Vergata in Rom die Entwicklung eines neuen Typs von Farbstoffzelle, bei dem sie das Pigment von Blaubeeren genutzt haben. Der dunkle Farbstoff namens Anthocyanin sticht bei der spektralen Absorption von Sonnenlicht die meisten anderen pflanzlichen Farbstoffe aus, obwohl die Effizienz bislang erst 1 % beträgt.

Eine Kostenreduktion um 90 % gegenüber Siliziumszellen versprechen im April 2007 neuartige grüne Farbstoffzellen aus Neuseeland, die auch diffuses Licht gut umsetzen. Hierfür wird synthetisches Chlorophyll  eingesetzt, dessen Moleküle auf einem dünnen Film aus miteinander verbundenen Titanium-Dioxid-Partikeln aufgebracht sind, die ähnlich wie Nano-Röhrchen die vom Lichteinfall auf den Farbstoff in Bewegung gesetzten Elektronen weiterleiten. Im Grunde ist es möglich, daraus auch einen Farbanstrich zu machen, der dann Strom erzeugt. Die über 10 Jahre langen Forschungen an der Massey University in Auckland wurden von der Foundation for Research, Science and Technology finanziert. Die ersten Green-Dye Farbstoffzellen sollen im Laufe des Jahres 2008 auf den Markt kommen.

Bunte Farbstoff-Solarzelle

Farbstoff-Solarzelle

Im Mai 2007 berichten George Crabtree vom Argonne National Laboratory nahe Darien und Michael Wasielewski von der Northwestern University von einer weiteren Methode, mittels sehr einfacher Grundmaterialien eine Solarzelle herzustellen um Wasser zu spalten und Wasserstoff zu produzieren. Auch sie benutzen dabei Titanium-Dioxid (s.u. Wasserstoff).

Im August 2007 melden Forscher der Ohio State University große Fortschritte mit einer rosafarbenen Version der DSSC-Zellen, wobei hier erstmals komplexere Metallverbindungen und unterschiedliche Partikelformen verwendet werden, um die Ausbeute zu steigern. Das Rosa entsteht, weil rote Rutheniumverbindungen mit weißen Metalloxidpulvern gemischt werden, zumeist Titanoxid oder Zinkoxid. Außerdem werden Zink-Stannate verwendet, komplexere Oxide, deren Eigenschaften sich gezielter steuern lassen. Mit diesem erreichten die Solarzellen eine Effizienz von 3,8 %, ein Viertel der Ausbeute typischer Siliziumzellen. Doch schon 2006 hatte man hier eine DSSC-Variante entwickelt, deren Titanoxid als Partikel und in Form winziger Nanodrähte vorlag (s.d.), wodurch der Elektronentransport direkter vonstatten ging und die Zelle eine Effizienz von 8,6 % erreichte. Nun arbeitet man an der Konstruktion von baumförmigen Nanodrähten, um die Elektronen noch besser ableiten zu können. Bei diesem DSSC-Design sollen die vom Farbstoff umhüllten Teilchen wie Blätter die Oberfläche liefern, während sich die Nanobäumchen zwischen ihnen verzweigen, um die Elektronen zu transportieren. Eine Marktreife wird allerdings erst in einigen Jahren erwartet.

Im Dezember 2007 präsentiert die Toin University in Yokohama ebenfalls eine DSSC-Zelle im Din A4-Format, die eine Effizienz von 6 % aufweist. Die Industriepartner der Universität besitzen bereits eine Produktionskapazität von 10 MW pro Monat und wollen ab Februar 2008 ihre Produkte für den kommerziellen Einsatz anbieten. Ein Grund dafür, daß sich immer mehr Firmen auf diesem Sektor tummeln, ist das Auslaufen einer Reihe grundlegender Patente im Laufe des Jahres 2008.

Bei den Farbstoff-Solarzellen als ‚weltweit führend’ bezeichnet sich 2008 das australische Unternehmen Dyesol in Queanbeyan, in der Nähe von Canberra, das schlüsselfertige Produktionsanlagen, Prototyp- und Forschungsausrüstungen für FSZ der dritten Generation anbietet. Das Unternehmen ist seit dem August 2005 an der australische Börse notiert. Die Herstellungslinien stellen Farbstoffsolarzellen her, die zu Modulen bzw. Kacheln miteinander verbunden und integriert werden. Derzeit sind diese Module ockerfarben, das Unternehmen plant jedoch zukünftig Zellen auch in Farben wie grau, grün oder blau anzubieten. Die einzelnen Kacheln können in Reihe oder parallel verbunden werden und erzeugen entweder 12 oder 24 V. Auch dieses Unternehmen arbeitet an flexiblen Tarnmodulen.

Auch Prof. Arie Zaban von der israelischen Bar-Ilan University entwickelt und patentiert gemeinsam mit den Fachleuten seines Unternehmens Bar-Ilan nanotechnology eine Solarzelle, die sie im September 2007 vorstellen, und die aus wenige Nanometer durchmessenden nanodots aus Platin sowie Metalldrähten auf elektrisch leitendem Glas besteht. Diese Zellenart sei bis zu einer Fläche von 100 cm2 herstellbar.

Dabei wird mit nanotechnologischen Mitteln ein schwammartiges Netz aus ‚nanodots’ auf einem flexiblen Träger aus Plastikmaterial aufgebracht, wobei das genutzte Halbleitermaterial mit einem organischen Farbstoff gefüllt wird, der die Lichtenergie absorbiert. Außerdem wird eine Methode entwickelt, den Verbrauch von Platin bei der Zellenherstellung um den Faktor 40 zu reduzieren. Im Dezember 2007 wird bereits eine Zelle mit den Maßen 10 x 10 cm vorgestellt.

Zaban ist derweil Berater der Firma Orionsolar Photovoltaics Ltd. in Jerusalem (nicht zu verwechseln mit der australischen Orion Solar Pty Ltd.), welche im Rahmen einer Partnerschaft mit der Bar-Ilan University die Kommerzialisierung der neuen Solarzellen vorantreiben will. Man hofft, die Marktreife innerhalb der nächsten fünf Jahre erreichen zu können. Anfang 2008 erlaubt die Produktionstechnik des Unternehmens Solarzellen in den Maßen 15 x 15 cm und einem Wirkungsgrad von 7 % herzustellen.

Holographische Zellen

Hologramm-Zelle

Hologramm-Zelle
(prism solar)

Im April 2006 gibt die Start-up Firma Prism Solar Technologies aus Stone Ridge, New York, die Entwicklung einer holographischen Solarzelle bekannt, mit der sich die Herstellungskosten um 75 % reduzieren lassen, während gleichzeitig 25 – 85 % weniger Silizium benötigt wird. Damit sollten sich die Kosten für kristalline Siliziumzellen von 4 $ pro Watt auf 1,5 $ senken lassen.

Die flachen und teiltransparenten holographisch-optischen Elemente sind abwechselnd mit den Solarzellen selbst in Streifen angeordnet, wobei die Hologramme die nützlichen Wellenlängen des Sonnenlichtes von unten auf die Strom erzeugende Zelle konzentrieren. Die neuen Panele lassen sich nicht nur auf dem Dach installieren, sondern können ebenso in Fenstern und Glastüren integriert werden.

Das Unternehmen arbeitet an einem Finanzplan, um bis Ende des Jahres die erste Generation der Module herstellen zu können, die zu einem Preis von 2,40 $ pro Watt verkauft werden sollen.

Weitere Entwicklungen werden unter Optimierungs- und Verstärkungstechniken präsentiert.

Kupfer-Cadmiumsulfid-Zellen

Prof. W. H. Bloss, Direktor des Instituts für Physikalische Elektronik der Universität Stuttgart, hat bereits 1980 einen großflächigen Kupfer-Cadmiumsulfid (Cu2S-CdS) Dünnschichtabsorber hergestellt, der einen Wirkungsgrad von 12 % erreichte – man rechnete aber damit, bis 15 % zu kommen.

Kupfer-Gallium-Diselenid-Zellen

Nach 10jähriger Forschungsarbeit stellt Vivian Alberts von der University of Johannesburg Anfang 2006 eine nur 5 Mikron dünne, flexible und recyclebare Zelle vor, die nur einen Bruchteil herkömmlicher Solarzellen kosten soll. Früheren Publikationen ist zu entnehmen, daß es dabei um eine Kupfer-Gallium-Diselenid-Zelle [copper-indium(gallium)-diselenide (CIGS)] handelt, die eine Lebensdauer von 20 Jahren habe und sich energetisch schon nach 1 – 2 Jahren amortisieren soll.

Kupfer-Indium-Disulfid-Zellen

Im April 1997 erfolgt durch den damaligen brandenburgischen Umweltminister Matthias Platzeck im Technologiepark Frankfurt (Oder) die Grundsteinlegung für das Gebäude des bereits 1994 gegründeten Instituts für Solar Technologien gGmbH (IST), das von der Gesellschaft zur Förderung der Solarenergienutzung in Brandenburg (GFS) aufgebaut wird (später: Solarzentrum Frankfurt/Oder). Entwicklungsarbeiten auf dem Gebiet der Dünnschicht-Solarzellen waren vom Brandenburger Umweltministerium seit 1992 mit 3,8 Mio. DM gefördert worden – während der Bund sich mit 2,2 Mio. DM daran beteiligt hatte. Nun sollen die zwischenzeitlich entwickelten CIS-Bändermodule mit ihren serienverschalteten Solarzellen, die eine besonders kostengünstige Herstellung erlauben, bis zur Serienfertigung gebracht werden, was etwa 8 Mio. DM kosten soll.

Diese Bändermodule können z.B. an Außenwänden montiert werden (Synergiefassade), sie bestehen aus vielen Kupferstreifen, die ähnlich wie Dachziegel übereinandergereiht werden. Auf diese Kupferstreifen ist zuvor eine etwa 1 µm dicke Indium-Schicht aufgebracht worden, anschließend erfolgt eine chemische Reaktion mit gasförmigem Schwefel, in deren Folge die photovoltaisch aktive chemische Verbindung aus Kupfer, Indium und Schwefel entsteht. Der theoretisch erreichbare Wirkungsgrad beträgt etwa 25 %, in der Praxis wäre man schon mit 10 % im verschalteten Modul zufrieden, da im Moment erst zwischen 5 % und 7 % erreicht werden. Statt dem gegenwärtig marktüblichen Quadratmeterpreis von 2.500 DM wird ein Preis von 250 DM bis 300 DM angestrebt. Im Jahr 2004 liegt der Forschungsschwerpunkt des Instituts für Solartechnologien in der Entwicklung und Herstellung besonders preisgünstiger Solarmodule auf der Basis einer weltweit neuartigen, flexiblen Dünnschicht-Solarzelle. Grundlage dieser neuen, flexiblen Solarzelle ist der Verbindungshalbleiter Kupfer-Indium-Disulfid (CuInS2).

Kupfer-Indium-Diselenid

Im Rahmen eines vier Jahre laufenden Projektes werden ab April 2008 Experten der britischen Durham University verschiedene lichtabsorbierende Materialien untersuchen, die sich für die Dünnschicht-Technologie nutzen lassen, darunter Kupfer-Indium-Diselenid sowie Cadmiumtellurid (s.d.).

Das PV-21 Projekt wird im Rahmen der ‚SUPERGEN Initiative’ vom Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC) mit 6,3 Mio. englische Pfund gefördert. Das Team arbeitet außerdem daran das Wachstum des Materials direkt zu beeinflussen, um damit kontinuierliche Strukturen formen zu können.

Kupfer-Indium-Gallium-Selen-Zellen

Das texanische Start-Up-Unternehmen HelioVolt aus Austin plant 2006 Solarhäuser der nächsten Generation, bei denen die Außenhaut die Selbstersorgung der Häuser mit Energie sicherstellt. Dabei sollen die kostengünstigen CIGS-Dünnschichtsolarzellen (= Copper Indium Germanium Selenium;entsprechend Kupfer, Indium, Gallium und Selen) direkt in die Baustoffe der Mauern und Dächer integriert werden und so die Kosten drastisch senken. Ende April beginnt der Bau von Prototypen, und die Massenproduktion soll noch im Herbst des Jahres starten.

Nanopartikel

Nanopartikel

Die 2002 von Martin Roscheisen und Brian Sager gegründete Firma NanoSolar Inc. in Palo Alto wird 2003 von den Google-Gründern Larry Page und Sergey Brin finanziert, dann bekommt sie Mitte 2006 weitere 100 Mio. $ Investitionsmittel in die Kasse. Das Unternehmen nutzt eine Technologie, bei der solarsensitives Material – eine Art Tinte aus Nanopartikeln – auf Folien aufgedruckt wird, womit auch auf die teuren, auf Vakuum basierenden Methoden verzichtet werden kann. Das Ergebnis ist eine Dünnfilm-CIGS-Zelle, die zu einem Preis von 1 $ pro Watt auf den Markt kommen soll, da die Produktionskosten um 90 % gesenkt werden konnten, während die Dicke der Beschichtung im Vergleich zu ähnlichen Techniken sogar um 99 % reduziert werden konnte.

Technisch gesehen besteht die NanoSolar-Zelle aus einer Schicht Aluminiumfolie, auf der als Elektrode einer Molybdän-Schicht aufgebracht ist, anschließend folgt die strahlenabsorbierende CIGS-Beschichtung. Über diese wird dann eine Schicht aus nicht lichtsensitivem Halbleitermaterial gelegt, das als P/N-Anschluß dient. Abschließend kommt eine transparente Schicht aus Zinkoxid darüber.

Man plant nun, in der Bay Area die weltgrößte Anlage zur Herstellung von Solarpanelen zu errichten. Das Ziel ist es, jährlich 300.000 Häuser mit PV-Strom versorgen zu können. Bislang hat das Unternehmen Fabrikationsstrecken in San Jose im kalifornischen Silicon Valley sowie in Luckenwalde bei Berlin, wo das Unternehmen seit dem August 2006 mit dem weltgrößten PV Systemintegrator, der Conergy AG zusammenarbeitet.

Im Dezember 2007 beginnt NanoSolar mit der Produktion und dem Verkauf seiner CIGS-Zellen und bietet diese tatsächlich zu dem weltweit konkurrenzlosen Preis von nur 0,99 US-$ pro Watt an. Die Herstellungskosten sollen etwa bei 0,30 US-$ pro Watt liegen. Bereits jetzt ist die Produktion bis Mitte 2009 schon ausverkauft, und das Unternehmen arbeitet fieberhaft daran, die Herstellungskapazitäten für sein ‚Nanosolar Utility Panel’ auszubauen. Zur gleichen Zeit wird mit der Firma Beck Energy, ein Spezialist für schlüsselfertige Solaranlagen im MW-Bereich, eine erste kleine Produktionsanlage mit 1 MW Leistung in Ostdeutschland errichtet.

Das Unternehmen heimst selbstverständlich auch diverse Preise ein, und einige Experten sehen in dieser Entwicklung gleichzeitig schon das Ende aller anderen Solarzellen-Technologien!

NanoSolar Folie

NanoSolar Folie

HelioVolt gibt Anfang 2006 sein Ziel bekannt, weitgehend energieautonome ,power buildings’ entwickeln zu wollen, bei denen die CIGS-Technologie bereits integrierter Bestandteil der einzelnen Bauelemente ist, wie zum Beispiel Metaldächer, Dachfenster, Glasscheiben und sogar Wände. Man hofft, bis 2007 die Produktreife erreicht zu haben.

Auch das Unternehmen Daystar Technologies beschäftigt sich mit CIGS-Zellen. Mitte 2006 plant das Unternehmen die Produktionskapazitäten seiner DayStar’s TerraFoil auf 20 MW pro Jahr zu steigern und dann schrittweise bis zu 1 GW vorzustoßen, um die Herstellungskosten soweit wie möglich senken zu können. Hier wird als Trägermaterial eine flexible, 1 – 5 mm dicke Folie aus rostfreiem Stahl benutzt.

Anfang 2007 wird die Schweizer Firma Flisom gegründet, die bis Ende 2009 ebenfalls mit kommerziellen CIGS-Zellen (CuInGaSe2) auf den Markt kommen will. In fünf Jahren soll ein Preis von 0,80 US $, in 10 Jahren sogar von nur 0,50 US $ pro installiertem Watt erreicht werden.

Im Januar 2008 gibt die bereits 1996 gegründete Firma Global Solar Energy Inc. (GSE) aus Tucson, Arizona, bekannt, daß ihre CIGS-Zellen nun einen Wirkungsgrad von 10 % erreichen. Seit 2004 hat das Unternehmen eine jährliche Produktionskapazität von 4 MW, doch bereits im März soll die erste große Produktionslinie in Betrieb gehen, und bis Mitte des Jahres dann noch eine weitere Anlage in Berlin-Adlershof, in die 30 Mio. € investiert werden. Man hofft, dann jährlich insgesamt 65 MW produzieren zu können.

Von der für 2008 geplanten Produktionsmenge von 40 MW seien bereits 80 % verkauft. Größter Kunde ist die Berliner SOLON AG, mit der seit April 2006 eines strategische Allianz besteht.

Kupfer-Indium-Gallium-Schwefel-Selen (CIGSSe)

Solarmodul der Firma Johanna Solar

Modul von
Johanna Solar

Im Februar 2006 wird über den Durchbruch eines südafrikanischen Wissenschaftlerteams um Prof. Vivian Alberts an der Universität von Johannesburg berichtet, das nach gut 10 Jahren Forschungsarbeit eine neue, hocheffiziente und sehr preisgünstige Solarzellen-Dünnschichttechnologie entwickelt und weltweit patentiert hat. Ein besonderer Vorteil der neuen Technik ist, daß sie besonders gut auch diffuses Licht in elektrische Energie umwandeln kann.

Das Licht wird dabei durch eine dünne CIGSSe-Schicht, die nur 3 µm dick ist (etwa halb so dünn wie ein menschliches Haar), in Strom umwandelt. Dadurch läßt sich diese Schicht auch auf flexible Oberflächen auftragen, was eine ganze Anzahl neuer Anwendungsbereiche eröffnet.

Die Lizenz für die CIGSSe-Zellen hatte bereits im August 2005 die damals neu gegründete Firma Johanna Solar Technology (JST) GmbH erworben – an der auch die deutsche Firma IFE Solar Systems beteiligt ist, die ca. 50 Mio. € in die südafrikanische Erfindung investiert. Zu den insgesamt sieben Shareholdern gehören auch der südafrikanische staatseigene Central Energy Fund sowie die privaten Investoren Richemont, VenFin und Anglo Coal.

Das Unternehmen baut 2007 mit einer Bundesbürgschaft von rund 70 Mio. € in Brandenburg an der Havel die weltweit größte Fertigungsstätte für CIS-Dünnschicht-Solarmodule mit einer jährlichen Fertigungskapazität von 30 MW. Hier sollen mit Beginn von 2008 im Dreischichtbetrieb jährlich mindestens 500.000 Stück der neuen Panele hergestellt werden. Auf den Markt kommen sollen diese dann Ende März, zu einem Preis der mindestens um 50 % unter dem derzeitigen Standard liegt.

Erster und wichtigster Vertriebspartner ist die aleo solar AG, die bis zu 80 % der Module abnehmen und unter dem Namen „aleo“ vermarkten wird. Eine weitere Modulfabrik ist in Südafrika geplant, wo die Produkte extra auf eine Umgebungstemperatur von 25°C angepaßt werden.

Kupfer-Indium-Selenid-Zellen

Eine Kombination von Kupfer-Indium-Selenid (CuInSe2) und Cadmiumsulfid wird bereits 1980 erfolgreich bei Boeing getestet. Die beiden aufgedampften Schichten sind zusammen nur fünf Tausendstel Millimeter dick und erreichen einen Wirkungsgrad von 9,4 %.

Seit 1983 forscht Prof. Klaus Bachmann am Berliner Hahn-Meitner-Institut an Kupfer-Indium-Selenid-Zellen (= Kupfer-Indium-Disulfid, o. Diselenid), die einen Wirkungsgrad von 9,5 % erreichen und ein sehr gutes Langzeitverhalten zeigen. Sie kommen ohne die giftige Cadmiumsulfid-Schicht aus, statt dessen wird das unbedenkliche Zinkselenid genutzt. 1993 wird mit den CIS-Zellen ein Wirkungsgrad von 10,2 % erreicht, und 1998 ist man schon bei 13,7 % angekommen.

Ähnliche Versuche gibt es auch an der Universität Stuttgart, wo man das CuInSe2 ebenfalls wegen seiner Ungiftigkeit bevorzugt. Man hat dort mit den CIS-Zellen bereits Wirkungsgrade bis 20 % erreicht. Mit Kupfer-Gallium-Selenid-Zellen werden dort Anfang der 1990er Jahre Wirkungsgrade bis 7 % erzielt.

Siemens Solar forscht seit 1991 an CIS-Zellen, nach drei Jahren erreicht man dort einen Wirkungsgrad von 16,2 %.

1996 werden im Stuttgarter Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung (ZSW) Dünnschicht-Zellen von 30 mal 30 Zentimetern hergestellt – mit einem Wirkungsgrad von 10 %. Und 1998 erreichen die Zellen des ZWS bereits einen Wirkungsgrad von fast 12 %, ein Weltrekord für diese Art von Zellen. Zu dieser Zeit arbeitet am ZSW auch – angeregt durch die Renaissance der Luftschiffe – Werner Knaupp an der Entwicklung von ultraleichten CIS-Folien, die man zukünftig in die Hüllen der heliumgefüllten Riesen integrieren könnte. Ein Antrag auf Förderung dieser Technologie wird allerdings abgelehnt (!). Im Sommer 2004 rede ich mit Herrn Knaupp darüber und erfahre, daß es inzwischen zwar schon einige kleinflächige Folien (30 x 30 cm) aus Kunststoff und auch aus Metall gibt, wobei letzteres aber zu Isolationsproblemen führt. Außerdem gibt es bei den 20 µ bis 50 µ dünnen Folien Schwierigkeiten mit der Verschaltung. Folien vom laufenden Meter wird es frühestens in 3 – 5 Jahren geben.

Auch Siemens Solar setzt auf CIS-Zellen, im Labormaßstab erreicht man 1998 einen Wirkungsgrad bis 18 %, während für die geplanten sogenannten Power-Module von mindestens 30 cm x 30 cm Fläche stabile Wirkungsgrade zwischen 12 % und 14 % erwartet werden.

Die 1996 von UniSource Energy gegründete Global Solar Energy (GSE) in Tucson, Arizona, eine Tochter des örtlichen Stromversorgers Tucson Electric Power, entwickelt ebenfalls 1998 eine Dünnschicht-CIS-Folie, deren Lebensdauer auf 30 Jahre geschätzt wird. Die automatische Produktion in Form von 100 m langen Plastikrollen soll noch in diesem Jahr beginnen, die Gesamtkapazität beträgt 2 MW und soll im Laufe der kommenden Jahre schrittweise verzehnfacht werden. Einen Teil der Entwicklungskosten hat das US-Verteidigungsministerium getragen. (Die UniSource Energy Corporation ist wiederum Mutterfirma der Tucson Electric Power Company).

1999 wird in der Nähe von Stuttgart das Unternehmen Würth Solar gegründet, an dem das ZSW (s.o.), das schwäbische Handelsunternehmen Adolf Würth GmbH & Co. KG sowie das Energieversorgungsunternehmen Energie Baden-Württemberg AG (EnBW) beteiligt sind. Die Würth Solar errichtet noch 1999 im Energie- und Technologiepark Marbach eine Solarfabrik mit einer Kapazität von 10 MW, die Investitionskosten der ersten Pilotphase liegen bei 15 Mio. DM. Hergestellt werden CIS-Dünnschichtzellen mit einer Dicke von 2 µm, wobei als neuer und kostensparender Produktionsschritt die genutzten Materialien Kupfer, Indium, Gallium und Selen unter hochreinen Vakuumbedingungen bei 500°C gleichzeitig verdampfen, und nicht wie zuvor üblich in mehreren Schichten des Aufbringens und Legierens zusammengesetzt werden. Die Elemente haften dabei auf einer Glasplatte, die zuvor mit dem Metall Molybdän beschichtet wurde. Nach dem Auftragen einer durchsichtigen Kontaktschicht aus Zinkoxid werden die elektrischen Kontakte aufgebracht und das CIS-Modul zwischen zwei Glasplatten gepackt. Im April 2004 trennt sich die EnBW von ihrem 20-%igen Anteil an der Würth Solar GmbH & Co. KG, der daraufhin von der Würth Gruppe übernommen wird, die seit Gründung die unternehmerische Führung bei Würth Solar innehat und bereits 79,5 % der Anteile hält.

Im Rahmen eines vom Bundesumweltministerium (BMU) geförderten Forschungsprojektes wird am ZSW eine ganz neue Herstellungsmethode entwickelt, CISROLL. Dabei handelt es sich um ein Verfahren, bei dem eine Polymer- oder Metallfolie von einer Rolle abgewickelt, verschiedene Beschichtungs-, Fertigungs- und Kontrollschritte durchläuft, und dann am Ende der Anlage als fertige Solarzelle wieder auf eine Rolle aufgewickelt wird. Für diese Zellen reichen vier Schichten von insgesamt 4 tausendstel Millimetern Dicke aus, die auf Trägerplatten aufgedampft werden. Sie erreichen derzeit einen Wirkungsgrad von zwischen 11% und 12%.

Am 27. Oktober 2006 nimmt Würth Solar in Schwäbisch Hall die weltweit erste Serienproduktion von CIS-Solarmodulen auf, ab 2007 soll die Produktion eine Jahreskapazität von ca. 15 MW erreichen, entsprechend 200.000 Modulen.

Das Berliner Hahn-Meitner-Institut, das seit 1983 an dieser Technologie arbeitet, erklärt 1998, daß man sich noch immer in einem frühen Forschungsstadium befindet und auch noch nicht weiß, ob die Zellen mehrere Jahre lang halten. Auf den Markt würden sie wahrscheinlich zwischen 2005 und 2010 kommen. Zuständig ist seit 1995 die erste Physikprofessorin der FU, die gebürtige Schweizerin Martha Lux-Steiner, die 1996 die Arbeitsgemeinschaft Solare Materialien gründet, in der Forscher, Politiker und Vertreter der Industrie zusammenarbeiten. Im Oktober 1999 erhält sie für ihre wissenschaftlichen Leistungen auf dem Gebiet der solaren Energiegewinnung das Bundesverdienstkreuz.

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) finanziert das Projekt ‚Innocis’ (= Innovation aus Kupfer, Indium, Selen), bei dem papierdünne, zusammenrollbare CIS-Solarzellen auf Polymerfolien  entwickelt werden, und an dem u.a. die im April 2000 gegründete Leipziger Solarion GmbH sowie das Institut für Mineralogie, Kristallographie und Materialwissenschaft (MNKM) der Universität Leipzig beteiligt sind. Der Wirkungsgrad der flexiblen Solarzellen liegt in der Pilotproduktionsphase bei ≥ 8 % (Stand 2005).

Lumeloid-Zellen

Lumeloid ist ein Polymer-Kunststoff-Film, ein organischer Halbleiter mit dem seit Mitte der 1980er bei der Phototherm Incorporated in Amherst (New Hampshire/USA) experimentiert wird. Das damit beschäftigte Wissenschaftler-Brüderpaar Alvin und Mortimer Marks beziffert den theoretischen Wirkungsgrad von Lumeloid mit 80 %, allerdings beträgt die Lebensdauer bislang maximal ein Jahr. Der erste Bericht darüber erfolgt 1988 auf der New Energy Technology conference der Planetary Association for Clean Energy in Ottawa, Ontario, nachdem zwei Patente gesichert sind (4.574.161 von 1984 und 4.720.642 von 1986).

Bei der Lumeloid-Zelle wird die eintreffende Photonenenergie durch ein Polarisationsprinzip organisiert und dann in elektrischen Strom umgewandelt. Dabei werden mikroskopisch kleine Strukturen eingesetzt, die so ähnlich wie Antennen wirken. Die ungiftige Herstellung des Dünnfilms von 8 Mikrometern mitsamt seinen integrierten molekularen Dioden ist sehr günstig, und das Produkt soll einen Wirkungsgrad von 72 % erreichen!

Möglicherweise handelt es sich bei der Lumeloid-Zelle um eine Parallel-Erfindung, denn es tauchen in ihrem Zusammenhang noch weitere Namen auf, die in den Informationen von Marks jedoch nirgendwo erwähnt werden: Bohren, Paul und Fischer.

Alvin M. Marks jedenfalls gehörte zum Energieberater-Stab von Präsident Kennedy, hält 121 Patente und wurde für Forschungen an langlebigen Solarpanelen für Spionagesatelliten teilweise auch vom CIA bezahlt. 1990 gründet er die Phototherm Bahamas LTD., um gemeinsam mit der China Petroleum Engineering Construction Corporation einen Lumeloid-Prototyp herzustellen.

Der Energieriese Exxon soll 9 Mio. $ für die Marks-Patente und die Phototherm angeboten haben, doch man entscheidet sich nicht zu verkaufen, sondern schließt statt dessen eine Kooperationsvereinbarung mit der Westinghouse Electric Corporation, die großes Interesse daran zeigt, die Technologie im Rahmen der strategische Verteidigungsinitiative (Star Wars) einzusetzen.

Um 1994 herum spricht Marks in einem Artikel über seine Preisvorstellungen. Der Quadratmeter soll demnach rund 5 $ kosten und bei vollem Sonnenlicht eine Leistung von 500 W erbringen. Beim System-Endpreis für den Verbraucher geht er von 30 – 50 US-Cent pro installiertes Watt aus.

Das EPRI (Electric Power Research Institute) finanziert 1997 mit 1,8 Mio. $ die Planung, Herstellung und den Test einer kleinen Produktionsanlage für Lumeloid-Zellen ‚on a roll’, was durch die bereits 1982 von Marks gegründete Advanced Research Development Inc. (ARDI) in Athol, Massachusetts, in Corporation mit dem Argonne National Laboratory in Chicago auch umgesetzt wird. Die ARDI wird viele Jahre lang von der US Regierung und privaten Stiftungen finanziert. Bis zu diesem Zeitpunkt sollen rund 16 Mio. $ in die Entwicklung der Technologie geflossen sein, an der sich auch die texanischen Universitäten A&M und Cornell beteiligen.

Whitley Strieber behauptet in einem seiner Bücher, daß das Material jedoch klassifiziert wurde, da ist für militärische Satelliten eingesetzt werden sollte. Es sei klar gewesen, daß man während des kalten Krieges auch alle diesbezüglichen Informationen so weit wie möglich zurückhielt.

In einer Meldung vom September 2000 wird davon gesprochen, daß die Zelle bereits im nächsten Jahr auf den Markt kommen kann, doch dann hört man erst wieder 2003 von dieser Technologie, mit der sich nun die Firma Polarized Solar Electric Co. aus Midlothian, Virginia, beschäftigen soll, die allerdings keine Internetpräsenz zu besitzen scheint.

Es mutet seltsam an, daß eine dermaßen effektive Technologie, und sogar die Information darüber, so gut wie vollständig aus der Öffentlichkeit verschwunden ist – während sie im militärischen Bereich inzwischen möglicherweise schon längst genutzt wird (?). Mehrere Artikel, auf die in einem der wenigen Berichte hingewiesen wird, sind jedenfalls nicht zu finden, auch der angegebene Link auf die Website von Dr. Marks führt ins Leere (s.a. folgende Lepcon-Zelle).

Lepcon-Zellen

Neben der Lumeloid-Zelle läßt sich Marks 1988 auch eine Lepcon-Zelle patentieren. Hierbei handelt es sich um ein vorläufiges Desing – bei dem ein Geflecht aus Millionen von Kupfer- oder Aluminiumstreifen, die nur ein Tausendstel Millimeter breit sind, auf Glas als Trägermaterial aufgetragen wird (während die Lumeloid-Zelle aus Plastik besteht).

In beiden Fällen wird der Effekt der Photosynthese nachgeahmt, wobei eine serielle-parallele Schaltung umsetzt wird, bei dem das Licht nach zwei Vektoren ausgerichtet wird: Der erste elektrische Vektor verläuft parallel zur Netzwerk-Achse und absorbiert seinen Lichtanteil vollständig, während die zweite Achse senkrecht dazu steht und das Licht als polarisiertes Licht weiterleitet, ebenfalls ohne Abstriche. Daher wird auch von einer theoretischen Effizienz von 80 % gesprochen – 40 % durch die direkte Umwandlung und 40 % durch die Weiterleitung.

Im Fall der Lepcon-Zelle kommt noch ein weiterer interessanter Aspekt dazu: Schaltet man umgekehrt Strom auf die Zelle, dann emmittiert diese Licht. Markls nannte die den ELCON-Effekt (Electricity to Light Converter). Doch auch über diesen Zellentyp war später nichts mehr zu erfahren.

Nano-Zellen

STMicroelectronics (STM) berichtet Ende September 2003 über ein Forschungsprojekt, das bis zum Ende des Jahres 2004 abgeschlossen sein soll und die Stromerzeugung mit Solarzellen schon in absehbarer Zeit rentabel werden lassen könnte. Dabei werden statt Siliziumkristallen, die durch die erforderliche hohe Reinheit die derzeit verfügbaren Solarzellen preislich wenig attraktiv machen, neue Materialien eingesetzt. Derzeit werden zwei unterschiedliche Wege verfolgt. Der erste Ansatz basiert auf der Erfindung von Professor Grätzel (s.o.), während der zweite Weg weitgehend organische Materialien unter Verwendung von Nanostrukturen benutzt. Das Unternehmen zielt auf eine 20-jährige Lebensdauer der Solarzellen und einen Preis pro Kilowattstunde von unter 0,20 Euro. Der angepeilte Wirkungsgrad der Zellen liegt zwar mit 10 % deutlich unterhalb dem hochwertiger Silizium-Solarzellen, aufgrund der wesentlich niedrigeren Herstellungskosten würde dieser Nachteil allerdings mehr als wettgemacht. Auch DaimlerChrysler forscht an Nanozellen.

Die Vorstellung, daß Solarzellen aus Plastik eines Tages bis zu fünfmal effizienter sein werden als die heutigen Technologien, ist nicht mehr abwegig, nachdem es Wissenschaftlern der University of Toronto um Prof. Ted Sargent Anfang 2005 gelingt, mittels Nanopartikeln (quantum dots) das entsprechende Polymer-Material so zu verändern, daß es erstmals auch die Infrarotstrahlung der Sonne in Strom umwandeln kann. Die Substanz läßt sich wie Fabe auf Trägermaterialien aufsprühen, die Lackierung eines Fahrzeugs beispielsweise kann dadurch gleichzeitig die Batterie nachladen.

Die Infrarotzelle ist allerdings nicht auf die Sonne angewiesen, sondern kann Wärmestrahlung auch aus jeder anderen Quelle nutzen, zum Beispiel von Menschen oder Tieren. Als potentieller Wirkungsgrad werden bis zu 30 % angegeben.

Einem Team von Wissenschaftlern der Wake Forest University und der New Mexico State University gelingt es Ende 2005 eine streichfähige, auf Nano-Materialien beruhende organische Substanz zu entwickeln, mit der sich aus Dächern große Solarzellen machen lassen. Ihr Mix besteht aus Polymeren und Fullerenen in Form von Buckyballs aus Kohlenstoff. Im Gegensatz zu ähnlichen früheren Materialien, die maximal 3 – 4 % Wirkungsgrad erreichten, kommen die Wissenschaftler nun auf 5,2 %, sie erwarten allerdings, im Laufe der nächsten fünf Jahre die 10 % – Hürde überspringen zu können.

Anfang 2007 wird hier im Rahmen einer Kooperation mit dem Korea Institute of Science and Technology in Seoul untersucht, wie die Effizienz der Plastik-Solarzellen durch eine Erhitzung auf rund 150ºC zu steigern ist. Zu diesem Zeitpunkt werden zwar bereits 6 % erreicht, für eine kommerzielle Umsetzung werden jedoch mindestens 8 % benötigt.

Eine weitere Technologie, bei der in dem absorbierenden Kunststoff Nanodrähte gezüchtet werden, welche das Licht ähnlich der Adern pflanzlicher Blätter weiterleiten, erlaubt wiederum dickere Materialschichten zu nutzen, die auch mehr Sonnenlicht auffangen können.

Ghim Wei Ho und seine Kollegen von der University Cambridge experimentieren seit 2006 ebenfalls mit der Entwicklung neuer Materialien. Für ihren Versuch tropfen sie das flüssige Metall Gallium, das in Verbindungen zur Herstellung von Leuchtdioden und Transistoren dient, auf eine Silizium-Oberfläche. Das Ganze wird mit einem Methan enthaltenden Gas bedampft und kondensiert dann in Form von Nanodrähten aus Siliziumkarbid mit einem Durchmesser von weniger als einem Tausendstel eines menschlichen Haares.

Das Verfahren nennt sich chemische Abscheidung aus der Gasphase (Chemical Vapor Deposition). Durch Veränderung des Druckes und der Temperatur kann der Wachstumsprozess der feinen Drähtchen beeinflußt werden und es entstehen verschiedene neue Strukturen und Formen, die auch praktische Anwendungsmöglichkeiten für Nanomaterialien bergen, u.a. als Grundlage für einen neuen Typ von Solarzelle.

Denn alle heutigen Solarzellen liefern maximal ein angeregtes Elektron pro eingefangenem Photon. Ihr Prinzip beruht darauf, daß ein eintreffendes Photon den sogenannten Bandabstand überwindet, also den Energieabstand im Halbleiter zwischen einem im Kristall fixierten und einem frei beweglichen Elektron. Bei Silizium entspricht diese elektromagnetische Strahlung dem Infrarot, und dies bedeutet, daß alle längerwelligen, niederenergetischen Anteile des Sonnenlichts auf die Fotozelle keine andere Auswirkung haben, als sie zu erwärmen. Nur ein Lichtstrahl der genau richtigen Wellenlänge löst ein Elektron aus und wird daher mit optimalem Wirkungsgrad in Strom umgesetzt.

Kürzerwellige Strahlung, also das gesamte sichtbare Lichtspektrum, ultraviolette Strahlung usw., erzeugen aber ebenfalls nur einen Ladungsträger, der die Energie des Bandabstands erhält. Der höhere Energieinhalt des sichtbaren Lichts kann somit nicht ausgenutzt werden und führt erneut nur zur Erwärmung der Solarzellen.

Doch schon 1982 entdeckt der Materialwissenschaftler Alexander Efros am  Naval Research Laboratory in Washington DC die theoretische Möglichkeit, daß ein Photon auch mehrere Ladungsträger freisetzen konnte. Zwei Jahrzehnte stetiger Verbesserungen an den sogenannten  Halbleiter-Nanokristallen (oder auch Quantum Dots) sind notwendig, bis der physikalische Chemiker Arthur Nozik vom NREL 2002 voraussagen kann, daß Nanokristalle gegenüber massiven Halbleitern tatsächlich im Vorteil sind. Als Grund hierfür verweist er darauf, daß sich in Nanostrukturen die Physik verändert, und in vier bis acht Nanometer großen halbleitenden Bleiselenid-Nanokristallen bis zu sieben (!) energiegeladene Ladungsträger pro eintreffendem Photon entstehen, statt nur einem.

Es dauert dann bis 2004, als der Physiker Victor Klimov, der in Los Alamos arbeitet, endlich belegen kann, daß derartiges Verhalten auch reproduzierbar und nachweisbar ist, was 2006 von einer Forschergruppe am National Renewable Energy Laboratory (NREL) bestätigt wird. Nun will Klimov durch Miniaturisierung der Solarzellen auf wenige Nanometer – was durch die Chipherstellung mittlerweile durchaus realisierbare Technik ist – die Effizienz auf mindestens zwei, theoretisch aber sogar bis zu sieben Elektronen pro eintreffendem Photon erhöhen.

Sollte die praktische Umsetzung in Großserien gelingen, könnte diese Verbesserung tatsächlich die Effizienz der photoelektrischen Stromerzeugung deutlich erhöhen und den Solarstrom preislich konkurrenzfähig machen.

Ein Problem bei der praktischen Umsetzung ist jedoch, dass diese multiplen Ladungsträger-Aktivierungen nur im Picosekundenbereich stattfinden, bevor die Elektroden mit ihren Fehlstellen im Kristall rekombinieren. Bei normalen Solarzellen liegt diese Rekombinationszeit immerhin im Mikrosekundenbereich, also um den Faktor einer Million höher. Eine mögliche Lösung hierfür könnte sein, die Halbleiter mit Polymeren (Kunststoffen) zu mischen. Eine andere Möglichkeit sind Nanodrähte. Und auch das Halbleitermaterial selbst ist überdenkenswert: Bleiselenid ist nicht nur sehr giftig, sondern auch erst für energiereiche, kurzwellige Photonen geeignet. Im vorliegenden Fall wäre jedoch gerade ein Halbleiter nützlich, der bereits bei langwelliger Strahlung anspricht. Mögliche Kandidaten hierfür wären Bleisulfid, Bleitellurid und Cadmiumselenid. Allerdings senkt dies wiederum die Spannung der Solarzellen. Mit der neuen Technik sollen sich Wirkungsgrade von 45 % bis 50 % erreichen lassen.

An der University of Queensland wird 2006 an der Verbesserung der Langzeitstabilität und des Wirkungsgrades von Solarzellen aus Plastik und mikroskopisch kleinen Nano-Kristallen gearbeitet. Dort treffen Elektronen auf einen dünnen Film aus Titaniumdioxid, während die Zelle selbst aus einer ebenfalls sehr dünnen Plastikschicht besteht, die mit Nano-Kristallen angereichert ist, die die Ladung innerhalb der Zelle kanalisieren.

Auch an der australischen University of New South Wales in Sydney wird Ende 2006 in der Weiterentwicklung von Silizium-Zellen gearbeitet. Prof. Martin Green, der sich schon seit über 20 Jahren mit Optimierungsschritten wie dem lasergestützten Eingravieren von V-Ritzen in Solarzellen beschäftigt (s.u. Konzentratoren), stellt eine Mehrschicht-Zelle vor, bei der die Quantendotierung Wellenlängen zwischen 1.100 nm (Infrarotlicht) bis zu 600 nm (rotes Licht) absorbieren kann.

Während die oberen Schichten mit den kleinsten dots die kürzesten Wellenlängen absorbieren, steigert sich mit der Größe der dots auch die Länge der Wellen, die in Strom umgewandelt werden. Die Zelle von Green besteht zu diesem Zeitpunkt aus drei Schichten.

Die Technologie der Quantenpunktmaterialen (‚quantum dots’) geht im Übrigen auf die Chemikerin Pamela Shapiro und ihr Team an der University of Idaho im Jahr 2006 zurück, wo eine CIS-Zelle entsprechend modifiziert wird, um die sonst überschüssige Abwärme ebenfalls in Strom umzuwandeln.

Am National Renewable Energy Laboratory (NREL) in Golden, Colorado, wird Mitte 2007 in Zusammenarbeit mit der Firma Innovalight Inc. intensiv an der Weiterentwicklung von Materialien gearbeitet, welche die Effektivität von Solarzellen drastisch erhöhen könnten. Bei diesem Quantenpunktmaterialen handelt es sich um Nanokristalle aus Silizium, die im Gegensatz zu anderen Materialien den Vorteil haben, daß für jedes eindringende Photon des hochenergetischen Sonnenlichtes nicht nur ein, sondern zwei oder sogar drei Elektronen produziert werden. Und während sich in den meisten Solarzellentypen die Energie des blauen und ultravioletten Bereichs des Spektrums in nutzlose Abwärme umwandelt, sind die Nanokristalle in der Lage, neue quantenmechanische Effekte zu nutzen, um auch diese Energie in Elektronen umzuwandeln. Damit können sich Wirkungsgrade bis zu 40 % erreichen lassen, durch den Einsatz von Konzentratoren sogar bis zu 60 %. Außerdem sei die Technologie, die als mehrfache Exzitonerzeugung (MEG – Multiple Exciton Generation) bezeichnet wird, wesentlich preisgünstiger als die anderen. Hinzu kommt, daß hier auch keine giftigen Substanzen wie Blei oder Cadmium benutzt werden, ebenso wenig seltene Materialien wie zum Beispiel Indium. An den weiteren Arbeiten zur Umsetzung dieser Technologie beteiligen sich auch Elektro- und Computeringenieure der University of Delaware.

Die Entwicklungen im Bereich der Nanotechnologie schreiten inzwischen sehr schnell voran und sind auch vielversprechend. Aus diesem Grunde gibt es noch diverse andere Gruppen an Universitäten, Forschungsinstituten und bei Unternehmen, die sich intensiv mit der Umsetzung im Bereich neuer Solarzellen beschäftigen.

Soweit es mir möglich war habe ich diese Entwicklung verfolgt und hier dokumentiert, es ist jedoch so gut wie unmöglich einen kompletten Überblick zu erlangen – denn dies würde ein eigenes Rechercheteam erfordern. Die folgenden Informationen sind daher zwar knapp gehalten, nennen jedoch weitestgehend die Namen der Institutionen und der federführenden Wissenschaftler, so daß eine vertiefende Recherche in der Fachpresse und im Netz leicht möglich ist:

Dezember 2006: Takanori Fukushima an der University of Tokyo entwickelt gemeinsam mit seinem Team Nanokabel, welche Licht in Strom umwandeln und in Zukunft zu Versorgung von Nano-Robotern eingesetzt werden sollen. Die Kabel haben einen Durchmesser von 16 Nanometer und sind mehrere Mikrometer lang. Sie imitieren eine lichtempfindliche Antenne, wie einige Bakterien sie besitzen.

April 2007: Jud Ready vom Georgia Institute of Technology arbeitet mit seiner Gruppe an einem Netzwerk von Nanotürmen, die wie mikroskopisch kleine Grashalme die nutzbare Oberfläche drastisch erhöhen. Die dreidimensionalen Solarzellen bestehen aus 40.000 Türmchen pro Quadratzentimeter, von denen jedes 100 Mikrometer hoch und 40 Mikrometer breit und tief ist. Sie können deshalb rund 60 % mehr Strom erzeugen als die bislang bekannten Modelle. Allerdings sei der innere Widerstand der Zellen noch sehr hoch.

Juli 2007: Prof. Somenath Mitra und sein Team am New Jersey Institute of Technology (NJIT) entwickeln eine preisgünstige organische Solarzelle, die auf flexiblem Polymer-Kunststoff aufgestrichen oder aufgedruckt werden kann. Der Prozeß wird als sehr einfach beschrieben und Mitra mit den Worten zitiert: „Someday homeowners will even be able to print sheets of these solar cells with inexpensive home-based inkjet printers.“ Die am NJIT hergestellten Zellen bestehen aus einem Komplex aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen, die rund 50.000 mal kleiner sind als ein menschliches Haar. Trotzdem leiten sie elektrischen Strom effizienter weiter als jeder heutige metallische Draht, ihre Leitfähigkeit ist höher als die des Kupfers. An diesen Nanoröhrchen wiederum sind sogenannte Buckyballs (Fullerene) angeschlossen, die ebenfalls aus Kohlenstoff hergestellt und für den Einfang der Lichtphotonen zuständig sind, so daß kleine schlangenförmige Strukturen entstehen.

Oktober 2007: Mit Analysesystemen der NanoFocus AG aus Oberhausen optimiert das Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg seine Forschung an neuartigen Solarzellen. Von der NanoFocus AG wird gleichzeitig eine neu entwickelte Mess- und Analysesoftware in Betrieb genommen, um größere Mengen von Solarzellen automatisiert überprüfen zu können.

Nanodraht der Unversität Harvard

Nanodraht (Harvard)

Oktober 2007: Die Arbeitsgruppe von Charles Lieber an der Harvard University stellt winzig kleine Solarzellen aus Halbleiter-Nanoröhrchen her. Dabei handelt es sich um Modifikationen von chemischen Sensoren, welche von den Wissenschaftlern zum Aufspüren verschiedener Krankheiten entwickelt worden sind.

Die Röhrchen bestehen aus einem p-dotierten Kern, um den ein undotierter und eine n-dotierter Silizium-Mantel gelegt sind (PIN-Dioden). Der Wirkungsgrad von z. Zt. 3,4 % muß für eine kommerzielle Umsetzung jedoch noch erheblich verbessert werden.

Auf der Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme ist das Ende eines koaxialen Nanodrahtes zu sehen.

Oktober 2007: Das bereits 2004 gegründete Unternehmen Liquidia Technologies im Research Triangle Park von Morrisville, North Carolina, baut auf den Entwicklungen von Prof. Joseph DeSimone und seinen Kollegen an der University of North Carolina-Chapel Hill auf. 2007 erhält die Firma im Rahmen des Advanced Technology Program (ATP) eine Förderung von 2 Mio. $ vom National Institute of Standards and Technology (NIST) um seine spezielle Drucktechnik namens ‚PRINT platform’ weiterzuentwickeln, bei der eine präzise Form des ‚Nanomolding’ zur Herstellung von Dünnfilm-Solarzellen eingesetzt wird. Bei dieser Technik ist es möglich, exakte Micro- und Nanostrukturen bis zu einer Größe von einem einzelnen Nanometer herzustellen.

Dezember 2007: Martin Aagesen an der Universität Kopenhagen entdeckt im Zuge seiner Doktorarbeit am Niels Bohr Institut die sogenannten Nanoflocken (nanoflakes), von denen angenommen wird, daß sie bis zu 30 % der Sonnenenergie in Strom umwandeln können. Diese Flocken zeichnen sich durch eine selten perfekte kristalline Struktur aus. Aagesen ist gleichzeitig Chef der SunFlake Inc. in Kopenhagen, welche die Entwicklung der neuen Solarzellen vorantreiben will.

Nanoflocken

Nanoflocken

Januar 2008: Wissenschaftler um Prof. Jin Zhang von der University of California in Santa Cruz demonstrieren, das geordnete Reihen von Nanoröhrchen, die sie auf einem Silizium-Wafer wachsen lassen, ein hoch effizientes thermo-elektrisches Verhalten zeigen. Damit lassen sich sowohl preisgünstige thermo-elektrische Systeme zur Nutzung von Abwärme entwickeln, als auch neue Materialien zur Solarzellenherstellung. Hier werden zwei Techniken kombiniert: die Dünnfilm-Technologie mit metallischen Nanopartikeln wie Titaniumdioxid, die mit Substanzen wie Stickstoff angereichert sind, und die stark lichtabsorbierende Quantendotierung. Bei den anschließenden Tests zeigt sich, daß die erzielte Leistung die Erwartungen noch übertroffen hat, weil beide Techniken durch ihre Synergie ein höheres Ergebnis erreichten als die Summe der beiden einzelnen Komponenten.

Januar 2008: Dr. Loucas Tsakalakos und seinen Nano Photovoltaics (PV) Team bei GE Global Research, der zentralen Forschungsorganisation der General Electric Company (GE), zeigen eine Dünnschicht-Solarzelle, die auf Nanodrähtchen basiert und das Potential für einen Wirkungsgrad von 18 % hat. Die Arbeit erfolgt gemeinsam mit Wissenschaftlern von GE Energy-Solar Technologies, in Kooperation mit dem U.S. Department of Energy (DOE) und im Rahmen eines dreijährigen Forschungsprojektes, für das GE 46,7 Mio. $ bereitgestellt hat, und bei dem die komplette Wertschöpfungskette optimiert werden soll, um preisgünstigere Solarmodule auf den Markt bringen zu können.

Nano-Antennen

Nano-Antennen

Januar 2008: Patrick Pinhero von der University of Missouri berichtet gemeinsam mit seinen Partnern, dem Idaho National Laboratory (INL) und der Firma Microcontinuum Inc. aus Cambridge, Massachusetts, von der Entwicklung einer neuen Solarzelle, die auch dann noch Strom abgibt, wenn die Sonne längst untergegangen ist! Bei ihrer Methode werden winzige, quadratische Spiralen oder Nano-Antennen aus leitfähigem Material auf einen Kunststoff gestempelt. Die Wissenschaftler gehen davon aus, daß die einzelne Nano-Antenne, deren Durchmesser etwa 1/25 eines menschlichen Haares beträgt, nahezu 80 % der vorhandenen Energie in Strom umwandeln kann, darunter auch die Infrarotstrahlung. Daher funktioniert die Zelle auch in der Dunkelheit, solange nur irgendwo Wärmestrahlung abgegeben wird.

Bevor diese Zellen auf den Markt kommen gibt es jedoch noch ein wesentliches Problem zu lösen. Die Stromfrequenz innerhalb der Strukturen springt pro Sekunde rund 10.000 Milliarden mal hin und her, während die elektrotechnischen Systeme, die den Strom weiterleiten, speichern oder nutzen sollen, mit einer Frequenz von 60 Hz funktionieren (also nur 60 mal pro Sekunde oszillieren). Das Team hat bereits ein Patent für eine Methode eingereicht, wie man die extrem hohe Frequenz der Zellen umwandeln kann und man rechnet damit, schon in wenigen Jahren ein funktionierendes Solarpanel vorstellen zu können.

Organische Zellen

Auf Folien gedruckte organische Solarzellen bieten gegenüber der auf Silizium basierenden Technologie eine Reihe von Vorteilen: niedrige Herstellungskosten, geringes Gewicht und große Flexibilität der Module machen sie für den Einsatz in völlig neuen Bereichen des Solarenergiemarktes interessant. Ihrer kommerziellen Nutzung stand bisher vor allem der zu geringe Wirkungsgrad entgegen.

Anfang 2000 stellen Wissenschaftler der Universität Konstanz und der Bell Labotaries in Murray Hill (USA) ein neues Verfahren vor, mit dem der Wirkungsgrad von preisgünstigen Solarzellen aus Plastik erhöht werden kann. Dabei wird dem organischen Solarzellengrundmaterial und Halbleiter Pentacen sowohl Jod als auch Brom zugesetzt.

2004 gelingt Siemens-Forschern ein entscheidender Durchbruch im Bereich der organischen Photovoltaik: Der Wirkungsgrad von großflächig auf dünne, biegsame Folien gedruckten organischen Solarzellen kann erstmals von 3 % auf über 5 % gesteigert werden. Durch den nun erreichten Wirkungsgrad dieser billigen, leichten und flexiblen Zellen, der mittelfristig noch auf etwa 10 %  gesteigert werden soll, erwartet Siemens, erste Produkte mit dieser Technik bereits 2005 auf den Markt zu bringen.

Die Global Photonic Energy Corp. in Ewing, New Jersey, arbeitet 2006 gemeinsam mit Partnern an der University of Southern California (USC), der Princeton University und der University of Michigan an neuen Materialien, um den Wirkungsgrad organischer Solarzellen stark anzuheben. Man nutzt dabei das überall vorhandene Element Kohlenstoff, das auch die Produktionskosten extrem senken könnte. Die Forscher fokussieren sich auf kleine, organische Moleküle, die sich leicht auf die verschiedensten Oberflächen applizieren lassen und eine kontinuierliche Produktion (roll-to-roll) erlauben.

Die Unternehmen BASF, Bosch, Merck und Schott gründen Ende Juni 2007 die vom Bundesforschungsministerium mit 60 Mio. € unterstützte Forschungsinitiative ‚Organische Photovoltaik’ (OPV). Die Industriepartner werden in den kommenden Jahren 300 Mio. € in die Marktreife der auf Kunststoffen basierenden organischen Kollektoren investieren, die – so dünn wie eine Klarsichthülle – gebogen, gerollt oder geknickt werden können.

Als Zielvision soll dann Mitte des nächsten Jahrzehnts der Maintower in der Bankmetropole Frankfurt zu einem Solarstromkraftwerk umgewandelt werden, in dem die 2550 Fenster mit Folien beschichtet werden. Bis dahin muß der Wirkungsgrad von derzeit 5 % auf mindestes 10 % angehoben werden und eine Haltbarkeit von mehr als 20 Jahren gesichert sein.

Mit der organischen Photovoltaik wollen die Initiatoren die Kosten auf weniger als 100 € pro Quadratmeter drücken.

Organometallische Solarzellen

An der Stanford University arbeitet man 2006 an der Entwicklung einer organometallischen Solarzelle, welche die günstigen Herstellungskosten organischer Solarzellen mit der Effizienz von Metallen kombiniert. Durch die Anwendung von Nanotechnologien soll eine konkurrenzfähige Zelle hergestellt werden.

PEC-Zellen (Photoelectrochemical Cell)

1988 gibt Stuart Licht vom israelischen Weizmann Institut bekannt, daß er in den Laboratorien des Massachusetts Instituts of Technology (MIT) eine photoelektrochemische Zelle entwickelt hat, die sogar nachts Strom produziert (!). Bei der PEC-Zelle handelt es sich um eine Kombination zwischen Solarzelle und chemischer Batterie, die einen Wirkungsgrad von 11,3 % erreicht und einen nur geringen Herstellungsaufwand hat. Außerdem entfällt der oft störanfällige elektronische Regelkreis, da der Stromfluß von den photochemischen Batterien selbst geregelt wird. Mitentwickler ist Prof. Joost Manassen, der später in dem Unternehmen Orionsolar Photovoltaics Ltd. (s.u. Grätzel-Zelle) aktiv ist.

Das Hauptproblem der PEC-Zellen ist die schnelle Korrosion, so daß sogar die besten Modelle bisher maximal nur 240 Stunden betrieben werden konnten, während die Vorgaben des Department of Energy eine Mindestbetriebsdauer von 10.000 Stunden vorsehen.

Im August 2006 blicken Wissenschaftler am Stanford Linear Accelerator Center mittels weicher Röntgenstrahlen direkt in die PEC-Zellen und beobachten die elektrischen und chemischen Reaktionen an den Berührungsflächen von Wasser und Halbleitern. Indem sie die Veränderungen auf der Halbleiter-Oberfläche auf atomarem Niveau verfolgen, versuchen sie die richtigen Materialkombinationen zu finden, um länger haltbare Zellen zu entwickeln.

Photonische Kristall-Zellen

Funktion der StarSolar-Zelle

Im März 2007 berichtet das Startup-Unternehmen StarSolar aus Cambridge, Massachussetts, daß seine patentierte Silizium-Zelle mit ihrer innovativen Lichtfallen-Technologie, die auch Infrarotstrahlung umsetzen soll, einen Wirkungsgrad von 37 % erreicht. Die Photonischen Kristalle würden es erlauben Dinge mit Licht zu tun, die bislang als unmöglich galten. Entwickelt wurde die neuen Zelle am MIT unter der Leitung des Physikprofessors John Joannopoulos.

Das Unternehmen muß nun die entsprechenden Produktionstechniken für den industriellen Maßstab entwickeln, um sein Produkt preisgünstig auf den Markt bringen zu können. Leider gibt es auf der Homepage der Firma seit April 2007 keinerlei Neuigkeiten mehr.

Pyrit-Zellen

Seit Mitte der 1980er Jahre arbeitet Prof. Helmut Tributsch in der Abteilung für Strahlenchemie des Hahn-Meitner-Instituts in Berlin an der Züchtung hochreiner Pyritkristalle, um diese als Solarzellen einzusetzen. Pyrit ist Eisensulfid (FeS2), in Deutschland ist es auch unter dem Namen Katzengold bekannt. Die Anschubfinanzierung kam von der Stiftung Volkswagenwerk und betrug 1,67 Mio. DM. Es geht dabei um die computerüberwachte Zellenmaterial-Herstellung, wobei ein Laser während der Produktion die Qualität kontrolliert – also online. Mit Pyrit-Zellen läßt sich ein theoretischer Wirkungsgrad von 18 % erreichen, zu Beginn der Arbeiten werden allerdings erst 3 % erzielt.

Die Grundstoffe für die Herstellung hauchdünner und ultraleichter polykristalliner Pyritfilme sind billig und ungiftig, die Produktion durch das Aufdampfen mittels einer Düse einfach und schnell zu bewerkstelligen. 1988 rechnet man mit dem Erreichen der technologischen Reife in wenigen Jahren.

Silizium-Zellen (monokristallines Silizium)

Bei der Silizium-Zelle handelt es sich quasi um die heutige ‚Standard-Zelle’. Wie bereits erwähnt erkannten drei US-Wissenschaftler 1954, daß sich Silizium (engl. Silicon), aus dem 27,72 % der Erdkruste bestehen, als geeignetes Absorptionsmaterial für die Solarzellenherstellung anbietet. Trotzdem konnten sich die teuren, farblich schwarzen monokristallinen Siliziumzellen nur in der Raumfahrt durchsetzen, denn eine so erzeugte Kilowattstunde würde selbst unter optimalen Umständen immer noch rund 6 DM kosten. Um wirtschaftlich sinnvoll zu werden müsste man zumindest die Installationskosten von 40 DM pro Watt auf 1 – 2 DM reduzieren. Erst dann entsprächen die Ausgaben denen der Installation von Brennstoff-Kraftwerken konventioneller Art (Stand 1985). Als theoretisch erreichbarer Wirkungsgrad bei Silizium-Zellen werden 23 % angegeben.

Die Herstellung von einkristallinem Silizium aus dem Ausgangsmaterial Quarz (SiO2) erfolgt in mehreren Schritten. Durch Reduktion mit Kohle entsteht aus dem Quarz das noch relativ unreine Rohsilizium. Dieses wird dann in flüchtiges SiHCL3 überführt, aus dem anschließend polykristallines Silizium (s.d.) in Form von Stäben sehr hoher Reinheit mit einer Länge von etwa 100 cm und 10 cm Durchmesser gewonnen werden. Zur Überführung in einkristallines Silizium werden in der Praxis zwei unterschiedliche Verfahren eingesetzt, das aus Kostengründen meist bevorzugte Tiegelzieh-(Czochralski-, Cz-)Verfahren und das Zonezieh-(float zone-, FZ-)Verfahren.

Bei Cz-Verfahren wird das Silizium in einem Quarztiegel unter gezielter Hinzugabe von Bor oder Phosphor aufgeschmolzen, wobei Sauerstoff aus dem Quarztiegel (SiO2) als Verunreinigung in den Kristall eingebaut wird, was eine Verringerung des Wirkungsgrades um 2 % – 3 % gegenüber dem FZ-Verfahren bedeutet. Die runden Cz-Stäbe werden besäumt, um einen annähernd quadratischen Querschnitt zu erhalten, dann mittels Drahtsägen o.ä. in Scheiben mit einer Dicke von ca. 100 µm – 320 µm zersägt, um anschließend mittels einer alkalischen Strukturätzung eine pyramidenförmige Oberfläche zu erhalten, der der besseren Lichteinkopplung dient. Zur Herstellung des positiv/negativ-Übergangs erfolgt eine Phosphor-Diffusion bei etwa 850°C, bei der eine etwa 0,7 µm tiefe positiv dotierte Zone entsteht. Abschließend werden für die Herstellung der Kontakte an der Front- und Rückseite Silberpaste und ein Siebdruckverfahren angewandt, gefolgt von einem Einbrennvorgang. Aus den einzelnen Zellen wird dann durch Verketten, Laminieren und Rahmen das endgültige Model fabriziert.

Das Frankfurter Battelle-Institut wies aber schon 1974 darauf hin, daß die Anwendung der (damals) neuesten Beschichtungs- und Abscheidetechniken der chemischen Industrie für die Herstellung von Halbleiterschichten für Solargeneratormodule die Kosten um das Hundertfache hätten senken können.

Die ERDA führte daher zusammen mit dem California Institute of Technology in Pasadena und einigen großen Technologie-Firmen ein Spezialforschungsprogramm durch, welches das Ziel hatte, die Installationskosten pro kW Leistung auf mindestens 1.000 DM zu senken.

Mitte 1979 wird außerdem bekannt, daß es dem Stanford Research Institute (SRI) in Menlo Park, Kalifornien, erstmals gelungen sei, mittels eines neuartigen hitzeerzeugenden chemischen Prozesses die Kosten des Zellen-Siliziums von bis zu 100 $ pro Kilogramm auf nur 5 $ zu senken. Damit war aber auch die Förderung von Privatinvestitionen durch die US-Regierung hinfällig geworden, mittels derer die alten Herstellungspreise durch die Entwicklung neuartiger Verfahren auf einen Kilogrammpreis von 14 $ gesenkt werden sollten. Die Silizium-Hersteller hatten nämlich in Erwartung neuer Produktionsmethoden lange darauf verzichtet, weiter in ihre alten und teuren Anlagen zu investieren. Mit dem neuen Prozeß sollte sich der Anteil des Rohsiliziums an den Zellenkosten von 20 % auf 2 % senken lassen.

1984 teilt die Presse mit, daß Silizium knapp wird, man erwarte eine Stagnation daher auch bei der Solarzellenproduktion. Die entsprechende dpa-Meldung basiert auf einer Aussage der Fraunhofer-Gesellschaft und wird sehr kritisch aufgenommen. Es zeigt sich, daß der Bedarf nach Reinstsilizium aus den eigens gezüchteten ‚Einkristallen’ im Segment der Mikroelektronik derart zugenommen hat, daß für die Solarzellenproduktion immer weniger zur Verfügung steht. Außerdem werden für die Herstellung eines MW Solarzellenleistung noch immer mindestens 10 t hochreines Silizium benötigt – was für einen wirtschaftlichen Großeinsatz eindeutig viel zu hoch ist.

Bei den Sandia National Laboratories in Albuquerque, New Mexico, wird ab 1989 mit Plastiklinsen experimentiert, die das einfallende Licht bündeln und mit bis zu 100-facher Stärke auf dahinterliegende Siliziumzellen werfen (s.u.). Außerdem ist deren Oberfläche mit einer antireflektierenden Schicht aus Magnesiumfluorid überzogen. Es wird damit ein (Weltrekords-)Wirkungsgrad von 20,3 % erreicht, und man rechnet mit einer Serienreife in drei Jahren.

Als wichtigster Kostenfaktor gelten laut einer im Jahr 1994 durchgeführten Untersuchung des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) in Freiburg die sehr hohen Temperaturen, die zur Herstellung des hochreinen Siliziums nötig sind. Diese Hochreinheit ist deshalb so wichtig, da Silizium als Halbleitermaterial gerade mal ein Fremdatom pro Milliarde Siliziumatome enthalten darf. Es werden daraufhin zwei kostenreduzierende Herstellungstechniken vorgeschlagen: Eine neue Sägetechnik, die nicht mehr wie bisher die Hälfte des Materials zu Spänen verarbeitet – und eine Ziehtechnik, mit der man dünnste Siliziumscheiben direkt aus der Schmelze gewinnen konnte. Die ersten Zellen aus dem Czochralski-gezogenem kristallinem Silizium erreichen einen Wirkungsgrad von 20,7 % – ein weiterer Weltrekord. Die Technik der Czochralski-Solarzellen (benannt nach dem Erfinder der Ziehtmethode) ist außerdem noch verbesserungsfähig. Bei Solarzellen aus dem besonders hochreinen Float-Zone-Silizium wird zu dieser Zeit eine theoretische Wirkungsgradobergrenze von 28 % angenommen. Beim ISE wird mit 22,1 % der bislang europaweit beste Wert erreicht. 1997 steht das ISE mit einem Wirkungsgrad von 23,3 % an dritter Stelle hinter Japan mit 23,5 % und Australien mit 24 %.

Inzwischen bieten Dutzende von Kleinproduzenten Siliziumwafer an, allerdings macht keines der Unternehmen Gewinn. Der mit Abstand größte Kollektorenfabrikant Siemens-Solar (Weltmarktanteil 1994: 20 %) machte im Vorjahr einen Umsatz von 80 Mio. DM – und einen Verlust von 94 Mio. DM. Kein Unternehmen wagt den Sprung in die Großproduktion.

Die Kosten von kristallinem Silizium verdoppeln sich zwischen 1995 und 1997. Die Zellen-Hersteller erhalten das kristalline Silizium als Abfallprodukt der Chip-Industrie, doch diese liefert pro Jahr nur 1.000 Tonnen, was die Preise in die Höhe treibt…

Um so größer ist das Interesse, das die Meldung des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) in Freiburg 1997 hervorruft, als man dort eine Dünnschicht-Solarzelle aus kristallinem Silizium mit einem Wirkungsgrad von 19 % hergestellt hat, die nur noch 30 µm dick ist (im Vergleich zu den bislang üblichen 200 µm – 300 µm). Für die Marktreife werden allerdings noch 8 – 10 Jahre veranschlagt.

1998 stellt BP Solar Siliziumzellen bereits an vielen Orten der Welt her, darunter Sundury-on-Thames, Madrid, Sydney und Fairfield in Kalifornien. Weitere Anlagen sind in Thailand und in Saudi-Arabien geplant, ein Joint-Venture besteht bereits mit Indien. Bei diesen zur Zeit hergestellten monokristallinen Siliziumzellen sind die Kontakte per Laser eingegraben, außerdem wird die Oberfläche mit Lasern behandelt (Saturn-Technologien), so daß neben dem direkten, auch das diffuse Sonnenlicht umgewandelt werden kann.

Das Institut für Kristallzüchtung (IKZ) in Berlin-Adlershof präsentiert 2000 den Prototyp einer neuen Solarzelle, deren Silizium-Kristalle direkt auf dem Trägermaterial Glas gewachsen sind. Da Glas amorph ist, also selber keine kristalline Struktur aufweist, können Kristalle nicht ohne weiteres darauf wachsen. Aus diesem Grund werden auf dem Glas Mikrometer kleine Tröpfchen einer metallischen Lösung aufgebracht, die in einer Vakuumanlage bei relativ niedrigen Temperaturen herstellbar sind. In diesen Tröpfchen löst sich das Silizium schon bei 500°C. Unter normalen Bedingungen schmilzt Silizium erst bei 1.400°C, was den Einsatz von Glas als Trägermaterial nicht erlauben würde. An den so hergestellten pyramidenförmigen Kristallisationskeimen kann das Silizium dann leicht weiter wachsen, bis eine geschlossene, hauchdünne Schicht entsteht. Die Umsetzung und Weiterentwicklung des patentierten Verfahrens erfolgt gemeinsam mit der Firma Schott Jenaer Glas, die bereits ein kostengünstiges Spezialglas entwickelt hat, sowie mit dem Max-Born-Institut für Kristallographie, der Bundesanstalt für Materialforschung und der Adlershofer Firma FIMEA. Mit einem Laserbeschuß des Glasträgers soll so z.B. ein regelmäßiges Netz von Mikro-Poren erzeugt werden. Im Idealfall bilden sich dann nur in diesen kleinen Löchern die Lösungsmittetröpfchen – und darin die perfekten Silizium-Kristallisationskeime. Eine weitere Variante ist Silizium-Germanium, das ein größeres Spektrum des Sonnenlichts absorbieren kann.

Das Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme (ISE) teilt Anfang 2004 mit, daß man eine 37 µm dünne kristalline Silizium-Solarzelle mit einem Wirkungsgrad von 20,2 % entwickelt hat. Entscheidend für das erfolgreiche Resultat ist ein am ISE entwickeltes und patentiertes Verfahren für die Rückseitenkontaktierung der Solarzelle. Diese so genannte LFC-Technik (= Laser Fired Contacts) bietet eine ideale Möglichkeit, hohes Wirkungsgradpotential mit niedrigen Herstellungskosten zu verbinden. Die sonst notwendigen teuren und langsamen Photolithographie-Schritte auf der Rückseite entfallen. In den herkömmlichen Laborprozessen müssen mit hohem Aufwand kleine Löcher in der Isolierschicht geöffnet werden, um danach die Rückseitenelektrode aus Aluminium aufzubringen. Bei der LFC-Prozessierung wird die Aluminiumschicht dagegen direkt auf die Passivierungsschicht aufgedampft, worauf mit einem Laser auf das Metall gefeuert wird, um so die lokalen Kontakte herzustellen. Dieser Prozeß ist kostengünstig, materialschonend, äußerst schnell – er dauert nur eine Sekunde pro Solarzelle – und funktioniert unabhängig von Scheibendicke und -dotierung.

Sphelar-Zelle

Sphelar-Zelle

Diese Methode ist daher genau richtig für eine industrielle Massenfertigung. Einen Nischenmarkt für superdünne Hochleistungszellen gibt es bereits in der Luft- und Raumfahrt. Für den terrestrischen Massenmarkt sei laut ISE allerdings noch Forschung und Entwicklung in deutlichem Umfang erforderlich, um die ultradünnen Scheiben kostengünstig herzustellen. Die Herstellung von Solarzellen auf ultradünnen Wafern wird im Rahmen eines Projekts des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit BMU gefördert.

Das bereits 1980 gegründete japanische Unternehmen Kyosemi Corp. aus Kyoto präsentiert um 2005 eine äußerst individuelle und gleichzeitig hoch effiziente Methode zur Herstellung von Siliziumszellen, an der man seit 1993 arbeitet. Dabei läßt man geschmolzenes Silizium aus einer Höhe von 14 m hinuntertropfen, wobei die Oberflächenspannung im Laufe des 1,5 Sekunden langen Falls winzige Blasen mit einem Durchmesser von 1 mm formt, während das Silizium auskristallisiert.

Diese Bläschen, die das Sonnenlicht aus vielen Richtungen einfangen, können dann auf Oberflächen jeglicher Form aufgebracht werden. Als im Labor erreichter Wirkungsgrad werden nahezu 20 % angegeben, was etwa ein Drittel mehr ist als die konventionellen flachen Solarzellen derzeit erzielen.

Das Unternehmen bietet sein Produkt auf flexiblen Oberflächen wie Folien oder als kuppelförmige Sphelar-Zellen an.

Seit 2002 arbeitet das japanische Unternehmen Clean Venture 21 (CV21) aus Kyoto an einer Technologie, eine neue Solarzelle aus Tausenden von winzigen Siliziumskügelchen mit einem Durchmesser von 1 mm herzustellen, die von hexagonalen Aluminium-Reflektoren umgeben sind, die als Mini-Konzentratoren fungieren.

Die Kügelchen selbst bestehen aus einem positiv dotierten Siliziumball, auf dessen Oberfläche eine Schicht aus negativ dotiertem CdS (s.d.) aufgebracht ist. Hinzu kommt eine weitere antireflexive Beschichtung.

Struktur und Aufbau der CV21 Solarzellen

Struktur und Aufbau der CV21 Solarzellen

An ihrer Unterseite sind die Bällchen durch ein Loch in der Mitte des Reflektors mit den Elektroden der flexiblen Trägerfolie verbunden.

Mit dieser Technik sollen sich die Herstellungskosten bei gleicher Ausgangsleistung um 50 % reduzieren lassen.

Bekannt wird diese Arbeit erst im Oktober 2007, als die Firma die Produktion ihrer ersten 10 kW Module aufnimmt.

Ab Mai 2008 soll die Produktionsleistung von 1.000 auf 60.000 Zellen pro Tag erhöht werden und bis 2010 der Preis auf die Hälfte der derzeitigen Marktpreise sinken.

CV21 Solarzelle

CV21 Solarzelle

2006 wird mitgeteilt, daß das ISE für die nächsten Jahre eine Verzehnfachung des Marktes für Solarzellen erwartet, und eine Umsatzsteigerung von heute 10 auf 100 Milliarden Dollar. Grund dafür ist das fachliche Selbstverständnis des neuen Fraunhofer-Chefs ab 1. Juli 2006, des Physikprofessors Eicke Weber, der zuvor 23 Jahre lang an der Universität Berkeley, Kalifornien, gelehrt hatte.

Weber gilt als Experte für ‚schmutziges Silizium’ und meint, für den boomenden Markt der Photovoltaik muß sich die Herstellung von Solarzellen gar nicht auf hochreines Silizium beschränken. Die Herstellungskosten für schmutziges Silizium sind schließlich wesentlich günstiger. Zudem könne dessen Produktion der Branche die Nachschubsorgen nehmen. Und bei der Produktion von Modulen mit schmutzigem Silizium braucht man auch nur ein Zehntel der bisher benötigten Energie.

Im Oktober 2007 stellt das Startup-Unternehmen von 2006 CaliSolar Inc. aus Menlo Park, eine Ausgründung der Universität von Kalifornien in Berkeley, seine neue Methode vor, mit der Solarzellen auch mittels aufgewertetem metallurgischen Silizium (dirty Si) hergestellt werden können, das zwar unreiner aber dafür auch wesentlich billiger ist, als das allgemein industriell verwendete hochreine Silizium.

Das in der Mikroelektronik benutzte Silizium hat einen Reinheitsgrad von über 99,99999 % und kostet pro Kilogramm zwischen 150 und 250 $. Weltweit hergestellt werden davon zu diesem Zeitpunkt pro Jahr rund 70.000 t. Das aufgewertete metallurgische Silizium hatte dagegen nur einen Reinheitsgrad von 99 % und kostet zwischen 20 und 50 $ das Kilo. Von diesem Material werden rund 1,2 Mio. t pro Jahr hergestellt (Stand 2007).
 
Die Zellen von CaliSolar erreichen bereits einen Wirkungsgrad von 14 %, und für das erste Quartal 2008 ist der Bau des Prototyps einer Herstellungslinie geplant. Anschließend will das Unternehmen mit der Massenproduktion beginnen, für die allerdings noch ein Finanzbedarf zwischen 30 und 50 Mio. $ besteht. Während das Unternehmen seine Forschungen in Berlin durchführt, soll die Produktionsanlage für die Solarzellen in Kalifornien errichtet werden.

Im November 2007 stellt IBM einen neuen Recyclingprozess für Halbleiterwaferscheiben vor, mit dem sich Strukturen effektiver als bisher von der Waferoberfläche entfernen lassen. Die bereinigten Wafer können dann der Solarzellenindustrie angeboten werden. Bislang wird dieser Recyclingprozess erst in einer Anlage in Burlington, US-Bundesstaat Vermont, eingesetzt, doch demnächst soll er auch in einer Halbleiterfarbrik in East Fishkill eingeführt werden.

Nach statistischen Angaben der Halbleiterindustrie werden dort pro Tag 250.000 Waferscheiben genutzt, wobei IBM den Ausschuss auf bis zu 3,3 % schätzt. Aus diesen Zahlen errechnet das Unternehmen eine jährliche Menge von drei Millionen Silizium-Scheiben, die aussortiert werden müssen und die sich mit dem IBM-Verfahren nun zu Solarwafern recyceln lassen.

An der University of Illinois in Urbana-Champaign arbeitet 2007 der libanesisch-stämmige Dr. Munir H. Nayfeh an der Weiterentwicklung von Silizium-Nanopartikeln. Gemeinsam mit der Octillion Corp. in Auburn Hills, Michigan, sollen Dünnfilme aus diesen Nanopartikeln auf Glasoberflächen aufgebracht werden, wodurch sich – ohne den Verlust ihrer Transparenz – Fensterflächen zu großflächigen Solarzellen umwandlen lassen. Die Technologie zur Herstelleung der NanoPower Windows beruht auf einem innovativen Prozeß, der Elektrochemie und Ultraschall verbindet, und bei dem identische 1 – 4 nm kleine Nanopartikel entstehen, die auf das Trägermaterial aufgesprüht werden können und ein breites Band von Wellenlängen bis zum Ultraviolett nutzen. Die sogenannten ‚nanosilicon photovoltaic solar cells’ sollen einen Wirkungsgrad von 50 – 60 % erreichen.

Anfang Januar 2008 meldet die Internet-Presse, daß unabhängige Untersuchungen nachgewiesen haben, daß die Silizium-Nanopartikel, mit denen die NanoPower Windows von Octillion hergestellt werden, ebenso dazu genutzt werden können, die Leistung konventioneller Solarzellen im sichtbaren Bereich um bis zu 10 %, und im ultravioletten Bereich sogar um bis zu 70 % zu verbessern.

(Siehe hierzu auch weiter unten: Solarzellen-Spray)

Im Juli 2007 meldet Sanyo einen neuen Weltrekord bei seinen kristallinen Siliziumszellen. Mit 22 % brechen die HIT solar cells den bisherigen firmeneigenen Rekord von 21,8 %. HIT steht dabei für ‚Heterojunctin with Intrinsic Thin layer’ – die Solarzellen besteht aus einem einzelnen dünnen Wafer aus kristallinem Silizium, der von Schichten aus ultradünnem amorphem Silizium (s.d.) umgeben ist. Als praktische Größe für eine derartige Zelle gelten 100 cm2 oder mehr. Gleichzeitig wird die Oberfläche durch winzige Unebenheiten optimiert, so daß weniger Licht reflektiert wird.

Silizium-Zellen (mikrokristallines Silizium)

Eine weitere Form von Silizium untersuchen Materialwissenschaftler seit 2002 am Institut für Photovoltaik des Forschungszentrums Jülich: das mikrokristalline Silizium (µc-Si).

Die kleinen Kristalle – sogenannte Kristallite – aus Silizium sitzen kegelförmig in einer Matrix aus amorphem Silizium.  Ihre Keime entstehen in der Anfangsphase des Wachstums, an der Grenze zwischen Matrix und Substrat: Von dort aus wachsen sie durch Zugabe von Silizium aus der Gasphase – ähnlich wie Kandiszucker durch Anlagerung von Zuckermolekülen aus einer übersättigten Zuckerlösung wächst.

Um diese Prozesse studieren zu können, werden mit der Plasmaunterstützten Gasphasenabscheidung Schichten von wenigen Atomlagen Dicke hergestellt. Hierfür werden in einer Vakuumkammer Silan (gasförmiger Siliziumwasserstoff) und Wasserstoff ähnlich wie in einer Leuchtstoffröhre in einen Plasmazustand versetzt, bei dem die Gasmoleküle in Ionen und Elektronen aufgetrennt sind. Das Silanmolekül bricht auf, und Silizium bindet gemeinsam mit dem Wasserstoff an das Substrat. Die erzeugten Siliziumschichten sind so dünn, daß die Kristallite bei ihrer Entstehung und während ihres Wachstums nur mit einem Rastertunnelmikroskop oder einem Rasterkraftmikroskop betrachtet werden können.

Aufbauend auf diesen Ergebnissen hoffen die Wissenschaftler, die Eigenschaften der Siliziumschichten in Dünnschicht-Solarzellen verbessern zu können, denn mikrokristallines Silizium kombiniert die Vorzüge von kristallinem Silizium und amorphem Silizium ohne in der Herstellung so teuer bzw. in der Funktionstüchtigkeit so alterungsanfällig zu sein. Auch eine Leistungssteigerung der Dünnschicht-Solarzellen auf Silizium-Basis wird erwartet.

Siliziumnitrid-Inversionsschicht-Zellen

Prof. Rudolf Hezel von der Universität Erlangen-Nürnberg entwickelt 1987 eine Siliziumnitrid-Inversionsschicht-Zelle, die neben einem hohen Wirkungsgrad auch eine beachtliche Senkung der Herstellungskosten in Aussicht stellt. Im Rahmes des zu 50 % vom BMFT geförderten Forschungsvorhaben wird nachgewiesen, daß Solarzellen auch in einem einfachen Niedertemperatur-Prozeß hergestellt werden können.

Die im Labor erzielten Wirkungsgrade betragen bei Verwendung von polykristallinem Siliziummaterial rund 13 %, und bei monokristallinem Material etwa 15 %, Steigerungen auf 14 % bzw. 17 % werden für möglich gehalten. Verschiedene Industriepartner arbeiten daran, die ‚Hezel-Zelle’ zur technischen und industriellen Marktreife zu führen.

1988 wird das aus diesen Forschungen erwachsene MIS-Patent (Metal-Isolator-Semiconductor) von der Firma Nukem GmbH erworben, und 1990 entsteht im bayerischen Alzenau bei Aschaffenburg eine Pilotproduktionsanlage mit einer Kapazität von 1 MW, in der die neuartigen MIS-I-Zellen hergestellt werden (= Metall-Isolator-Silizium-Inversionsschicht). Die produzierten Zellen haben einen Wirkungsgrad bis 15 %.

Silver Solar Cells

Die Sliver solar cells werden am Centre for Sustainable Energy Systems (CSES) der Australian National University mit finanzieller Unterstützung des Energie-Dienstleisters Origin Energy entwickelt. Im Vergleich zu konventionellen monokristallinen Zellen benötigen sie nur 10 % der Menge an hochreinem Silizium, wodurch sich die Produktionskosten um bis zu 60 % senken lassen.

Dabei werden konventionelle Solarzellen von 1 mm Dicke in mehrere, nur 120 Mikrometer dünne Scheiben zersägt. Ende 2006 erzielen die ‚Zellscheiben’, die damit schon zu den Dünnschichtzellen gezählt werden können, einen Wirkungsgrad von 20 %. Origin Energy errichtet daraufhin Produktionslinien in Adelaide und im südaustralischen Regency Park und will Mitte 2007 mit den neuen Modulen auf den Markt kommen.

Solarzellen-Spray

Im Januar 2005 berichtete die Presse von einer neuartigen Solarzelle auf Polymerbasis, deren nanotechnologische Komponenten erstmals auch Infrarotstrahlung in Elektrizität umwandeln können. An der Universität von Toronto, wo unter anderen auch Ted Sargent an der Entwicklung des Systems beteiligt ist rechne man außerdem mit einer bis zu fünffachen Effizienzsteigerung gegenüber herkömmlichen Modellen aus Plastik, die derzeit maximal 6 % erreichen. Was dieses System besonders interessant macht ist die Möglichkeit, es als Sprühfilm auf diversen Trägermaterialien aufzubringen, seien diese nun aus Metall (Autokarosserie) oder Textilien (Kleidung). Außerdem lassen sich ausrollbare Matten vorstellen, die auch schnell und einfach zu transportieren sind.

Dem Team um den japanischen Forscher Masahiro Furusawa gelingt es 2006, Silizium-Filme aus einer Flüssigkeit zu erzeugen, die sich sogar mit Tintenstrahl-Druckern auf das Substrat aufbringen lässt. Flüssiges Silizium kommt dafür schon wegen seines sehr hohen Schmelzpunktes von über 1.400 °C nicht in Frage. Die japanischen Forscher wählten als Ausgangspunkt deshalb Cyclo-Pentasilan (Si5H12) eine Silizium-Wasserstoff-Verbindung die den Vorteil hat, schon bei Zimmertemperatur flüssig zu sein. Erhitzt man diese Flüssigkeit, dann verliert sie Wasserstoffgas, und übrig bleibt reines Silizium.

Zur Beherrschung des Prozesses erzeugten die japanischen Forscher durch Bestrahlung mit ultraviolettem Licht nichtflüchtige Polysilanketten, deren Konsistenz Schwerölen ähnelt. Stoppt man diesen Prozeß auf halbem Wege, lösen sich die Polysilane derart auf, dass sich aus der entstandenen Lösung elementares, aber amorphes Silizium bilden kann. Als letzter Schritt folgt eine UV-Bestrahlung, um daraus polykristalline Strukturen zu erzeugen.

Negativ wirkte sich beim Druckprozeß vor allem aus, daß es noch nicht gelang, den Trocknungs- und Schrumpfungsprozess eines ‚Tinten’-Tropfens ausreichend genau zu kontrollieren – die entstehenden Silizium-Inseln wurden meist zu dick.

(Siehe hierzu auch oben: Nano-Zellen)

Titandisilicid-Zellen

Am Max-Planck-Institut für Bioanorganische Chemie in Mühlheim wird Ende 2007 eine neue Solarzelle aus dem Halbleitermaterial Titandisilicid entwickelt, die unter Lichteinwirkung Wasser katalytisch spalten und die Reaktionsprodukte Wasserstoff und Sauerstoff außerdem auch noch speichern kann.

Anders als die bisherigen als Photokatalysatoren geeigneten Halbleitermaterialien, die schwer herzustellen und entsprechend teuer waren, eine geringe Lichtabsorption besaßen und sich teilweise während der Reaktion zersetzten, sind Silicite kostengünstig, reagieren stabil und absorbieren Licht in einem weiten Bereich des Sonnenspektrums.

Besonders interessant wird die Titandisilicid-Zelle durch die gleichzeitige umkehrbare Wasserstoff- und Sauerstoffspeicherung, wobei sie die Gase nur getrennt wieder freiläßt. Während die Freisetzung des gespeicherten Wasserstoffs nämlich schon bei niedrigen Temperaturen erfolgt, benötigt die Freisetzung des Sauerstoffs Temperaturen über 100°C sowie Dunkelheit. Dieser wesentliche Unterschied macht die Handhabung des Zellmaterials ebenso wie die Pufferung der Reaktionsgase sicher und einfach zu handhaben.

Raum für weitere Forschungen bietet die ganze Familie verwandter Silicide-Verbindungen des Siliziums mit ihren verschiedenen Übergangsmetallen.

Transparente Zellen

Von transparenten Zellen wird erstmals 1987 berichtet, als die japanische Sanyo Electric Corporation eine amorphe, lichtdurchlässige Zelle vorstellt. Als Anwendungsbereiche nennt das Unternehmen transparente Wagendächer zur Versorgung des Autoradios, Gewächshäuser und Fenster. Ein Verkauf an Endverbraucher ist nicht geplant. Die Kosten dieser Zelle sind anderthalb mal so hoch, wie die konventioneller amorpher Zellen (s.d.).

Erst 1998 wird darüber wieder geredet, als das Bundesforschungsministerium die Ergebnisse der Delphi-Studie, der größten Expertenbefragung zur Zukunft von Wissenschaft und Technik in Deutschland, bekannt gibt. Unter anderem wird dort prognostiziert, daß ab 2015 Fenster aus transparenten polymeren Solarzellen bestehen werden.

Teiltransparente Zellen, die der Physiker Peter Fath an der Universität Konstanz im Rahmen einer Diplomarbeit entwickelt hat, werden ab 1999 von dem örtlichen, bereits 1993 gegründeten Unternehmen sunways GmbH gefertigt. Das Unternehmen kann jährlich 14.000 m2 herstellen. Ab Anfang Mai 2001 produziert die Firma rund um die Uhr in drei Schichten, und 2003 wird Produktionskapazität von 5 MW auf 10 MW verdoppelt.

Die Transparenz dieser weltweit patentierten ‚Power-Zelle’ (= Polycristalline Wafer Engineering Result) liegt zwischen 0 % und 30 % und kann im Produktionsprozeß variabel gestaltet werden. In der Serienfertigung soll der Wirkungsgrad bei 10 % liegen (bei einer Standardtransparenz von 20 %). In die polykristallinen Siliziumscheiben werden beidseitig – um 90° versetzt – winzige V-förmige Rillen gefräst, die an den Kreuzungspunkten Löcher bis zu 0,1 mm Durchmesser entstehen lassen. Anschließend wird die Oberfläche durch Phosphor-Diffusion mit einer positiv dotierten Schicht und einer Antireflexbeschichtung versehen, dann werden im Siebdruckverfahren die Kontakte angebracht. Die Hersteller sehen ihre besten Absatzchancen im Fassadenbau und bei der Dachgestaltung, da sich die Zellen einfärben lassen, ohne daß dadurch auch die Lichtfarbe verändert wird.

Die Dresdner Firma Solarwatt entwickelt 2003 Solarmodule, die auch in moderne Glasfassaden und Dächer integriert werden können. Die neuen, transparenten Module sind so konstruiert, dass sie genug einfallendes Tageslicht hindurchlassen, ohne zu Leistungseinbußen zu führen. Das Konstruktionsprinzip ist einfach – anstatt einer lichtabweisenden Folie wird eine Glasscheibe an die Rückseite des Moduls montiert. Auf derartige Module werde ich noch näher bei der Betrachtung der Solarhäuser eingehen (s.u.).

Twin Solar-Zellen

Als Direktor des Batelle-Instituts in Genf entwickelt der Münchner Physiker Helmut Hoegl Mitte der 1980er Jahre eine Solarzelle, die aus feinen, mit Silizium beschichteten Stäben oder Drähten statt aus einer Siliziumscheibe besteht. Die Twin Solar-Zelle nutzt das Sonnenlicht besser als die bisherigen Modelle, weil sie eine wesentlich größere Oberfläche hat. Sie benötigt außerdem weniger Material, weil die Siliziumschicht auf dem Draht oder Band mindestens zwanzigmal dünner ist als die geschnittenen oder gesägten Scheiben. Zur Fertigung der Twin-Solarzelle eignen sich mit Silizium bedampfter Stahldraht oder auch mit Kupfer-Indium-Diselenid beschichteter Kupferdraht. Die Drähte funktionieren als Innenelektroden und sind mit p/n- bzw. n/p-Schichten bedampft.

Durch die gleichzeitige Belichtung des rundum beschichteten Drahts mit Direktlicht und Streulicht wird ein fast verdoppelter Wirkungsgrad erreicht, die Verwendung kostengünstiger Materialien und moderner Techniken der Draht- bzw. Bänderherstellung und -beschichtung entstehen um 90 % niedrigere Produktionskosten, und  aufgrund der vielfältigen Anordnungsmöglichkeiten sind die Bandzellen auf jeder erdenklichen Oberflächenstruktur aufbringbar.

Wolfram-Zellen

Eine weitere Entwicklung auf dem Sektor der Solarzellen sind die von dem IBM Watson Research Center in Yorktown Heights (USA) vorgestellten Wolfram-Filme mit schwarzer Oberflä­che, die bis zu 90 % der Sonnenlicht-Photonen einfangen sollen, wobei dank des schlechten Emissionsverhaltens des Wolframs (engl.: Tungsten) selbst bei Temperaturen um die 500°C noch keinerlei Abstrahlung eintritt.

Die besondere Oberflä­chenstruktur des Films (Dendriten mit einem Neigungswinkel von 15°) bewirkt eine wiederholte Reflexion und dadurch eine Absorption und Speicherung. Genaue Zahlen für den Wirkungsgrad sind allerdings nicht genannt worden.

Zeolith-Zellen

Seit einigen Jahren arbeiten Forscher der Universität Bern um Gion Calzaferri daran, auch mit dünneren und weniger reinen Halbleiterschichten gute Wirkungsgrade zu erzielen, indem dem Halbleiter molekulare Antennensysteme als Lichtsammeleinheiten vorgeschaltet werden, die auf Zeolith-L-Kristallen basieren. Die Idee stammt aus der Natur: In Pflanzen ist jedes Reaktionszentrum der Photosynthese von mehreren hundert Farbstoffmolekülen umgeben, die dabei helfen das Licht zu absorbieren und die aufgenommene Energie an das Reaktionszentrum weiterzuleiten, wo die Energie der Sonnenstrahlung genutzt wird, um Wassermolekülen Elektronen zu entziehen und durch diese Ladungstrennung Energie zu speichern.

Schon in den Jahren zuvor hatte die Gruppe zwei wichtige Erfolge erzielt: die Bindung oder Adsorption von korkenförmigen Farbstoffen (Stopcocks) zum Einfangen der Anregungsenergie an den Kanalenden, und den Nachweis, daß von solchen Stopcocks aus ein Energietransfer auf einen Halbleiter stattfinden kann.

Den Forschern gelingt es 2006 erstmals, Zeolithkristalle so auf einem Träger auszurichten und zu befestigen, daß alle Kanäle gleichgerichtet senkrecht zur Trägerfläche stehen, was eine wichtige Voraussetzung dafür ist, um die Lichtenergie von einer Vielzahl von Kristallen effizient auf eine Halbleiterschicht übertragen zu können, die von der anderen Seite her auf die Zeolithkristalle gebracht wird. Die nur etwa einen Mikrometer großen zylinderförmigen Aluminiumsilikat-Kristalle enthalten jeweils etwa 100.000 Kanäle.

Der nächste Schritt besteht nun darin, mit der Energie der Strahlung, die durch das Antennensystem eingefangen und weitergegeben wird, in dem Halbleitersubstrat eine Trennung von positiven und negativen Ladungen herbeizuführen, um mit der so erzeugten Spannung einen externen Stromkreis zu betreiben.

Zink-Mangan-Tellur-Zellen

Mit einer neuen Metallegierung aus Zink, Mangan, Tellur und einer Prise Sauerstoff soll ein Zellenwirkungsgrad von über 50 % erreicht werden, geben Forscher des Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) Ende 2003 bekannt. Kin Man Yu und seine Kollegen stellen ein Material her, das zwei freie und weit voneinander entfernte Energiebänder hat. Damit können Photonen aus drei Energiebereichen des Lichtspektrums in Strom verwandelt werden, nämlich solche, die Elektronen in das erste, in das zweite oder vom ersten in das zweite Energieband befördern. Die Forscher haben berechnet, daß eine aus ihrem Material bestehende Solarzelle einen Wirkungsgrad von 45 % hätte. Variationen des Sauerstoffanteils könnten den Wirkungsgrad sogar auf über 50 % steigern.

2006 wird bekannt gegeben, daß man mittels der atomaren Dotierung mit Sauerstoff durch einen Ionenstrahl tatsächlich einen Wirkungsgrad von 45 % erreicht hat. Das LBNL vergibt die Lizenz zur Kommerzialisierung den Mehrband-Solarzellen an die Startup-Firma RoseStreet Labs aus Phoenix, Arizona. Wann die Marktreife erreicht wird, kann allerdings noch nicht prognostiziert werden.

Um diese schneller zu erreichen formieren die RoseStreet Labs und die Sumitomo Chemical Co. Ltd. ein Joint-venture: Die ebenfalls in Phoenix angesiedelte Rosestreet Labs Energy Inc.

Inzwischen redet man von Wirkungsgraden oberhalb der 48 %. 2007 wird der Plan veröffentlicht, eine Pilot-Produktionslinie für die Gesamtspektrum-Solarzellen zu errichten, die im März 2008 in Betrieb gehen soll.

Thermophotovoltaik

Thermophotovoltaik (TPV) ist eine Technik zur Umwandlung von Wärme in elektrische Energie durch Photozellen. Hierbei wird ein Strahlungsemitter so stark erhitzt, daß er die Photozellen beleuchtet. Die Schwierigkeit besteht dabei in erster Linie in der Abstimmung des Strahlungsspektrums des Emitters mit dem Empfindlichkeitsspektrum der Photozelle.

Auf der Hannover Messe 1997 wird eine thermophotovoltaische Zelle präsentiert, die mit Hilfe einer Kerze ein Radio betreiben kann (!). Diese angepaßte Galliumarsenid-Zelle (s.o.) wandelt neben dem Licht auch die Wärmestrahlung in Strom um. Die Produktionsreife wird für 2010 erwartet, bei der ein Wirkungsgrad von 35 % anpeilt wird. Das Bundesforschungsministerium fördert die Forschungen bis 2000 mit insgesamt 16 Mio. DM.

2002 berichten Forscher der Schweizer Paul Scherrer Instituts in Villigen, daß man einen selektiven Emitter aus Yb2O3 entwickelt habe, dessen Emissionsspektrum auf Silizium-Photozellen abgestimmt ist, wodurch deren Einbau in gasbefeuerte Hausheizungen denkbar wird. In einem strom-autarken Heizsystem erzeugt ein TPV-System die elektrische Energie, welche die Heizung zum Betrieb benötigt, so daß diese nach dem Start völlig unabhängig vom Stromnetz arbeiten kann.

Mit einem kleinen Prototyp wird ein Wirkungsgrad von 2,4 % erreicht. Durch die zusätzliche Installation eines optimierten IR-reflektierenden Filters erwartet man sogar einen Wirkungsgrad von über 5 %.

Im Anschluß an die verschiedenen Zellenarten werde ich nun die diversen Optimierungs- und Verstärkungstechniken auflisten, die im Zusammenhang mit der Photovoltaik zur Diskussion stehen.

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.

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.

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 betriff 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 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.

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. 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.

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.

Alpha-2 LCPV

Alpha-2 LCPV

In der bislang aktuellsten 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 durch Rillen auf deren Oberfläche, die als Lichtfänger dienen. 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.

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.

Archimedes IVT-System

Archimedes IVT-System

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 noch 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. 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.

BrightPhase Konzentrator

BrightPhase Konzentrator

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 dann noch von personellen Zuwächsen und Mitte 2009 von Präsentationen auf Ausstellungen berichtet, doch 2011 ist die Homepage der BrightPhase nicht mehr zu erreichen.

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. Daß 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 ihm 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 cm2) 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 gegründeten 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.

In den Folgejahren 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. 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 Solarmodulen 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 auch keine aktuelle 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 Tripelzellen bereits für den Einsatz im Weltraum nach einem ebenfalls am Fraunhofer ISE entwickelten Prozeß. Auf der Erde werden Tripelzellen 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.

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 wohl größte Auftrag für Konzentrator-Module des Jahres 2006 geht mit 35 Mio. $ 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.

Ein weiterer interessanter Ansatz, damit weniger Licht reflektiert und mehr absorbiert werden kann, ist es Solarzellen zu ‚schwärzen’.

Mit schwarzen Solarzellen beschäftigen sich hauptsächlich zwei Forschungsgruppen. An der Harvard University wird unter der Leitung des Physikers Eric Mazur die spiegelnde Oberfläche des Wafers mit extrem kurzen Laserimpulsen in einen stark lichtabsorbierenden und schwarz erscheinenden Wald mikroskopischer Spitzen verwandelt.

An der TU München wiederum gelingt es Prof. Martin Stutzmann und seinen Kollegen im Jahr 2006 die Reflektion der Silizium-Oberfläche im photosensitiven Bereich der Zellen um 95 – 98 % zu senken. Hierfür entwickelte der Physiker Svetoslav Koynov eine einfache und schnelle Technik, die bei jeder Siliziumart und -dicke eingesetzt werden kann, und bei der auf naßchemischem Wege eine Textur in die Zellenoberfläche eingebracht wird. Dabei werden auf der Siliziumoberfläche nanometergroße Goldkörnchen ausgebracht, die sich im Rahmen einer katalytischen Reaktion mit einer Lösung aus Wasserstoffperoxid und Fluorwasserstoffsäure regelrecht in die Oberfläche hineinbohren. Die Nanopartikel lassen sich anschließend mit einer Lösung aus Jod and Kalium wieder entfernen. Man rechnet damit, daß der Wirkungsgrad der entsprechend behandelten Zellen dadurch um 10 – 20 % gesteigert werden kann. Nun sei man auf der Suche nach finanzieller Unterstützung um die Methode weiter zu entwickeln und in drei Jahren auf den Markt zu gehen.

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 US-Patent (Veröffentlichungs-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. 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.

Banyan ATIR Modul

Banyan ATIR Modul

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 Kühlungssystem 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 dagegen 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.

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 NEA, 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.

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 Gestehungskosten auf 1 $/W drücken und die derzeitigen Kosten für installierte Photovoltaik damit um 90 % senken.

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.

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.

Pythagoras Test am Willis Tower

Pythagoras Test
(Willis Tower)

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.

Stanford-Innovation (a)

Stanford-
Innovation (a)

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 seinem Vater 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.

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.

Slat-Array Konzentrator

Slat-Array Konzentrator

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 Unternehmen 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 IBM 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 IBM-Technologie ist die 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 der 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 MikroKonzentrator-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 ein Quadratmeter groß, als Marktprodukt werden die Panels voraussichtlich 1,5 x 1 m groß werden. Die kommerzielle Herstellung soll 2010 beginnen, wobei die ersten Verkaufsversionen des voraussichtlich rund 50 cm2 groß sein werden. 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 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.

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 Nanometern (= 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 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 ZhongLin 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 Lichtabsorbierenden 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 als starr installierte Systeme 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 Vreden, 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-Strreifen, 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 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. 

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: ca. 40 %). 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 (Update in Arbeit).

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 Abschluß 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 dann 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) koordiniertwird (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 Solarkonentrator 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 bebaut 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 FirmaGreen 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 einem 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 werden, 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 etwas 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.

Photovoltaische Großanlagen (I)

Mit Beginn der Massenfertigung von Solarzellen werden auch erste Demonstrations- und Pilotvorhaben realisiert, oftmals im Rahmen von Inselanwendungen. Zu den Großanlagen zählen Solarparks, Einzelanlagen sowie gebäude- und dachintegrierte Anlagen. Im Laufe der Entwicklung wurden die PV-Anlagen immer größer, außerdem wurden sie zunehmend auch an bestehende Stromnetze angeschlossen – nicht zuletzt aufgrund der (subventionierten) Vergütungen, wie sie in Deutschland und anderen Ländern gesetzlich festgelegt wurden.

Nachfolgend werde ich die Entwicklung dieses Einsatzbereiches anhand der mir bekannten Großanlagen – in der Reihenfolge ihrer Errichtung – dokumentieren. Und wenn der Begriff ‚weltgrößte Anlage’ mehrfach auftaucht, dann stimmt er auch – zum Zeitpunkt der jeweiligen Inbetriebnahme.

Schuchuli / USA

1978 wird durch die NASA das weltweit erste ‚Solardorf’ im Reservat der Papago-Indianer in Arizona mit einer Solarzellen-Anlage ausgestattet. Das 3,5 kW System betreibt Wasserpumpen und versorgt 15 Familien mit Licht und Energie zum Kühlen, für die Näh- und Waschmaschinen. Alle anderen Systeme zur Stromversorgung wären teurer gewesen. Als das Reservat 1983 an das öffentliche Stromnetz angeschlossen wird beschränkt man die Solaranlage auf den Betrieb einer öffentlichen Wasserpumpe.

Al-’Uyaynah / Saudi-Arabien

Im Rahmen des SOLERAS-Projektes wird ab 1980 in einem ‚Solardorf’ etwa 50 km nordwestlich der Haupstadt Riadh eine 25 kW Anlage mit 41.000 Solarzellen auf 160 x 32 Modulen durch den koreanischen Subcontrator Chung Hwa errichtet. Das US-Unternehmen Martin Marietta Aerospace und die Saudische Regierung teilen sich die Anlagenkosten von 100 Mio. $. Ab 1981 arbeitet die Anlage mit einem Gesamtwirkungsgrad von rund 10,5 %.

Hesperia-Anlage

Hesperia-Solarfeld

Ebenfalls 1981 soll eine 350 kW Anlage mit dem Namen Solaris in Betrieb gegangen sein, über die ich jedoch nichts weiter finden konnte.

Hesperia / USA

In den Bergen von San Bernadino, östlich von Los Angeles, errichtet Arco Solar 1983 eine PV-Anlage mit einer Leistung von 1 MW.

Community College / USA

In Arkansas betreibt das Community College gemeinsam mit dem DOE seit 1981 eine 245 kW PV-Anlage.

Lugo Station / USA

Eine 1 MW Anlage wird 1982 durch Arco Solar und die Pacific Gas & Electric im kalifornischen Lugo Station errichtet.

Kythnos / Griechenland

Ab Mitte 1983 produziert das von der EG und dem BMFT geförderte, und von Siemens und Varta errichtete Solarkraftwerk 100 kW Spitzenleistung, es besteht aus 860 Panelen mit jeweils 144 monokristallinen Solarzellen. Das installierte Watt kostet etwa 25 DM. Eine 600 kW/h-Batterie überbrückt Ausfallszeiten.

Pellworm / Deutschland

Die größte Anlage in Europa wird 1983 auf der nordfriesischen Insel Pellworm in Betrieb genommen. Insgesamt 17.000 Zellen mit einer Fläche von 4.600 m2 produzieren 300 kW. Das Projekt soll Erfahrungen zur Effektivität in nördlichen Breiten sammeln. Die Anlage mit einem gesamten Flächenbedarf von 28.000 m2 wird von der EG finanziert und von der AEG gebaut, der Preis beträgt rund 12 Mio. DM.

Pellworm-Anlage

Pellworm

1986/1987 werden dort außerdem noch 4 Windkraftwerke installiert (s.d.). 1988 berechnet man die produzierte Kilowattstunde mit 3,57 DM. Es zeigt sich außerdem, daß die Speicherung des Gleichstroms in Batterien auch längerfristig noch zu teuer bleiben wird.

1992 gilt Pellworm mit 1 MW Leistung als größte Hybridanlage in Europa (s.u.), dabei kommen jetzt 600 kW aus der inzwischen erweiterten PV-Anlage, der Rest stammt von den Windkraftwerken. Die zusätzlichen, weiterentwickelten Solarmodule haben nur noch eine Fläche von 2.500 m2. Die zweite Ausbaustufe kostet 7,5 Mio. DM, an denen sich der Bund zu 50 %, und das Land Schleswig-Holstein zu 20 % beteiligen. Die restlichen 30 % teilen sich die beteiligen Industrieunternehmen. Auch hier werden zur Erprobung unterschiedliche Module installiert.

Nach zweijähriger Modernisierung geht die Anlage mit inzwischen 1,1 MW im Sommer 2006 wieder ans Netz. Rund 3,7 Mio. € investierte E.ON Hanse in die Erneuerung des Photovoltaik-Parks, der seit 1983 in Betrieb ist.

Carrisa Plains / USA

Im südlichen Kalifornien, in der Mojave-Wüste zwischen San Luis Obispo und Berkefield errichtet Arco Solar ab 1983 gemeinsam mit der Pacific Gas & Electric zu Versuchszwecken eine PV-Großanlage mit 6,5 MW, die 75 Mio. $ kostet und aus 800 sonnennachgeführten Modulträgern besteht. Die Anlage bedeckt eine Fläche von 24 Hektar, kann etwa 2.300 Haushalte versorgen und ist für lange Zeit die weltgrößte PV-Anlage. Die Solarzellen-Module aus monokristallinen Solarzellen besitzen neben der Sonnennachführung auch seitliche, lichtverstärkende Reflektoren. Ende der 1980er Jahre wird die Anlage allerdings zum Verkauf angeboten – für den symbolischen Preis von einem Dollar.

Das Unternehmen besitzt am gleichen Ort bereits die thermische Solarturm-Anlage SOLAR 1 mit 20 MW sowie eine 25 kW Dish-Anlage (s.d.).

Rancho Seco / USA

In der Nähe von Sacramento in Kalifornien wird 1984 durch den städtischen Stromversorger Sacramento Municipal Utility District (SMUD) eine Anlage gebaut, die 2 MW in das Netz einspeist. Die Zellen werden von Arco geliefert, die Finanzierung der Kosten von 12 Mio. $ erfolgt durch das örtliche Elektrizitätswerk und das Energieministerium. Ab 1998 leistet die Anlage sogar 2,3 MW und gilt als größtes Solarkraftwerk im Besitz eines Stromversorgers. Sie befindet sich auf dem Gelände eines ehemaligen Kernkraftwerks, daß die SMUD nach einer Volksabstimmung 1989 abschalten mußte.

1994 wird in Hedge-Station – eine Autostunde entfernt – eine weitere, kleine PV-Anlage mit einer Leistung von 527 kW errichtet.

Georgetown University / USA

Seit 1984 wird an der Universität in Washington D.C. und gemeinsam mit dem DOE eine 300 kW Anlage betrieben.

NEDO Saijo / Japan

Das japanische MIT errichtet 1986 eine 1 MW PV-Anlage in Sajo.

Delphos / Italien

Eine 300 kW PV-Anlage wird hier 1987 in Betrieb genommen.

Kobern-Gondorf / Deutschland

Solarpark Kobern-Gondorf

Kobern-Gondorf

1988 errichtet die RWE zusammen mit der AEG die damals europaweit größte PV-Anlage mit 7.800 Modulen, einer Spitzenleistung von rund 1 MW und Netzanbindung in Kobern-Gondorf an der Mosel bei Koblenz. Die Module der 1. Baustufe mit 340 kW (1988 – 1991) sind zu 8 Generatoren zusammengeschaltet, ihre ca. 340.000 Solarzellen kommen aus Deutschland, den USA, Japan und Frankreich, und sollen im Realbetrieb in klimatisch gemäßigten Breiten miteinander verglichen werden. Darunter befinden sich mono- und polykristalline, amorphe, tandem-, MIS-Inversionsschicht- sowie bandgezogene Siliziumzellen.

Da im Rahmen des 13 Mio. DM Pilotprojektes daher eine Bindung an inländische (deutsche) Hersteller nicht möglich war, wurde auf eine BMFT-Förderung verzichtet. Dafür wird erstmalig die Biotopforschung und -erhaltung unter den Arbeitsbedingungen einer Solaranlage in die Projektstudie mit einbezogen.

Riadh / Saudi-Arabien

Eine Hysolar-Anlage mit 100 kW in der Nähe von Riadh, die 1989 in Kooperation zwischen der DFVLR und saudischen Wissenschaftlern errichtet wird, ist vom BMFT gefördert und dient der Wasserstoff-Herstellung durch Elektrolyse.

Neunburg / Deutschland

Im Rahmen der von Ludwig Bölkow initiierten Idee einer Wasserstoff-Wirtschaft geht 1989 in Neunburg vorm Wald in der Oberpfalz eine 278 kW PV-Anlage mit einer Fläche von 5.000 m2 in Betrieb, deren Strom zur elektrolytischen Wasserstoff-Erzeugung genutzt wird (s.d.). Beteiligt an dem knapp 70 Mio. DM Projekt sind das BMFT mit 35 % und die bayerische Landesregierung mit 15 %, den Rest trägt die Firma Solar-Wasserstoff-Bayern GmbH. Deren Gesellschafter sind MBB, BMW, die Bayernwerk AG, die Firma Linde sowie KWU/Siemens. Der gewonnene Wasserstoff von etwa 100.000 m3 deckt die Gesamtjahres-Energieversorgung von 10 – 15 Häusern.

Ab 1992 wird die Anlage mit Investitionen von insgesamt 76 Mio. DM erweitert.

Grevenbroich / Deutschland

Seit 1991 betreibt die RWE Energie AG am Neurather See bei Grevenbroich ein 360 kW PV-Anlage, bei dem in erster Linie Maßnahmen zur Kostensenkung erforscht werden sollen.

Mont Soleil / Schweiz

Das größte Solarkraftwerk Europas geht 1992 bei Saint-Imier im Berner Jura ans Netz, auf einer Fläche von 4.500 m2 erzeugen rund 10.000 Module in Form von 108 Kollektoren 500 kW Strom.

Die Anlage auf 1.200 m Höhe, die als Forschungs- und Vorführeinrichtung konzipiert ist, hat umgerechnet 10 Mio. DM gekostet und kann rund 200 Haushalte versorgen. Die Solarzellen stammen von Siemens.

Davis / USA

Die größte Anlage mit Dünnschicht-Solarzellen beginnt in Davis, Kalifornien, im Jahr 1992 mit der Stromproduktion. Gebaut von dem Unternehmen Advanced Photovoltaic Systems, leisten die 9.600 Module bis zu 479 kW, was zur Versorgung von 124 Einfamilienhäusern reicht.

Wissenschaftszentrum Gelsenkirchen / Deutschland

Das mit 6.000 m2 weltweit größte Dach-Solarkraftwerk geht 1994 auf dem Flachdach des Wissenschaftszentrums Gelsenkirchen in Betrieb. Die Anlage erzeugt 500 kW und soll den gesamten Energiebedarf des Zentrums decken. Es handelt sich um ein Gemeinschaftsprojekt der Firma Flachglas-Solartechnik (Flagsol) in Köln und der britischen BP, welche die 180.000 in Madrid hergestellten Solarzellen liefert. Von den 7,5 Mio. DM Gesamtkosten trägt die EG 3,2 Mio. DM.

Toledo / Spanien

Toledo-Solaranlage

Toledo-Anlage

1994 geht in der Nähe von Toledo mit 7.836 Hochleistungsmodulen und 1 MW Leistung Europas größte Photovoltaik-Anlage ans Netz. Das Kraftwerk besteht aus drei Feldern: zwei 450 kW Felder mit feststehenden Traggerüsten sowie ein 100 kW Feld mit einem Sonnennachführungssystem. Betreiber des 25 Mio. DM Projektes, das ein Dorf mit 2.000 Einwohnern versorgen kann, sind die RWE und die spanischen Energiekonzern Union Fenosa und Endesa. Die genutzte Fläche von 30.000 m2 liegt in einer der sonnenreichsten Gegenden Europas, man hatte dort 3.000 Sonnenstunden pro Jahr ermittelt.

Die EU fördert das Projekt, mit dem die Marktreife von Großanlagen erreicht werden soll, und auch das BMFT beteiligt sich mit 2 Mio. DM – weshalb 50 % der Zellen aus deutscher Produktion stammen. Es handelt sich um 2.112 Module mit MIS-Inversionsschicht-Zellen von Nukem, deren Wirkungsgrad 12,2 % beträgt (Modulwirkungsgrad 10,60 %). Die andere Hälfte der Zellen liefert das BP-Werk in Madrid in Form von 4.704 Modulen. Dies sind Laser Grooved Buried Contact (LGBC) Zellen, bei denen das Kontaktgitter auf der Zellenoberfläche mittels Laser ‚eingegraben’ wird. Sie besitzen einen Wirkungsgrad von 15,2 % (Modulwirkungsgrad 14,30 %).

Neben der PV-Anlage, deren maximale Energieerzeugung im Sommer liegt, existiert noch ein Wasserkraftwerk, dessen höchste Erzeugung in den Wintermonaten liegt, so daß diese kombinierte Stromerzeugung im Grunde zu den Hybridanlagen zählt (s.u.).

Nevada / USA

Die texanische Firma Enron, (damals) Amerikas größter Erdgas-Kozern, nimmt 1996 auf einem ehemaligen Atomversuchsgelände in der Wüste des südlichen Nevada mit einem 100 MW (?) Solarkraftwerk in Betrieb. Die mit Dünnfilm-Zellen bestückte Anlage kostet 150 Mio. $. Die Zellen werden in unmittelbarer Nachbarschaft der Anlage hergestellt. Träger ist die in Las Vegas ansässige Corporation for Solar Technology an Renewable Resources (CSTRR). Auf dem Gelände werden auch thermische Solarkraftwerke errichtet (s.d.).

Neue Messe München I / Deutschland

1997 entsteht hier die größte dachintegrierte PV-Anlage der Welt. Das 15 Mio. DM Kraftwerk hat eine Leistung von 1 MW, allerdings kann es damit nur 4 % des Strombedarfs der Messe decken. Die Hälfte der Kosten trägt das Bayernwerk, 20 % das Bayerische Wirtschaftsministerium sowie je 10 % die Stadtwerke München, Siemens und das Bundesforschungsministerium. Auf einer Fläche von 38.000 m2 werden 7.812 Module à 130 W mit insgesamt 656.208 monokristallinen Siliziumzellen von Siemens, deren Wirkungsgrad bei 14,5 % liegt, installiert.

ufafabrik Berlin / Deutschland

Solaranlage ufafabrik

Die größte Solaranlage der Stadt wird 1997 auf dem ehemals besetzten Gelände des Internationalen Kulturcentrums ufafabrik in Tempelhof eingeweiht. Die 500 m2 Anlage besteht aus mehreren Zelltypen, statischen und nachgeführten Modulen. An den Kosten von 900.000 DM beteiligte sich die Senatsumweltverwaltung und der Fonds für regionale Entwicklung der EU. Im Laufe der Zeit wird die Anlage auf eine Leistung von 75 kW ausgebaut und dient als Grundlage für einige Diplomarbeiten Berliner Studenten.

Kreta / Griechenland

1997 erhält Amoco-Enron Solar den Zuschlag der griechischen Regierung für die erste Baustufe mit einer Leistung von 5 MW für ein bis 2003 auf Kreta geplante 50 MW PV-Kraftwerk. Der Preis dieser ersten Stufe, die mit polykristallinen Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von 11,7 % bestückt ist und 1999 ans Netz gehen soll, beträgt 17,75 Mio. $. Davon übernimmt Griechenland 55 % – zu drei Vierteln über Mittel aus dem Regionalfonds der EU. In den folgenden vier Jahren sollen dann jeweils weitere 9 MW installiert werden. Die Gesamtkosten werden auf 120 Mio. $ geschätzt. Der Bauort liegt bei Mires in der Nähe der Inselhauptstadt Heraklion, zuständig ist die IWECO, die griechische Tochterfirma von Amoco-Enron Solar. Im Endausbau wird die Anlage den Bedarf eines Achtels der Inselbewohner decken können.

Bremen / Deutschland

Eine der größten in die Dächer von Wohnhäusern integrierten PV-Anlage Europas wird 1997 in Bremen in Betrieb genommen. Auf 80 Einfamilienreihenhäusern und einem Wohnblock mit 72 Wohneinheiten der Neubausiedlung ‚Auf dem Kruge’ im Stadtteil Gröpelingen werden zusammen 960 Module installiert, die insgesamt etwa 206 kW liefern. Pro Haus sind 12 hinterlüftete Großflächenmodule à 2 m2 installiert, die gemeinsam 2,58 kW leisten.

Die Kosten von 3,8 Mio. DM teilen sich die EU (40 %) sowie das Land und die Stadtwerke Bremen (jeweils 30 %).

Hunter Valley / Australien

Das größte PV-Kraftwerk auf der Südhalbkugel geht 1998 im australischen Hunter Valley in Betrieb. Mit seiner Leistung von 200 kW soll es rund 3.000 Personen mit Strom versorgen.

Serre / Italien

Eine PV-Anlage mit 3,3 MW wird 1995 in Serre, rund 80 km südöstlich von Neapel errichtet.

Herne-Sodingen / Deutschland

Hier entsteht auf dem Gelände der ehemaligen Zeche Mont-Cenis 1998 eine 1 MW PV-Dachanlage mit einem neuartigen Batteriespeicher mit 1.200 kW/h Energieinhalt und einer erwarteten Lebensdauer von 10 Jahren (s.d.). Bei dem Glanzstück der Internationalen Bauausstellung Emscher Park werden 3.184 Module (2,5 m2 bis 3,5 m2) von Pilkington Solar International mit insgesamt 10.000 m2 installiert, die etwas das Doppelte des Eigenbedarfs der Fortbildungsakademie des Landes Nordhein-Westfalen liefern. Die Module werden außerdem zu einem blauen Wolkenbild gruppiert, und das Dach wird auf 56 Stück 130 Jahre alten geschälten Fichtenstämmen getragen.

Auf dem 7 ha großen Gelände werden insgesamt 120 Mio. DM investiert, davon 16 Mio. für die Solaranlage. In einer gläsernen Hülle von 12.600 m2 mit eigenem Mikroklima werden nach einem Entwurf des Lyoner Architekturbüros von Francoise-Hélène Jourda und Gilles Perraudin und ihres deutschen Partners Manfred Hegger die Akademie mit Appartements und öffentlichen Einrichtungen wie einer Bibliothek, einem Bürgersaal und Büros der Stadtverwaltung gebaut. Auf dem Glashüllendach wird die PV-Anlage installiert, die zu diesem Zeitpunkt die größte gebäudeintegrierte Anlage Europas (oder sogar der Welt) ist.

Amersfoort / Niederlande

Hier entsteht 1999 die europaweit größte Photovoltaik-Siedlung mit einer Gesamtleistung von 1,3 MW, deren Module zumeist dachintegriert installiert werden. Neben der niederländischen Regierung wird dieses Vorhaben auch von der EU gefördert.

Zeche Zollverein / Deutschland

Eine 3 MW PV-Anlage wird 1999 auf dem Gelände der ehemaligen Zeche Zollverein in Essen errichtet. Die 6.000 m2 Solarzellen bilden das neue Dach der Kokerei – und gilt zu diesem Zeitpunkt als Europas größte PV-Anlage. Die Anlagenkosten betragen 30 Mio. DM. In der Kokerei wird für rund 7 Mio. DM eine Ausstellung ‚4000jährige Geschichte der Energie’ aufgebaut.

Berlin Hauptbahnhof / Deutschland

Berliner Hauptbahnhof

Berliner Hauptbahnhof

Im Jahr 2000 wird damit begonnen auf dem 20.000 m2 großen Dach des neuen Lehrter Bahnhofs (Berlin Hauptbahnhof) die größte dachintegrierte Solaranlage Berlins, Teil eines ausgeklügelten technischen Klima- und Energiekonzeptes, das der Konstruktion des Gebäudes zugrunde liegt, zu installieren.

Die Photovoltaikanlage aus 1.440 Modulen mit insgesamt 78.000 Zellen bedeckt auf der südlichen Seite des Ost-West-Hallendaches eine Fläche von 3.300 m2 und gibt eine Leistung von 330 kW ab, entsprechend 286.000 kWh pro Jahr oder knapp 2 % des Stromverbrauchs des Hauptbahnhofs. Wegen der gewünschten Lichtdurchlässigkeit wurden die Solarzellen mit hochtransparentem Gießharz in wetterbeständiges Glas eingebettet. Die neu entwickelten ‚Laser Grooved Buried Grid’ (LGBG) Zellen von BP-Solar gelten als die derzeit größten monokristallinen Solarzellen auf dem Markt und haben einen durchschnittlichen Wirkungsgrad von 16,5 %.

Der solar erzeugte Strom wird ab Juli 2002 ins Netz des Berliner Energieversorgers BEWAG eingespeist.

Neue Messe München II / Deutschland

Auf den Dächern der Neuen Messe München entsteht 2002 die derzeit weltweit größte Photovoltaik-Aufdachanlage mit 7.560 Solarmodulen der Firma Shell Solar und mit einer Spitzenleistung von 1,058 MW. Unter der Federführung des Photovoltaik-Unternehmens Phönix SonnenStrom AG beteiligen sich die Landeshauptstadt München und die Stadtwerke München, die Shell Solar GmbH, der von E.ON Bayern betreute Solarenergieförderverein Bayern e.V. und die Messe München GmbH an diesem Projekt. Die Baukosten der Anlage belaufen sich auf insgesamt rund 5 Millionen €, die über ein Bürger-Beteiligungskonzept finanziert werden. Bereits 1997 ging die erste 1 MW Anlage auf den nördlichen sechs Hallendächern der Neuen Messe München ans Netz, die nun mit den zusätzlichen 1,058 MW in der Leistung mehr als verdoppelt wird.

Floriade-Halle / Holland

Floriade-Halle

Floriade-Halle

Die rund 100 x 280 m messende Floriade-Halle besitzt bei Betriebsaufnahme Mitte Februar 2002 das größte dachintegrierte Solarkraftwerk der Welt.

Auf einer Fläche von 26.110 m2 sind auf dem zentralen Ausstellungspavillon der Gartenbauausstellung Floriade im holländischen Haarlemer 19.383 Solar-Module von Siemens und Shell montiert.

Der Energieversorger Nuon baut die Anlage mit einer Nennleistung von 2,3 MW für rund 17,5 Mio. €, von denen das niederländische Wirtschaftsministerium 5,3 Mio. übernimmt.

Solarwald Kleinwulkow / Deutschland

Solarwald Wulkow

Solarwald

Der Ort Kleinwulkow bei Genthin (Jerichower Land in Sachsen-Anhalt) bietet seit 2002 den ersten ‚Solarwald’ in der Region. Die Bäumen nachempfunden Anlage erzeugt rund 110.000 kWh/a und beliefert damit 40 Haushalte im Ort. Die ‚Bäume’ bestehen aus einem Edelstahl-Tragegerüst, auf das die PV Solarpaneele – im Umriß und Höhe von rund sieben Metern optisch Bäumen nachgebildet – aufmontiert werden. Das Tragegerüst mit den Solarzellen dreht sich zentral-computergesteuert mit der Sonne.

Jeder Baum besteht aus ca. 45 m2 Solarmodulen des Herstellers Isofoton, die bei optimalen Verhältnissen zusammen ca. 6,0 kWp Leistungen aufweisen. Pro Baum beträgt die jährliche Solarernte ca. 8.000 kWh.

Bei einer Vergütung von 0,48 € ergibt sich eine Ernte von ca. 3.900,00 €. Der Solarwald wird aus optischen Gründen vor einen natürlichen Mischwald gestellt. Die darunter liegende Wiese kann von Pferden, Schafen und Ziegen beweidet werden. Bis 2004 wird der Wald auf 15 Solarbäume erweitert.

Fürth / Deutschland

Ende 2003 wird hier auf einem alten Müllberg die mit 1 MW größte PV-Anlage Niederbayerns in Betrieb genommen. Die Bremer Firma WPD Regenerative Energien investiert 4,5 Mio. €.

Hemau / Deutschland

Solarpark Hemau

Solarpark Hemau

Ende 2003 ist der Solarfonds der voltwerk AG für den aktuell weltgrößten Solarpark in Hemau bei Regensburg vollständig gezeichnet. 288 private Investoren haben das erforderliche Eigenkapital in Höhe von rund sechs Millionen Euro zur Verfügung gestellt. Das Gesamt-Investitionsvolumen des 4 MW Projekts liegt bei 18,4 Millionen €.

Das PV-Projekt der Hamburger voltwerk AG umfaßt 32.000 Solarmodule mit einer Spitzenleistung von zusammen 4 MW, die auf dem Gelände eines ehemaligen Munitionsdepots installiert wurden.

Flughafenterminal München 2 / Deutschland

Ebenfalls 2003 nimmt die BP Solar auf dem neuen Flughafenterminal 2 in München die weltgrößte Solaranlage auf dem Dach eines Flughafens in Betrieb.

Baldio das Ferrarías / Portugal

Im Moura-Distrikt der Region Antalejo entsteht von 2004 bis 2009 das weltweit größte PV-Kraftwerk mit 64 MW Leistung. Die Kosten für die über 100 ha große Anlage werden auf 250 Mio. € geschätzt, sie ist ein Gemeinschaftsprojekt der portugiesischen Energiebehörde DGE, der portugiesischen Investment-Agentur AP und den beiden Firmen Amper-Central Solar und BP Solar Espana.

Neustadt / Deutschland

Eine weitere Solarstromanlage geht im Januar 2004 in Neustadt an der Weinstrasse ans Netz. Auf einer Fläche von 70.000 m2 sind rund 7.000 der von der Firma RWE SCHOTT Solar produzierten Hochleistungsmodule auf Steinkörbe, sogenannte Gabions, montiert, die als Kleintierbiotope wirken. Die von der Pfalzsolar GmbH betriebene Anlage besitzt eine Leistung von 2 MW.

Solarpark Leipziger Land, Espenhain / Deutschland

Solarpark Leipziger Land

Solarpark Leipziger Land

Im September 2004 nimmt Bundesumweltminister Jürgen Trittin in Espenhain, rund 30 Kilometer südlich von Leipzig das derzeit weltgrößte Photovoltaik-Kraftwerk in Betrieb. Die aus 33.264 Solarmodulen bestehende 5 MW Anlage wird von Siemens, der  Shell Solar GmbH und der Berliner Gesellschaft für Solarenergie mbH (GEOSOL) auf 16 Hektar einer insgesamt 21,6 Hektar großen Fläche einer ehemaligen Kohlestaubdeponie errichtet. Der Strom wird in das öffentliche Netz eingespeist und reicht aus, um etwa 1.800 Haushalte mit Elektrizität zu versorgen. Das Projektvolumen beträgt rund 22 Mio. €.

Auch unter den Modulen wurde in Espenhain innovative Technik eingesetzt. Bei der Herstellung der Holzgestelle für die Montage von Solarmodulen setzt der Schweizer Architekt und Erfinder David Muspach im Rahmen seiner SPACEHOUSE-Konstruktion Robinienholz ein (= ‚falsche Akazie’ oder Johannisbrotbaum). Dieses heimische Kernholz ist nahezu unverwüstlich und resistent gegen jede Witterung.

Im benachbarten Borna ist für 2005 die Errichtung einer weiteren, baugleichen Anlage geplant. Das Holzbausystem von Muspach stammt ursprünglich aus dem Bausektor und hat zum Ziel, die gesamte Gebäudehülle als ultraleichte Fachwerkkonstruktion zu errichten. Spektakuläre SPACEHOUSE-Projekte sind eine Fußgängerbrücke über die Neiße im sächsischen Ostritz und der Bau einer 203 m langen Rheinbrücke in Basel.

Göttelborn / Deutschland

Der Betreiber voltwerk AG beauftragt Mitte 2004 die Hamburger SunTechnics Solartechnik GmbH mit der Realisierung des ersten Bauabschnitts von 4 MW des Solarkraftwerks Göttelborn. Innerhalb von nur 10 Wochen werden 23.544 polykristalline Photovoltaik-Module des Herstellers Photowatt sowie 16 Stück 250 kVA-Zentralwechselrichter montiert. Im Endausbau und einer Spitzenleistung von 7,4 MW wird das rund 20 Fußballfelder große Solarkraftwerk auf der ehemaligen Kohlegrube Zeche Göttelborn im Saarland zu den weltweit größten Photovoltaik-Projekten zählen. 

Michelin Solarstromprojekt / Deutschland

2003 beginnt die Voltwerk AG mit der Umsetzung des ‚Michelin Solarstromprojekts’, bei dem eine auf vier Standorte verteilte Gesamtleistung von 10 MW installiert wird. Auf einem Reifenwerk in Homburg werden 2,6 MW installiert, das regionale Vertriebszentrum in Landau ist Standort für 1,4 MW. Bis Mitte 2004 werden die Michelin-Fabriken in Hallstadt bei Bamberg mit 1,5 MW und in Bad Kreuznach mit 4 MW bestückt. Insgesamt beläuft sich die Investition an allen vier Standorten auf 50 Mio. €, es werden monokristalline Sharp-Module installiert.

Geiseltalsee / Deutschland

Am 13.09.2004 eröffnet BP Solar nach nur dreimonatiger Bauzeit das Solarstrom-KW Geiseltalsee bei Merseburg. Im ersten Bauabschnitt gehen etwa 4 MW (Ertrag: 3,4 Mio. kWh) ans Netz, allerdings ist bereits ein Ausbau um weitere 2 MW geplant.

Bavaria Solarpark, Mühlhausen / Deutschland

Bavaria Solarpark

Bavaria Solarpark

Im Dezember 2004 geht in Mühlhausen bei Neumarkt eine Freiflächenanlage mit 57.600 der Sonne einachsig nachgeführten Modulen und einer Leistung von 6,3 MW in Betrieb, womit der ‚Bavaria Solarpark’ komplett ist.

Seit September 2003 speisen bereits zwei Großanlagen mit jeweils 1,9 MW in Günching und Dietersburg Solarstrom in das öffentliche Netz ein.

Insgesamt kommt der Solarpark damit auf 10,1 MW. Die Investition liegt bei insgesamt 49,5 Mio. €.

Bürstadt / Deutschland

Im hessischen Bürstadt (Kreis Bergstraße) wird im April 2005 auf dem Gebäude des Logistik-Unternehmens tts das größte Solar-Dach der Welt mit einer Spitzenleistung von 5 MW in Betrieb genommen – in direkter Nachbarschaft zum Atommeiler Biblis. Der geschätzte Jahresstromertrag beträgt 4,2 Mio. kWh. Damit übertrifft der ‚Sonnenfleck’ von tts mit seinen rund 30.000 Modulen von BP Solar das bisher größte auf einem Dach installierte Solarkraftwerk der Neuen Messe München.

Miegersbach / Deutschland

Die Phönix Sonnenstrom AG weiht am 19.08.2005 die ersten 2 MW einer bodenmontierten Solarstrom-Großanlage im bayerischen Miegersbach, 40 km nordöstlich von München, ein. Seit Ende Juni erzeugen fast 12.000 Solarmodule auf einer Fläche von über 56.000 m2 umweltfreundlichen Strom. Ende des Jahres erreicht die Anlage dann eine Leistung von 5,27 MW und  wird damit zu einem der weltweit größten Photovoltsysteme.

Das Projekt hat ein Auftragsvolumen von über 21 Mio €, und im ersten Bauabschnitt werden auf einer Grundstücksfläche von über 56.000 m² 11.616 Solarmodule des französischen Herstellers Photowatt International S.A. installiert. Der zweite Bauabschnitt folgt im Spätsommer 2005. Die Anlage wird an das Stromnetz der E.ON Bayern angeschlossen.

Wiedersbach / Deutschland

Solarfeld Wiedersbach

Solarfeld Wiedersbach

2005 errichtet die IBC SOLAR AG in Wiedersbach, Thüringen, die größte Silizium-Dünnfilmanlage der Welt mit einer Leistung von 1.507 kW – zusammengesetzt aus zwei ‚Bürgersolarkraftwerken’ mit einer Modulleistung von 438 kW und 1.069 kW.

Zum Einsatz kommen 25.116 Solarmodule vom Typ Kaneka K60.

Dieses Solarfeld versorgt ca. 377 Vier-Personen-Haushalte mit elektrischer Energie.

Moura / Portugal

2006 beginnen die Arbeiten an der weltgrößten Solaranlage im südlichen Portugal. Die 62 MW Anlage besteht aus 350.000 Solarpanelen, soll 250 Mio. € kosten und 21.000 Haushalte mit Strom versorgen. Ans Netz gehen soll sie 2009. Für die benötigten Solarpaneele baut BP Solar in der Nähe eine eigene Fabrikationslinie auf.

Pocking / Deutschland

Solarfeld Pocking

Solarfeld Pocking

Im April 2006 geht nach nur neunmonatiger Bauzeit in Pocking bei Passau auf einem 32 Hektar großen ehemaligen Bundeswehrgelände die weltweit größte zusammenhängende Freilandanlage ans Netz, die mit ihren über 10 MW rund 3.300 Einfamilienhäuser mit umweltfreundlichem Strom versorgen kann.

Das Kraftwerk besteht aus sechs Einheiten mit jeweils 1,6 MW, die parallel an das Netz von Eon Bayern angeschlossen sind. Die 57.912 mono- und polykristallinen Solarmodule von Shell Solar sind auf Aluminiumgestelle montiert.

Die Finanzierung des 40 Millionen Euro teuren Projekts hat die Commerz Leasing und Immobilien AG gemeinsam mit der Bayerischen Landesbank und der Sparkasse Passau übernommen.

Markt Bibart I / Deutschland

Die Beck Energy GmbH (Dimbach), Projektentwickler und Errichter von biaslang rund 20 Solar-Großkraftwerken, und Ihr Kooperationspartner, die Bos.ten AG aus Regensburg beginnen im April 2006 in Markt Bibart (Landkreis Neustadt Aisch) mit dem Bau des Solarparks ‚Markt Bibart I’ begonnen, der im Endausbau eine Spitzenleistung von 3,16 MW verfügen. Der Solarstrom wird komplett in das Netz der N-Ergie Aktiengesellschaft eingespeist.

Diese Anlage gilt derzeit als weltweit größtes Solar-Kraftwerks mit kristalliner Dünnschichttechnologie. Dabei handelt es sich um Blitzstrom CTS-Module des Herstellers First Solar, der seit Juni 2005 seinen Projektpartnern auch anbietet, sämtliche Module nach Ablauf ihrer Lebenszeit wieder zurückzunehmen. Die Module werden anschließend aufbereitet und bei der Fertigung neuer Produkte wieder verwendet. Die Fertigstellung des Solarparks ist bis 2007 vorgesehen.

Lobosillo / Spanien

Im September 2006 soll der Bau eines weiteren ‚weltweit größten’ Photovoltaikkraftwerks in Lobosillo, einem kleinen Dorf bei Murcia, beginnen. Auftraggeber für das in seiner ersten Ausbaustufe 14 MW große Projekt ist das Energieunternehmen Globasol aus Madrid, Auftragnehmer das holländische Unternehmen Ecostream.

Die ersten 140 Teilsysteme mit Leistungen von je 100 Kilowatt sollen ab Sommer 2007 Strom liefern. Dazu werden 83.000 Solarmodule der chinesischen Hersteller Yingli Solar und Top Solar montiert. Im Endausbau wird die Anlage dann 60 MW leisten.

Ecostream ist an weiteren spanischen Photovoltaik-Großprojekten mit einer Gesamtleistung von 9 MW in Sevilla, Badajoz und Ciudad Real beteiligt.

Hettenleidelheim / Deutschland

Ebenfalls im September 2006 wird in Hettenleidelheim bei Worms eine der größten Solarstromanlagen im Südwesten Deutschlands in Betrieb genommen. Die 22.400 Module mit modernster Dünnschichttechnologie des Herstellers First Solar besitzen eine gesamte Modulfläche von rund 16.000 m2 und erzeugen eine Spitzenleistung von 1,4 MW.

Die weitere Entwicklung

Natürlich sind im Verlauf der Jahre noch wesentlich mehr Anlagen errichtet worden, die vorangegangene Aufzählung bildet aber sehr gut die Entwicklung bei den Anlagengrößen im Laufe der vergangenen rund 30 Jahre ab.

Raumstation ISS im Ausbaustand von 2006

ISS (2006)

Nicht vergessen werden sollte allerdings auch eine nur schrittweise wachsende Solaranlage, die für ihre Betreiber jedoch von essentieller Wichtigkeit ist, da es für sie sonst weit und breit keine andere Energiequelle gibt…

Es handelt sich dabei um die Anlage der International Space Station (ISS) mit ihren 4.500 m² Solarzellen und einer Leistung von 78 kW nach Stand vom Herbst 2006. Im Juni 2007 kommt ein 70 m langes Sonnensegel hinzu um weitere 14 kW für künftige Wissenschaftsmodule aus Japan und Europa zu erzeugen.

Beim Anschluß des Segels stürzen gleichzeitig alle drei Computer im russischen Teil der ISS ab, ein automatischer Neustart ist nicht möglich. Die Computer stammen aus Deutschland und waren vom früheren Daimler-Benz-Konzern für die Europäische Weltraumbehörde Esa entwickelt worden. Die Geräte sind dafür zuständig, die Lage der Station in der Erdumlaufbahn sowie die Sauerstoff- und Wasserversorgung zu steuern. Ein manueller Neustart gelingt erst nach tagelanger Arbeit.

Im November 2007 wird ein weiteres Problem behoben: ein beschädigtes Sonnensegel wird mit selbstgebastelten Befestigungen und speziell isoliertem Werkzeug repariert – denn die Spannung von 100 V könnte den Astronauten gefährlich werden.

Viele aktuelle Entwicklungen finden inzwischen im Umfeld von Internet-Firmen und deren Gründern statt – zwar auf der Erde, aber in etwas größeren Dimensionen:

Das Google-Hauptquartier im kalifornischen Mountain View z.B. soll künftig bis zu 30 % mit Solarstrom betrieben werden. Auf dem Gelände der Firmenzentrale im kalifornischen Mountain View südlich von San Francisco werden bis Frühjahr 2007 mehr als 9.212 Solarmodule von Sharp Electronics mit insgesamt 1,6 MW Leistung installiert. Der Internet-Konzern hofft, mit der größten Anlage des Landes auch zum Vorbild für andere Konzerne in den USA zu werden. Den Auftrag für die Installation gewinnt die Firma El Solutions aus Pasadena, die vom Bill Gross geführt wird, der den neunziger Jahren die Idee hatte, in Suchmaschinen kontextabhängige Anzeigen einzublenden – auf dieser Idee basiert heute Googles Geschäftsmodell. Die Kosten der Umrüstung wurden nicht bekannt gegeben, sie soll sich aber in 5 – 10 Jahren amortisiert haben.

Im Oktober 2006 wird ferner bekannt, daß Großunternehmen wie GM ein neues Geschäftsfeld gefunden haben: Sie vermieten die Dächer ihrer Produktionsstätten an Firmen, die darauf Solaranlagen errichten – und kaufen von diesen im Gegenzug den dort erzeugten Strom.

Solarpark Gut Erlasee

Solarpark Gut Erlasee

Inzwischen gibt es eine exzellente, englischsprachige Veröffentlichung zur Photovoltaik mit einer detaillierten und weitgehend bebilderten Liste aller großen PV-Anlagen weltweit (Stand 17.10.2006: 500 Anlagen), wobei unter den ‚Top 10’ acht Anlagen in Deutschland stehen, eine in Japan (Sharp Plant, Kameyama / 5,21 MW) und eine in den USA (Springerville Generating Station, Tucson / 4,59 MW). Diese wirklich sehr empfehlenswerte Site ist von Denis Lenardic zusammengestellt.

An der Spitze steht zu diesem Zeitpunkt der 2006 in Betrieb gegangene Solarpark Gut Erlasee auf dem Gelände der ehemaligen staatlichen Weinbauversuchsanstalt nahe der Stadt Arnstein bei Würzburg. Mit einer Investition von ca. 70 Mio. € wurden auf einer 77 Hektar großen Fläche 28.000 Solarmodule von Solon auf 1.408 Movern installiert, die eine Gesamtleistung von 12 MW haben.

Im Rahmen des updates 2007 liegen bereits zwei Anlagen in Spanien mit jeweils 20 MW an der Spitze.

Planungen gibt es zu diesem Zeitpunkt allerdings auch schon für eine 40 MW Anlage im sächsischen Brandis, östlich von Leipzig (Bauherr: juwi, Inbetriebnahme 2009), sowie für eine 80 MW Anlage im kalifornischen Fresno (Bauherr: Cleantech America, Inbetriebnahmen: 2011).

In den USA gibt Google, das Unternehmen mit der weltweit führenden Suchmaschinen-Technologie, im November 2007 bekannt, daß man in den kommenden Jahren Solarmodule mit einer Kapazität von rund 1.000 MW aufstellen wird, was weitaus mehr ist als die 1,6 MW, die bereits auf dem Dach des Firmensitzes installiert worden sind. Mangels einer kostendeckenden Vergütung in den USA zielt dieser nicht gewinnbringende Schritt aber eher auf einen Imagegewinn des in jüngster Zeit stark in die Kritik geratenen Unternehmens.

Zur leichteren Überschaubarkeit habe ich die Unternehmen – so weit mir bekannt – entsprechend den Jahreszahlen angeordnet, in denen sie gegründet bzw. in den Solarmarkt eingestiegen sind.

Diese Liste erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit, denn insbesondere seit dem Millenniumwechsel werden zunehmend und international neue Unternehmen gegründet, die am Solarzellen-Boom teilhaben wollen.

Ich denke aber, daß meine Aufstellung die Entwicklung seit den 1950er Jahren des letzten Jahrhunderts gut vermitteln kann. Aktuellere Informationen lassen sich inzwischen leicht auf den Sites der verschiedenen Unternehmen finden.

Weitere Angaben zu verschiedenen der nachfolgend aufgeführten Firmen finden sich auch in der (vorangegangenen) Auflistung der unterschiedlichen Solarzellentypen. Ich habe diese Informationen hier nicht wiederholt, um Doppelungen zu vermeiden.

Weitere Einsatzformen der Photovoltaik

Hybridsystem-Anlagen

Unter den Hybridsystemen versteht man (an dieser Stelle) Großanlagen, bei denen neben der Photovoltaik noch andere Erneuerbare Energien genutzt werden, meist Wind, nachwachsende Rohstoffe oder Biogas, z.B. aus Kläranlagen.

Das weltweit erste derartige System wird 1988 in Burg auf der Insel Fehmarn errichtet, wo im Rahmen eines 7 Mio. DM Projektes zur Stromversorgung des Klärwerks eine Solarzellenanlage, ein Windkraftwerk sowie ein Biogas-Motor installiert werden, der mit Klärgas betrieben wird. Das BMFT fördert dieses Projekt zu 38 %.

1991 wird für rund 8 Mio. DM das europaweit größte Hybrid-Kraftwerk auf dem Gelände des erst 1990 neu gebauten Klärwerks des  mecklenburgischen Körkwitz, Kreis Riebnitz-Dammgarten, errichtet. Das BMFT beteiligt sich mit 6,1 Mio. DM, und das Land Mecklenburg-Vorpommern mit 1,6 Mio. DM an den Gesamtkosten des Modellprojektes am Saaler Bodden. Die 5.000 Solarzellen-Module haben eine Fläche von 3.000 m2 und erzeugen 250 kW. Ab 1992 wird ein 300 kW Windkraftwerk integriert, und 1993 folgt der Bau einer Biogasanlage für den Klärschlamm, deren Gas zwei Blockheizkraftwerke betreibt, jeweils mit 30 kW elektrische und 60 kW thermische Leistung.

Ecos LifeLink Hybridanlage

Ecos LifeLink

Die Anlage auf Pellworm gilt nach der Installation von Windkraftwerken ebenso als Hybridanlage, wie die Toledo-Anlage, bei der die Photovoltaik mit der Wasserkraft kombiniert wird (s.o.).

Eine moderne Hybridanlage bildet das von der Ecosphere Technologies Inc. in Stuart, Florida, entwickelte System, das aus zwei 7 m langen Containern besteht und mit ausklappbaren Solarzellen sowie einer zusätzlichen Windkraftanlage bestückt ist.

Das 2007 vorgestellte Ecos LifeLink liefert 16 kW Elektrizität, kann verseuchtes oder verunreinigtes Wasser filtern und bietet eine Internetanbindung über eine Entfernung von 30 Meilen. Die Anlage wurde speziell für Notfalleinsätze entwickelt

Maritime Solarinseln

Die Idee der Energie-Inseln geht vermutlich auf den französischen Physiker Jacques-Arsène d’Arsonval (1851 – 1940) zurück, der die Meeresoberfläche schon im vorletzten Jahrhundert als gigantischen Solarkollektor nutzen wollte. Er war damit seiner Zeit jedoch viel zu weit voraus – seine Vorschläge wurden nicht ernst genommen, geschweige denn umgesetzt.

1989 läßt sich Wolfgang Volkrodt aus Bad Neustadt eine Technologie patentieren, bei der schwimmende, freitragende Solarfolien auf der Meeresoberfläche ausgebracht werden. Dabei ermöglicht ein spezielles Folienverlegeschiff innerhalb eines Tages das Ausbringen von Solarfolie mit einer Leistung von 100 MW. Zu den genannten Vorteilen gehört, daß es keiner aufwendigen Genehmigungsverfahren bedarf, große Solaranlagen in internationalen Gewässern zu installieren. Volkrodt rechnet vor, daß eine Anlage, deren Tagesproduktion dem eines 1.300 MW Atomkraftwerk entspricht, für etwa 6 Mrd. DM und innerhalb von nur 2 Jahren installiert werden kann. Solarwasserfeste Solarfolien soll es in Japan bereits geben.

1992 stellt die Firma Schneider Werk aus St. Wedel auf der Hannover Messe das Konzept einer großen Solaranlage auf dem Meer vor, deren Strom zur Wasserstoffgewinnung eingesetzt wird. Die Vorteile: keine Grundstückskosten, keine Beschattung, starke Einstrahlung, veränderlicher Standort, sichere H2-Speicherung unter der Wasseroberfläche.

Ein weiteres Konzept maritimer Anlagen bilden die Energie-Inseln, die bereits in den 1950er Jahren von Commander Philippe Tailliez von der Französischen Marine, einem engen Mitarbeiter von Jacques Cousteau, unter dem Namen Ile Flottante vorgeschlagen werden.

Die von Dominic Michaelis gegründete Energie-Firma Energy Island Ltd. (früher Solarenergy Ltd.) mit Hauptsitz in London entwickelt dieses Konzept um 2000 weiter und integriert neben Solarzellen und -türmen auch Wellen-, Wind- sowie Meeresströmungskraftwerke. Anfang 2008 ist das Projekt zwar noch immer erst auf dem Reißbrett – inzwischen gibt es aber schon viel eindrucksvollere Grafiken und Animationen. Außerdem denkt die Firma darüber nach, neben der Wind- und Solarenergie gleichzeitig auch noch die Thermalenergie des Meeres zu nutzen. Über die entsprechende Technologie berichten ich an anderer Stelle ausführlicher (s.d.).

Energy Island Grafik

Energy Island (Grafik)

Das Konzept der Energieinseln ist für den südlichen Raum jedenfalls viel vernünftiger als z.B. reine Windkraft-Offshore-Farmen – weil durch die Diversifikation der Primärenergien eine wesentlich bessere Versorgungssicherheit gewährleistet wird, während die Netzanbindung für alle Systeme gleichzeitig genutzt werden kann. Auch die Wartung durch qualifizierte Techniker ist so an einem zentralen Ort möglich, die Inseln sind beweglich und können dadurch an optimal ausgewählten Stellen verankert werden.

Eine weitere Version sieht als Gesamtergebnis die Erzeugung von Wasserstoff vor, wobei die verschiedenen Energiewandler insgesamt 73,75 MW pro Insel erzeugen. Um den gegenwärtigen globalen Energieverbrauch decken zu können wären damit rund 53.000 Stück dieser Inseln nötig – die alle zusammen allerdings nur eine Meeresfläche von 111 km2 benötigen würden.

Die Energy Island kooperiert mit verschiedenen anderen Unternehmen, wie Vega Consulting, Halcrow Group Ltd., Noble Denton Group Ltd., Parsons Brinckerhoff Inc. und der School of Engineering Sciences der University of Southhampton. Außerdem beteiligt man sich am Zayed Future Energy Prize 2011.

Im Mai 2007 unterzeichnet das private und bereits 1984 gegründete Forschungs- und Entwicklungszentrum Centre Suisse d’Electronique et de Microtechnique (CSEM) in Alpnach mit der Regierung des Emirates Ras Al Khaimah der Vereinigten Arabischen Emirate (VAE) einen Vertrag zur Entwicklung von mit Solarpanelen bestückten schwimmenden Solar-Inseln, deren Konzept auf Patenten des CSEM basiert.

Im Rahmen des 5 Mio. $ Projektes der Ras Al Khaimah Investment Authority (RAKIA) soll Solarenergie in Wasserstoff und Elektrizität umgewandelt werden – großflächig und zu sehr niedrigen Kosten. Ein mit thermosolaren Panelen bestückter kreisförmiger Prototyp mit einem Durchmesser von 100 m wird ab Mitte 2007 in den VAE aufgebaut und getestet.

Diese erste Insel wird in der Wüste konstruiert, sie ‚schwebt’ über dem Wüstenboden und richtet sich drehend der Sonne nach. Dabei erlaubt es ein mit Wasser gefüllter Kanal dem äußeren Ring der Prototyp-Insel, die Ende 2008 in Betrieb gehen soll, zu schwimmen. Unter anderem beinhaltet dieser Prototyp ein thermisches Energiereservoir, wodurch er unabhängig von der Tages- oder Nachtzeit 24 h pro Tag Energie liefern kann.

Die Zielkosten der Anlage sind auf unter 100 $/m2 angesetzt, während die Spitzenleistung 1 MW, und die mittlere Leistung ca. 250 kW betragen wird. Man rechnet einer jährlichen Energieproduktion von 2,2 GW/h. Für die praktische Umsetzung wird im Oktober 2007 das Start-up Unternehmen Nolaris SA gegründet.

Im Jahr 2010 soll dann die erste industrielle Solar-Insel zu Wasser gelassen werden – mit einem Durchmesser von 500 m, während die kommerzielle Umsetzung mit Inseln von einem Durchmesser bis zu 5 km, deren solarthermischen Paneele auf einer 20 m hohen und durch Überdruck stabilisierten Membrane installiert sind, dann ab 2011 erfolgen wird. Aufgrund der Finanzkrise werden die Pläne jedoch erst einmal zurückgestellt.

Satellitenkraftwerke

Die Idee, Solarzellen-Satelliten in eine Erdumlaufbahn zu befördern, von der aus sie umgewandelte Sonnenenergie in Form von Mikrowellenstrahlen auf die Erdoberfläche senden, geht wohl auf den amerikanischen Physiker Peter E. Glaser zurück, mehrjähriger Vizepräsident der Beraterfirma Arthur D. Little Inc. in Boston, der den Grundgedanken dazu bereits 1965 formuliert. Im Jahre 1968 beginnt er mit seinem Versuch, die Industrie davon zu überzeugen. Möglicherweise hatte er sich mit dieser Idee bei dem deutschen Raumfahrtpionier Hermann Oberth ‚angesteckt’, der bereits 1929 von derartigen Energiestationen im All spricht!

Immerhin sitzt man 1945 in der Heeresversuchsstelle Hillersleben, in der Colbitz-Letzlinger-Heide, unweit von Magdeburg (wo auch sogenannte Wunderwaffen wie die ‚Dora’ getestet werden), an Plänen für einen Solarsatelliten, dessen Strahlen für Kriegszwecke eingesetzt werden sollen. Dies berichten jedenfalls die New York Times (28.06.1945) sowie das US-Magazin Time (09.07.1945). Das ‚Sonnengewehr’ – wohl eher eine Sonnenkanone – sollte aus einer Flughöhe von 5100 Meilen in der Lage sein, mit einem Blitz eine Stadt in Brand zu setzen. Eine Realisierung wäre „in 50 bis 100 Jahren“ möglich gewesen.

Solarenergie-Satellit Grafik

Solarenergie-Satellit (Grafik)

Von der US-Regierung wurden daraufhin 25 Mio. $ für eine dreijährige Untersuchung zur Feststellung der technischen Machbarkeit und des wirtschaftlichen Nutzens des SPS-Pojekts bereitgestellt (Solar Power Satellite). Glaser hatte nämlich auch eine wichtige Möglichkeit zur Kosteneinsparung beim Transport in den Orbit erkannt: Wenn die Montage auf eine kostengünstiger zu erreichenden niedrigen Orbit erfolgen würde, könne sich die ganze Station nach Vollendung mit eigener Kraft mittels eines kleinen Ionentriebwerks in einen höheren und längerfristigen hieven. Die Shuttlekosten zu einem Low-Orbit lagen damals bei 5.000 $ pro Kilogramm, während der Transport zum eigentlichen Zielort im High-Orbit mindestens das fünffache kosten würde.

Eine kurz darauf erstellte Studie der Universität von Illinois sagte allerdings voraus, daß ein derartiger Satellit während seiner Lebensdauer höchstens doppelt so viel Energie zur Erde senden kann, wie zu seiner Herstellung und Implementierung benötigt wird.

Die Vorschläge, die im Laufe der Jahre vorgelegt wurden, gleichen sich in ihrer Systembeschreibung, unabhängig von der jeweiligen Dimensionierung:

Ein Solarkraft-Satellit umkreist die Erde in 30.000 bis 40.000 km Höhe auf geosynchroner Bahn (d.h. er steht stets am gleichen Punkt über dem Äquator), wobei die ekliptische Neigung dieser Umlaufbahn gegen den Einfallswinkel der Sonnenstrahlung zur Folge hat, daß die bis zu 100 km2 großen Kollektorflächen nie in den Erdschatten geraten. Der Gleichstrom von rund 15 GW, den die Solarzellen erzeugen, wird vom Satelliten in eine Mikrowellenstrahlung von 10 cm transformiert und zur Erdoberfläche gesendet. Die Sende-Richtantenne hat einen Durchmesser von 1.000 m, die Empfangsantenne sogar einen Durchmesser von 7 – 10 km.

In der terristischen Empfangsstation wird der ankommende Mikrowellenstrahl wieder in Wechselstrom umgewandelt und ins öffentliche Netz eingespeist. Angedacht ist z.B. eine Anlage mit 50 km2 und einer sehr großen Anzahl von Dipolantennen, die zusammen etwa 10 GW aufnehmen könnten.

Bei einer Konferenz in Wien präsentiert die NASA 1982 erstmals eine Energiesystem Satellit-Erde. Die NASA plante damals, möglicherweise schon 1985 eine Anlage in den Orbit zu transportieren, um die notwendigen Erfahrungen für den Bau wesentlich größerer Satellitenkraftwerke möglichst frühzeitig zu gewinnen. Als Zielvorstellungen gelten Stationen mit einem Gesamtgewicht von 50.000 – 100.000 t und einer Gesamtfläche von über 50 km2, die mit bis zu 14 Mrd. Solarzellen bestückt sind – was eine Leistung von bis zu 10.000 MW erbringen könnte.

Um aber auch nur die Hälfte des damaligen US-Strombedarfs (1980) zu sichern, müßten zwischen 50 und 100 derartiger Satelliten hergestellt und in den Orbit gebracht werden. Was das Projekt an die Grenzen der Illusion treibt, sind die unverhältnismäßig hohen erwarteten Kosten von 500 Mio. – 1 Mrd. $ pro Satellit. Skeptiker sprachen daher gleich von einem Staatsbankrott. Bei einer Verwirklichung würden außerdem keinerlei weitere ‚Investitions-Dollar’ für andere alternative Energieprojekte übrig bleiben. Und um das Material für einen einzigen 10.000 MW Energiesatelliten auf die Umlaufbahn zu schaffen, bedarf es etwa 500 Flüge mit dem Space Shuttle, weshalb auch erwogen wird, das Material mittels neuer elektrischer Kanonen hinaufzuschießen.

Ein SPS-System würde ein nicht zu schlagendes Energie­Monopol bedeuten, das ausschließlich in den Händen der Raumfahrt-betreibenden Staaten läge. Auf ökologische Einwände und technologische Grenzen gehe ich am Ende dieses Kapitels noch ein.

Untersuchungen von General Dynamics und dem Space Studies Institute in Princetown/New Jersey führen dann zu dem Ergebnis, daß die solaren Energiesatelliten zum größten Teil aus Mondmaterial hergestellt werden können. Aus den Untersuchungen der SSI ergiebt sich, daß die Kosten eines Energiesatelliten aus Mondmaterial nur 3 % der Summe betragen, die für den gleichen Satelliten aus Erdmaterial aufgebracht werden müsste. 1988 führt die NASA daraufhin zusammen mit Vertretern von Elektrizitätskonzernen und anderen Industriezweigen Untersuchungen unter dem Titel ‚Mond-Energie-Wirtschaftsstudie’ durch. Die Studie empfiehlt eine weitere Beschäftigung mit Solarsatelliten – allerdings auf der Basis von Mondmaterial.

Solarenergie-Satellit Grafik

Solarenergie-Satellit (Grafik)

1991 veranstaltet die International Astronautical Federation eine Konferenz über solare Energiesatelliten; gefordert wird ein energisches internationales Versuchsprogramm zur Nutzung der Weltraumressourcen für die Energieversorgung der Erde.

Ähnliche Projekte, die auf der intensiven und andauernden Raum-Sonnenstrahlung aufbauen, sind die L5-Weltall-Stationen von Prof. Gerard O’Neill – 1977 Gründer des SSI und heutiger Leiter der Geostar Corporation – und seinen Mitarbeitern in Princeton, wo er bis 1985 unterrichtete, sowie der Vorschlag eines Soletta-Spiegelschwarms von Krafft A. Ehrike.

Die L5-Stationen, von denen 16 Stück in einer Kette um den Globus herum stationiert werden sollen, würden zu 95 – 98 % aus Rohstoffen hergestellt werden, die vom Mond geholt werden können. Neben der Energieübermittlung zur Erde sollen diese Stationen auch als Wohn- und Produktionsanlagen im Weltall dienen – als Keimzellen künftiger kosmischer Expansion. In den großen Habitaten ist das Leben für Tausende von Menschen möglich – deren ‚Exportgut’ in der Hauptsache Energie ist. Diese Energie soll in Form von Radiowellen mit niedriger Frequenz auf die Erde gestrahlt werden. Die Energiedichte am Zielort ist dabei so groß wie im Sonnenlicht. Die entsprechenden Radioantennen-Auffangstationen umfassen ein abgezäuntes Areal von 5 – 8 km.

Das Soletta-Spiegelsystem soll seinerseits eine Ausdehnung von 100.000 km2 bekommen und ununterbrochen das Sonnenlicht auf Empfangs-Solarkraftwerke in Wüstengebieten reflektieren. Eine derartige Anlage würde insgesamt etwa 100 Mrd. $ kosten und ca. 88 · 109 kW/h pro Jahr zur Verfügung stellen. Die Solettas sollen außerdem der Wetterkontrolle dienen.

Weitere Pläne von Ehrike, der nach dem II. Weltkrieg zusammen mit Wernher von Braun aus Peenemünde nach Amerika kam, umfassen ein Space-Light-Programm, das aus Solatta- und Lunetta-Systemen kombiniert ist. Die Lunettas erreichen die 100- bis 700-fache Lichtstärke des Vollmonds, was bedeutet, daß bei einem derartigen Licht z.B. geerntet werden kann. Außerdem soll das Pflanzenwachstum dadurch positiv beeinflusst werden.

Ich führe diese Technologien hier auf, da es sich ebenfalls um orbitale Systeme handelt, obwohl sie nichts mehr mit Photovoltaik zu tun haben.

Ein weiteres Projekt schlagen 1983 die beiden US-Wissenschaftler John Canady und John Allen vor: 18 orbitale Spiegel sollen fünf Industriegebiete morgens und abends jeweils zwei Stunden lang zusätzlich beleuchten, um die dortige Produktionsrate zu steigern. Das Projekt soll rund 3,6 Mrd. DM kosten, die Lebenserwartung beträgt 15 Jahre.

Und auch in der ehemaligen UdSSR befaßt man sich mit derartigen Planungen. 1987 gibt Guri I. Martschuk, Direktor der sowjetischen Akademie der Wissenschaften bekannt, daß man Solar-Kraftwerk-Satelliten in die Umlaufbahn bringen möchte. Dabei sollen in der erste Phase dieses Vorhabens – bereits 1990 – riesige Spiegel auf geostationären Umlaufbahnen bestimmte Gebiete auf der Erde beleuchten, beispielsweise große Städte. Phase zwei umfaßt den Start von Energiesatelliten – für die in Phase drei die notwendigen Antennenanlagen auf der Erde gebaut werden, die den über Mikrowelle abgestrahlten Strom empfangen und in das Netz einspeisen werden. Tatsächlich blieb es bei diesen Planungen.

Doch dann übernimmt das russische Weltraumunternehmen NPO Energija die Idee und projektiert 100 kreisförmige Spiegel, die in einer Höhe zwischen 1.550 und 5.530 km die Erde umrunden und Sonnenlicht reflektieren. Besonders geeignet erscheint nun die Beleuchtung nördlich gelegener Industriegebiete – oder der Rettungsarbeiten in Katastrophengebieten. Das erste, etwa 100.000 DM teure Experiment ‚Snamja’ (Banner) wird dann im August 1993 durchgeführt. Ein 20 m durchmessender Prototyp des Spiegels aus aluminiumbeschichteter Polyesterfolie öffnet sich in 375 km Höhe an der Spitze einer Progress-Versorgungskapsel, indem sich diese einige Minuten lang schnell um die eigene Achse dreht, worauf die Fliehkräfte den aus acht Segmenten bestehenden Reflektor entfalten. 

Kritik an diesen ‚Lichtreflektoren’ gibt es insbesondere von Astronomen, die dadurch bei ihren Himmelsbeobachtungen gestört werden.

Erst im Februar 1999 erfolgt ein weiterer Schritt, diesmal durch das russische Unternehmen SRC. Auch hier wird eine Transportkapsel eingesetzt, die innerhalb eines Tages die Erde 16 mal umrundet, bevor sie verglüht, und diesmal hat der Spiegel einen Durchmesser von 25 m. Im Gegensatz zu dem Versuch von 1993 kann das System diesmal ferngesteuert werden – und man richtet das Licht des 8 km breiten Kegels mit der fünf- bis zehnfachen Stärke des vollen Mondlichtes auf Vancouver, Frankfurt am Main, Kiew und andere Städte der nördlichen Hemisphäre.

Das nächste Projekt von SRC betrifft nun einen 70 m durchmessenden Spiegel, der dann rund einhundert mal heller als der Vollmond leuchten soll.

In Deutschland befasst man sich bei MBB mit Energiesatelliten. Dort geht man davon aus, daß es trotz aller Enge im Orbit noch Platz für 5.000 GW Strom gibt (das entspricht rund 5.000 Atomkraftwerken). 1988 unterzeichnen MBB und die Firma Total einen Kooperationsvertrag ‚Phototronics in Space’, der als Bestandteil des europäischen Technologieprogramms EUREKA gilt und von der Bundesregierung gefördert wird. 1990 hofft man, noch bis zur Jahrtausendwende eine Demonstrationsanlage in der Erdumlaufbahn zu platzieren – und das für nur rund 19 Mio. DM.

Die von dort gesendete Energie wird als Mikrowellen oder Laserstrahlung von irdischen Solarzellenfeldern aufgefangen und wieder in Strom zurückverwandelt. Wobei man bei MBB aus Sicherheitsgründen mehr zu den Lasern neigt, da man bei den Mikrowellen Störungen im Funkverkehr befürchtet, außerdem kenne noch niemand die Langzeitwirkung von Mikrowellen auf Menschen. Das Laserlicht ließe sich auch stärker bündeln, so daß die Empfangsantennen entsprechend kleiner dimensioniert werden können. Allerdings ist der Wirkungsgrad dieser Methode rund 50 % niedriger als jener der Mikrowellen-Energieübertragung.

Die Deutsche Aerospace, eine Tochter des Daimler-Benz-Konzern, macht Mitte 1990 damit Werbung, daß man an Solar-Satelliten arbeiten würde, deren Energie mittels Lasern zur Erde gesendet werden könne. Dieses Laserlicht ließe sich unsichtbar bei Tag und bei Nacht weiterleiten – und besonders für letzteres würden sich terrestrische Solarzellenfelder gut eignen (da diese nächtens sowieso außer Betrieb sind). Man plante zu diesem Zeitpunkt, die ersten Energiesatelliten bereits ‚in 10 bis 20 Jahren’ in die Raumfahrtprogramme integriert zu haben.

Doch erst 1997 wird ein weiterer Schritt in Richtung auf eine neue energetische Solarenergie-Nutzung im Weltall gemacht: Die für einen Mondflug im Jahr 2000 geplante Sonde der Europäischen Raumfahrtorganisation Smart 1 wird nur 35 kg Xenon-Gas (statt Tausender Kilogramm Brennstoff) für den Flug benötigen, denn im Unterschied zur Verbrennung beschleunigt der Solarstrom der Sondenpanele das ionisierte Edelgas auf weit höhere Rückstoßgeschwindigkeiten.

Und das Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme (ISE) gibt auf der Hannover Messe 1997 bekannt, daß man Konzentratorzellen entwickelt habe, die Laserstrahlen mit einem „extrem hohen Wirkungsgrad von über 50 %“ in Strom umwandeln können – die passenden ‚Empfänger’ für die Satellitenenergie.

Die PowerSat Corporation in Everett, Washington, versucht ab 2001 Investoren für ihren Plan zu finden, zu einem globalen Anbieter von Solarsatelliten zu werden, doch nach 2002 hört man nichts mehr von dem Unternehmen.

Im September 2003 erreicht die EADS Space Transportation mit der Entwicklung einer punktgenauen Steuerung für die Übertragung von Energie per Laser einen ersten Meilenstein für künftige solare Energieversorgungssysteme aus dem All. Mit dem dafür entwickelten Algorithmus ist es jetzt erstmals möglich, sowohl Energie als auch Daten präzise auf ein Objekt zu übertragen. Frank Steinsiek, der zuständige Leiter des Projekt Solar Power Infrastructure (SPI) erklärt bei einer Pressekonferenz in Bremen:

„Damit wird zum einen die zielsichere Übertragung von Energie durch freifliegende orbitale Strukturen zum Empfänger auf der Erde möglich; zum anderen können bemannte wie unbemannte Missionen durch Übertragung mittels Laser im All auch dort mit Energie versorgt werden, wo Solarzellen keinen Strom produzieren und liefern können. Wir erschließen für die Raumfahrt als auch für das Leben auf der Erde gleichermaßen ein riesiges Potential.“

In einem nächsten Schritt schlägt das Unternehmen die Anbringung einer Lasereinheit für die Energieübertragung an der Internationalen Raumstation vor. Doch die Visionen reichen weit darüber hinaus:

„Weitere Schritte führen über freifliegende Laserplattformen in verschiedenen Umlaufbahnen bis hin zur Errichtung eines Kraftwerks im Gigawatt-Bereich in 36.000 km Höhe. Gleichzeitig können wir uns vorstellen, dass Raumschiffe der Zukunft auf eigene Antriebe verzichten können. Stattdessen sollen sie von Laserstationen im Weltraum ebenso mit Sonnenenergie versorgt werden wie Roboter und Rover auf Mond und Mars.“

Die bisherigen Kosten für die Entwicklung der SPI-Technologie wurden auf über 600.000 € beziffert.

Die EADS SPACE Transportation wurde im Juni 2003 gegründet und ist aus dem Zusammenschluß der deutschen Astrium Raumfahrt-Infrastruktur und der französischen EADS Launch Vehicles hervorgegangen. Das Unternehmen ist der europäische Spezialist für Raumtransporte, bemannte Raumfahrt und ballistische Trägerraketen für Frankreichs Streitkräfte. Das Unternehmen erwirtschaftete mit 5.000 Mitarbeitern im Jahr 2002 einen Umsatz von 1,4 Mrd. € und ist an den Standorten Bremen, Friedrichshafen, Ottobrunn und Lampoldshausen sowie in Les Mureaux bei Paris, in St-Médard-en-Jalles bei Bordeaux und in Kourou (Französisch-Guayana) angesiedelt.

Und als die NASA im Dezember 2006 ihre neuen Pläne für eine permanente Mondbasis bekannt geben, die ab 2024 dort errichtet werden soll, wird als Standort der Mond-Südpol insbesondere deshalb ins Auge gefaßt, weil dieser Ort eine sehr große Sonnenscheindauer hat und die Chance zur Nutzung von Solarenergie besonders gut erschließe.

Netz-Crawler für Solarsatelliten

Roby Space

Auch bei den ersten NASA-Wettbewerben für den Bau von sogenannten ‚Crawlern’, die im Rahmen eines Orbitalfahrstuhls zum Einsatz kommen sollen, werden Solarzellen eingesetzt. Diese Technologie ist jedoch nicht so einfach – in den ersten beiden Jahren kann keines der beteiligten Teams das Preisgeld mit nach Hause nehmen.

Im Januar 2006 schickt die Japanese Aerospace Exploration Agency (Jaxa) den Satelliten Furoshiki in den Orbit, um mehrere technisch-konstruktive Experimente durchzuführen.

Die Bezeichnung ‚Furoshiki’ stammt von dem japanischen Wort für ein Tuch, in das man Gegenstände einschlagen kann. Auseinandergefaltet ist es dann ziemlich groß – und genau so sollen sich Weltraumnetze entfalten, auf denen Solarfarmen eingerichtet werden, die größer sind als zehn Fußballfelder. Die 350 g schweren Roboter für derartige Bauarbeiten im All mit den Namen Roby Space Junior I und II haben Forscher von der Technischen Universität Wien entwickelt. Sie fahren wie Raupenfahrzeuge über die Maschen des Riesennetzes und bestehen jeweils aus zwei Teilen, die sich mit Magneten gegenseitig anziehen, damit sie sich in der Schwerelosigkeit nicht vom Netz lösen.

Auf den übertragenen Videobildern wird beobachtet, daß zumindest einer der Roboter seine Aufgabe gemeistert hat, einige Meter auf einem 50 m2 großen Netz herumzufahren. Dieses war zuvor von drei kleinen Hilfssatelliten aufgespannt worden, die mit derselben Rakete auf eine Flughöhe von nur 180 km hochgeschossen wurden. Deshalb stürzten der Roboter und das Netz auch schon nach zehn Minuten Schwerelosigkeit in Richtung Erde zurück und verglühten.

Im Mai 2007 lebt die Diskussion um Solarsatelliten wieder einmal auf, als Prof. Daniel Nocera vom MIT daran erinnert, daß diese Technologie im Gegensatz zu allen ‚irdischen’ keinerlei Genehmigungsverfahren erfordert. Die Anlagen können im Orbit installiert werden, so schnell sie fabriziert werden können. Außerdem regt er an, über Energieanlagen auf dem Mond nachzudenken -. denn auch dort haben die Strukturen keine negativen Auswirkungen auf unsere direkte Umwelt. Machbar wäre dies bereits in rund 20 Jahren.

Grafik des NSSO-Solarsatelliten

NSSO-Konzept (Grafik)

Im Oktober wird eine Studie des National Security Space Office (NSSO) vorgestellt, der zufolge ein auch weiterhin steigender Ölpreis die Technik der Energiesatelliten über kurz oder lang wettbewerbsfähig machen wird. Das Pentagon fordert die US-Regierung daraufhin auf, entsprechende Demonstrationsprojekte zu finanzieren und innerhalb der nächsten zehn Jahre 10 Mrd. $ in einen Test-Satelliten zu investieren, der einen Strahl von 10 MW elektrischer Energie zur Erde schicken kann. Natürlich haben die Autoren des NSSO-Berichtes auch die militärische Nutzung im Sinn, da Solarenergie-Satelliten eine schon seit langem bestehende Schwäche des US-Militärs beheben könnten: die Abhängigkeit von lokaler Energieversorgung in entlegenen Einsatzgebieten wie beispielsweise dem Irak.

Die Space Solar Alliance for Future Energy will die Empfehlungen der NSSO-Studie weiter voranbringen.

Ebenso ernsthaft wird die Sache in Japan weiter verfolgt. Zwecks der Energieübertragung arbeitet die JAXA inzwischen mit Experten des Institute of Laser Engineering der Universität Osaka zusammen, und man entwickelt gemeinsam die Grundlagen von JAXAs Space Solar Power Systems (SSPS) Projekt.

JAXA Modell

JAXA Modell

Dabei soll ein Prototyp in 36,000 km Höhe über dem Äquator stationiert werden und seine Energie über Laserstrahlen an die Empfangsstation auf der Erdoberfläche leiten. Genutzt werden dabei keramische Materialien, die Licht-absorbierendes Chromium enthalten – sowie Neodymium, das die Energie in Laserstrahlen umwandelt. Der Wirkungsgrad des gesamten Prozesses soll immerhin bereits 42 % betragen, wie die Experimente im September 2007 zeigen.

Die Meldungen über den geostationären Satelliten der JAXA finden Anfang 2008 wieder Eingang in die Presse als bekannt gegeben wird, daß das SSPS-Projekt bis 2030 umgesetzt werden soll. Im Februar beginnen im Taiki Aerospace Park außerdem die Tests eines Mikrowellensystems zur Energieübertragung, das als Alternative zur Laser-Bündelung angedacht ist. Während die Sendeantenne einen Durchmesser von nur 2,4 m hat, wird die Bodenstation des geplanten SSPS-Kraftwerks einem Durchmesser von etwa 3 km aufweisen, wobei von einer Leistung von 1 GW ausgegangen wird, was dem Bedarf von rund 500.000 Haushalteen entspricht.

Im Juni 2008 verkündet Yet Mehta, Direktor der indischen Filiale der Space Island Group, einer kalifornischen Firma zur Entwicklung von Solar-Satelliten, daß diese Technologie die passende Lösung für den in Indien im Jahr 2030 erwarteten (zusätzlichen?) Bedarf von 700.000 MW Strom sei. In einem geosynchronen Orbit in 22.000 Meilen Höhe würden die Sateliten schließlich Tag und Nacht ununterbrochen Gigawatts an Energie zu den Empfangsstationen am Boden senden.

HERSTELLER

WACKER SILTRONIC GmbH / DEUTSCHLAND (später auch WACKER SCHOTT SOLAR GmbH)

1953 beginnt das Unternehmen mit der Forschung und Entwicklung im Bereich von Reinst-Silizium und schon 1959 geht die erste Zonenziehanlage in Betrieb. 1961 beginnt die großtechnische Erzeugung von Reinst-Silizium und ein Jahr später wird der erste Silizium-Wafer entwickelt. Die Mutter Wacker-Chemie ist zur Hälfte im Besitz des Hoechst-Konzerns.

1978 erfolgt die Gründung der Wacker Siltronic Corp. in Portland (USA) und 1988 übernimmt Siltronic das Werk des früheren Halbleiterbauelementeherstellers Fairchild in Wasserburg. 1984 wird der erste 200 mm-Wafer produziert, 1990 der erste 300 mm-Wafer.

1995 erfolgt die Umbenennung in Wacker Siltronic GmbH, 1997 wird eine der weltweit modernsten 150 mm-Fertigungslinien in Freiberg nahe Dresden in Betrieb genommen, und im gleichen Jahr erfolgt die Gründung der Wacker Siltronic Singapore Pte. Ltd.

Silizium-Herstellung bei Wacker

Silizium-Herstellung
bei Wacker

1998 erfolgt die Inbetriebnahme der ersten Ausbaustufe der 300 mm-Pilotfertigungslinie in Burghausen. 1999 ist Produktionsstart für die Fabrikationsanlage in Singapur, und 2000 erfolgt die Gründung der Wacker NSCE Corporation, Japan, ein Joint Venture mit der Nippon Steel Corporation.

2002 ist Baubeginn der neuen 300 mm-Siliciumwafer-Fabrikationsanlage in Freiberg (Sachsen).

2003 erfolgt die 100 %ige Übernahme der Wacker NSCE Corporation. Siltronic hat in Deutschland Standorte in Freiberg, Burghausen und Wasserburg; international bestehen Anlagen in Portland (USA), in Singapur und in Hikari (Japan).

Mitte 2004 geht eine neue Fertigungslinie in Freiberg (Investitionssumme über 400 Mio. €) in Betrieb.

Die Wacker Schott Solar GmbH, ein Ende 2007 gegründetes Gemeinschaftsunternehmen der Wacker Chemie AG aus München und der Schott Solar GmbH aus Alzenau (s.u.), investiert 300 Mio. € und legt in Jena den Grundstein für ein Werk zur Herstellung von Silizium-Wafern, das seine Produktion bereits 2008 aufnehmen wird. Bis 2012 soll die Kapazität auf 1 GW ausgedehnt werden.

Ein anderes Werk in Jena, das aus den Wafern Dünnschicht-Solarstrommodulen macht, wird bereits Anfang November 2007 in Betrieb genommen.

Mit der ersol Solar Energy (s.u.) wird Ende Oktober 2007 ein Verrag über die Lieferung von Silizium ab 2010 geschlossen, der das Solarunternehmen über neun Jahre mit dem Rohstoff versorgen wird. Der Preis für Polysilizium wird für die gesamte Vertragslaufzeit festgelegt.

SPECTROLAB / USA und HELIOTEK / USA (später BOEING SPECTROLAB)

1956 gründet Alfred E. Mann sein erstes Unternehmen Spectrolab in Sylmar, Kalifornien, das schnell der weltgrößte Solarmodule-Lieferant für Anwendungen in der Raumfahrt wird. Mann gründet außerdem die Halbleiter-Firma Heliotek, welche als Zellenlieferant für den selben Kundenkreis ebenfalls Marktführer wird. Bereits 1960 werden beide Unternehmen an Textron verkauft, später landen sie bei Boeing. Im Laufe der Jahre steigert Spectrolab den Wirkungsgrad seiner Zellen von anfänglich 12 % bei Siliziumzellen bis zu 29 % bei Galliumarsenid/Germanium-Wafern.

1982 startet das Unternehmen mit der Massenproduktion und installiert 1993 den weltweit größten MOVPE-Reaktor (Metal Organic Vapor Phase Epitaxy) als Teil einer effizienten Produktionslinie für Galliumarsenid-Zellen. 2005 beträgt die Produktionskapazität zwar nur 1 MW im Jahr, doch bei den ‚Ultra-Triple-Junction’ Solarzellen werden dafür Mindestwirkungsgrade von 28,3 % erreicht, was besonders bei Satelliten von großem Vorteil ist.

Durch die Nutzung von Konzentratorsystemen gelingt es Boeing Spectrolab im Dezember 2006, eine Solarzelle mit einem Wirkungsgrad von 40,7 % zu entwickeln – ein neuer Weltrekord. Dem Unternehmen zufolge könnten die Kosten für Solarenergie unter Berücksichtigung der Einbaukosten und Zellenlebensdauer auf etwa 3 $ pro Watt gesenkt werden. Die amerikanische Energiebehörde hatte die Entwicklung finanziell unterstützt, um Wege zu finden, die sogenannte 40 %-Barriere zu durchbrechen (die derzeit effektivsten kommerziellen Silizium-Solarzellen wandeln 22 % des einfallenden Sonnenlichts in Strom um, ihre maximal physisch mögliche Effektivität liegt bei 26 %). Das Unternehmen hofft, bis 2009 Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von 33 % anbieten zu können.

AEG / DEUTSCHLAND

AEG beginnt 1958 mit der Entwicklung von Solarzellen für die Raumfahrt, ab 1964 auch für terrestrische Anwendungen. Das Unernehmen wird später in den Daimler-Benz-Konzern bzw. das Weltraumunternehmen DASA eingegliedert. Ab 1993 gehört die Solarzellenproduktion dann zur ASE, und ab 1996 übernimmt das neugegründete Unernehmen solarnova (s.u.) einen Teil der Modulproduktion.

SHARP ELECTRONICS Corp. / JAPAN

Bereits 1963 hat die japanische Sharp Corporation Erfolg bei der Produktion praktischer Siliziumzellen-Module. In Japan wird eine 242 W PV-Anlage installiert, zu diesem Zeitpunkt ist sie die größte weltweit.

1983 beginnt der Produktion mit einer Jahreskapazität von 3 MW (Preis: 11 DM/W), sowie eine Kooperation mit der ECD (USA), der Firma des Erfinders der amorphen Solarzelle Ovshinsky.

Weltmarktführer Sharp stellt 2005 Solarmodule mit einer Leistung von 320 MW her, 2006 sind es bereits 427 MW.

Katsuragi-Anlage von Sharp

Katsuragi-Anlage von Sharp

Die Katsuragi Plant, eine weitere neue Produktionslinie für 30 Mio. $ in der Präfektur Nara, soll im November 2006 in Betrieb gehen und die Gesamtkapazität auf 600 MW im Jahr steigern, die weltweit höchste. Durch die Halbierung der Produktionskosten alle 10 Jahre soll der Solarstrom dann 2030 mit den Kosten von Atomstrom konkurrieren können (meint zumindest der Präsident des Unternehmen Machida Katsuhiko im September 2006). Das Unternehmen setzt sich das Ziel, bis 2010 selber mehr erneuerbare Energie mit Photovoltaik zu erzeugen als es derzeit für alle Fabriken weltweit benötigt. Zu diesem Zeitpunkt ist Sharp der größte Solarmodul-Produzent der Welt.

2006 meldet die Presse, daß Sharp seine Solarmodule in Japan im großen Stil für umgerechnet 1,67 € je Watt verkauft, während die gleichen Sharp-Module in Deutschland rund das Doppelte kosten. In den USA werden umgerechnet 2,33 € je Watt berechnet.

Im November 2007 verkündet Sharp, zu diesem Zeitpunkt weltgrößter Solarzellen-Hersteller, daß man die Produktionskapazität der Katsuragi-Anlage von derzeit 15 MW bis Oktober 2008 auf 160 MW Dünnschichtzellen ausbauen wird – wofür 300 Mio. $ investiert werden. Einen Monat später wird ein weiterer Plan bekanntgegeben. Mit einer Investition von gut 880 Mio. $ soll in Sakai, Prefektur Osaka, eine weitere Fabrik mit einer Kapazität von 1 GW errichtet werden, die 2009 mit der Produktion starten wird. Diese Anlage wird dann die weltweit größte Einzelfabrikationsstätte darstellen.

SIEMENS SOLAR GmbH / DEUTSCHLAND

Seit Mitte der 1960er Jahre beschäftigt sich Siemens mit der Photovoltaik, und bis Ende der 1990er Jahre werden rund 500 Mio. DM in die Forschung und Entwicklung investiert.

1987 beginnt die Kooperation mit Arco auf dem Gebiet der Dünnschichttechnologie, und 1988 wird die gemeinsame Tochter PV Electric GmbH gegründet.

1989 startet eine Pilotanlage für amorphe Dünnschicht-Siliziumzellen mit einer Jahreskapazität von 1 MW. Im gleichen Jahr übernimmt Siemens Solar die Arco und wird damit 1990 zum Weltmarktführer bei amorphen Siliziumzellen.

19891992  plant man die weltweit größte Produktionsanlage in Wackersdorf (30 MW/Jahr), beteiligt ist mit 49 % die Bayernwerk AG, Investitionskosten 200 Mio. DM, Ziel = Produktionsbeginn 1994.

1993 wird das Projekt fallengelassen. In diesem Jahr werden aufgrund der geringen Nachfrage Solarzellen mit einer Gesamtleistung von 52 MW hergestellt. Mit seinem Anteil von 23 % (andere Quellen: 25 %) ist Siemens Solar Weltmarktführer. Das Unternehmen ist eine Tochter von Siemens und Bayernwerk.

1995 stellt Siemens Solar in Camarillo, Kalifornien/USA etwa 20 % aller weltweit produzierten Zellen her, trotzdem macht das Unternehmen Verluste in zweistelliger Millionenhöhe (ca. 90 Mio. DM).

1996 erfolgt die Zellen-Herstellung bei Siemens Solar allerdings noch immer manuell: Per Hand werden die Glasscheiben auf Bänder gelegt, per Hand werden Kontakte verlötet, selbst die Verpackung erfolgt fast maschinenfrei. Entsprechend hoch sind die Kosten.

1997 nennt das Unternehmen als seine stärksten Konkurrenten: Amoco/Enron, Solarex (beide USA), BP Solar (Europa) und Kyocera (Japan). Siemens Solar ist mit 25 % an der Firma Showa Solar Energy KK in Tokio beteiligt.

1998 ist das Unternehmen mit einem Anteil von rund 20 % zwar weltweiter Marktführer, es macht jedoch noch immer Verluste in zweistelliger Millionenhöhe. Bis zu diesem Zeitpunkt hat Siemens Solarzellen mit einer Gesamtleistung von über 140 MW produziert.

SANYO ELECTRIC Co. / JAPAN

Das Unternehmen beschäftigt sich seit 1972 mit der Entwicklung amorpher Solarzellen (Wirkungsgrad um 2 %), und 1980/1981 nimmt es unter dem Markennamen Amorton die industrielle Herstellung von Solarzellen aus amorphem Silizium für Solar-Taschenrechner und -Uhren auf. Bereits 1984 wird in Tokio an der Fassade eines Hochhauses eine 3,5 kW Anlage installiert, und 1987 gelingt es, durchsichtige Amorton-Zellen zu entwickeln. Gemeinsam mit Sentia/Mazda wird daraufhin an Solar-Sonnendächern für PKW gearbeitet. 1990er Branchenführer in Japan mit 30 % des Marktes.

1992 erreicht die Produktionskapazität 5 MW, sie soll bis 1996 auf 20 MW erhöht werden. Der Zellenwirkungsgrad sollte bis 2000 auf mindestens 18 % angehoben werden.

Im Rahmen des Genesis-Projektes (s.d.) plant man die Errichtung eines weltumspannenden Netzes von Großanlagen, mit dem die Hälfte des globalen Energiebedarfs gedeckt werden kann, innerhalb von 10 Jahren soll eine erste Pilot-Anlage gebaut werden (Stand 1996).

Am 20. Juli 2005 weiht Sanyo seine neue Modulproduktion in der ungarischen Stadt Dorog ein, wo neue 270 W Module sowie doppelseitige Module hergestellt werden sollen. Die jährliche Produktionskapazität des Werks beträgt 2005 noch 50 MW, man plant aber in Kürze 100 MW zu erreichen. Bisher hatte das Unternehmen fast auschließlich in Japan produziert. Die jährliche Produktionskapazität der dortigen beiden Werke für Solarzellen beträgt 153 MW. Außerdem besitzt Sanyo in Japan drei Fertigungen für Solarmodule mit einer Jahreskapazität von 103 MW. Vor zwei Jahren hat das Unternehmen in ein Modulwerk in Monterrey, Mexiko, mit 10 MW jährlicher Produktionskapazität investiert.

ARCO SOLAR Inc. / USA

1975 gründet Bill Yerkes in Kalifornien die Solar Technology International, die  später die Basis der Arco Solar bildet.

1979 baut Arco Solar, inzwischen Tochter des Ölmulti Atlantic Richfield Comp. (ARCO), im kalifornischen Camarillo, die weltgrößte Herstellungslinie für Solarzellen. Das in der CIS-Technologie führende Unternehmen ist das erste, das einen Jahresausstoß von 1 MW erreicht.

1982 beträgt die Produktionskapazität schon 7 MW – Arco wird dadurch Weltmarktführer bis 1988.

1986 bringt Arco das erste kommerzielle Dünnschicht-Modul auf den Markt, man arbeitet außerdem an Tandemzellen.

1988 erweitert Arco die Produktionskapazitäten in Camarillo, Kalifornien, auf 7 MW/Jahr. Außerdem beginnt auch die Fertigung in Atsugi (Japan) und in München-Freimann. Arco ist neben den Aktivitäten auf dem Solarzellensektor auch mit mehreren Patenten im Rüstungsbereich tätig.

Im Februar 1989 wird Arco Solar von der Siemens Solar Industries übernommen.

SOLAR POWER Comp. / USA

1975 gründet der Ölmulti Exxon das Unternehmen Solar Power, das 1980 als das weltweit zweitgrößte Unternehmen auf dem Gebiet der Solarzellenherstellung gilt.

1989 steigt das Unternehmen endgültig aus dem Solarmarkt aus, allerdings ist es mir nicht gelungen, irgendwelche Details oder Begründungen für diese Entscheidung herauszufinden.

NUKEM GmbH / DEUTSCHLAND

1979 wird bei der RWE-Tochter Nukem mit der Photovoltaikentwicklung begonnen, zunächst arbeitet man an Dünnschichttechnologien (Cu2S/CdS). Später werden auch kristalline Silizium-Solarzellen und Gießharz-Großmodule entwickelt und in eine Pilotfertigung überführt.

1988 erwirbt die Nukem das MIS-Patent (Metal-Isolator-Semiconductor), das an der  Universität Erlangen-Nürnberg von Prof. Rudolf Hezel entwickelt worden ist. Die Siliziumnitrid-Inversionsschicht-Zelle verspricht einem hohen Wirkungsgrad und auch eine beachtliche Senkung der Herstellungskosten, da diese Zellen in einem einfachen Niedertemperatur-Prozeß produziert werden können.

1992 beginnt die Nukem mit der Pilotproduktion im Werk Alzenau bei Aschaffenburg in Bayern (1 MW/Jahr), es ist zu dieser Zeit die 4. Anlage zur Solarzellenproduktion in Deutschland. Die Investitionskosten betragen 36 Mio. DM, das BMFT trägt davon 50 %. Es werden mono- und polykristalline Siliziumzellen (MIS-I) hergestellt (µ = bis 15 %).

1994 erfolgt die Gründung der Angewandte Solarenergie GmbH (ASE) durch die Dasa und Nukem (s.u.).

Die Solarzellenfertigung für kristalline Solarzellen beginnt 1998, und 2002 erfolgt die Inbetriebnahme einer ‚SmartSolarFab(rik)’ in Alzenau sowie die Gründung des Joint Ventures RWE Schott Solar GmbH sowie der RWE Space Solar Power GmbH, bei welchen die Solararbeit weitergeführt wird (s.u.), während sich die Nukem wieder auf das Kernenergiegeschäft konzentriert.

SOLAREX Corp. / USA

1980 ist die Solarex Weltmarktführer bei der Solarzellenherstellung. An dem in Frederick nahe der Hauptstadt Washington von den Physikern Joseph Lindmayer und Peter Varadi gegründeten Unternehmen ist die Standard Oil mit 30 % beteiligt, außerdem auch noch der staatlich-italienische ENI-Konzern. Das Unternehmen Holecsol Systems BV in Holland produziert ebenfalls Solarex-Zellen in Lizenzfertigung. 1981 beträgt die Produktionskapazität 1 MW.

1982 erreicht die Produktionskapazität 2 MW, das Unternehmen hat bereits 500 Mitarbeiter, und die Anlage ist zu diesem Zeitpunkt der weltgrößte Brüter, d.h. daß der Solarzellenstrom einer Dach-integrierten 200 kW Anlage wiederum zur Produktion neuer Solarzellen genutzt wird. Es besteht eine Kooperation mit dem französischen Konzern Leroy-Somers. Ziel des Unternehmens ist eine Jahreskapazität von 1.000 MW bereits Anfang der 1990er Jahre (!).

1991 übernimmt BP Amoco die Solarex vom Enron-Konzern, dem sie inzwischen gehört.

BRITISH PETROLEUM (BP) SOLAR SYSTEMS / ENGLAND (später BP AMOCO bzw. BP SOLAREX bzw. BP Solar)

1980 steigt BP in den Solarmarkt ein und investiert in die US-Firma Lucas Energy Systems. Schon 1981 kauft es die verbliebenen 50 % der Lucas Energy Systems und macht daraus die Firma BP Solar Systems Ltd. (BPSS).

1985 baut BP eine erste Fertigungsanlage im australischen Sydney, kurz darauf folgt eine zweite Anlage in Madrid, und 1989 besitzt das Unternehmen bereits Werke in England, Spanien, Australien und Thailand. Außerdem startet aufgrund einer Kooperation mit A. H. Algosaibi & Bros. / Riyadh auch eine Produktion in Saudi-Arabien (BP Solar Arabia).

Gegen eine Zahlung von 45 Mio. $ an den Enron-Konzern steigert BP Amoco 1991 seine Anteile am US-Produzent Solarex von 50 % auf 100 %, und wird dadurch weltgrößter Anbieter von PV-Anlagen.

1995 führen Amoco und Enron ihre Solaraktivitäten endgültig zusammen, das gemeinsame Unternehmen ist nun weltweit der zweitgrößte PV-Hersteller (hinter der inzwischen vorgerückten Firma Siemens), und man plant eine neue Anlage in den USA für 25 Mio. $. Außerdem wird die Kapazität des dort bereits bestehenden Werkes verdreifacht.

1997 plant das Unternehmen eine neue Dünnschicht-Produktionsanlage (10 MW/Jahr).

1998 stellt BP bereits an vielen Orten der Welt monokristalline Siliziumzellen her, darunter Sundury-on-Thames, Madrid, Sydney und Fairfield in Kalifornien. Weitere Anlagen sind in Thailand und in Saudi-Arabien geplant, ein Joint-Venture besteht bereits mit Indien.

2000 ist BP Solarex wieder der weltweit größte Zellenproduzent (Marktanteil < 20 %), das Ziel lautet bis 2007 einen Umsatz von 1 Mrd. $ zu erwirtschaften.

Steve Westwell, BP Vizepräsident für erneuerbare Energien und Chef des weltweiten Solargeschäfts am 13.09.2004: „BP hat in den letzten fünf Jahren weltweit bereits 500 Mio. Dollar in ihre Solaraktivitäten investiert. In den nächsten drei bis fünf Jahren werden Deutschland, Kalifornien und andere Teile der USA sowie Spanien für uns die wesentlichen Wachstumsmärkte sein. BP plant, ihre weltweiten Produktionskapazitäten von heute 90 auf ca. 200 MW in den nächsten 18 Monaten zu erhöhen.“

BP Solar meldet im Oktober 2006, daß man mit dem Prototyp namens ‚Mono2’ ein Solar-Modul entwickelt habe, bei dem ein neuer, geschützter Produktionsprozess für monokristallines Silizium die Kosten der Energiegewinnung deutlich reduziert – bei einer gleichzeitigen Leistungssteigerung um etwa 8 % gegenüber herkömmlichem polykristallinen Silizium. Die neue Technik soll Mitte 2007 in die Produktion übernommen werden.

Ende des Jahres startet das Unternehmen eine Rückrufaktion für 140.000 Solarmodule aufgrund von Herstellungsmängeln in der Zeit von Januar 2003 bis Ende Juni 2004 (insgesamt 23,3 MW).

RADIOTECHNIQUE COMELEC / FRANKREICH

1980 ist die Philips-Tochter das weltweit drittgrößte Unternehmen. Man beabsichtigt bis 1985 eine Kapazität von 10 MW/Jahr zu erreichen. Später scheint sich das Unternehmen jedoch nur noch mit Ladegeräten u.ä. zu beschäftigen.

SENSOR TECHNOLOGY / USA

1980 ist dies das weltweit viertgrößte Unternehmen. Es besteht eine Kooperation mit der staatlich-französischen Compagnie Général d’Electricité. Auch über diese Firma fand ich später keine Informationen mehr. 

MBB / DEUTSCHLAND (später Dasa-Tochter)

Das Unternehmen beginnt 1980 mit der Entwicklung von Dünnschichtzellen aus amorphem Silizium.

1988 startet eine Kooperation mit dem Öl-Multi TOTAL, gemeinsam gründen die Unternehmen die Tochter Phototronics Solartechnik GmbH (PST) in Putzbrunn vor München (s.u.), und 1989 wird der Bau einer Fabrik für amorphe Siliziumzellen mit einer Jahreskapazität von 1 MW geplant.

1991 beginnt die Serienfertigung und der Vertrieb amorpher Siliziummodule (als 3. Unternehmen in der BRD), die Investitionskosten liegen bislang bei 65 Mio. DM. Man hat das Ziel, bis 1995 durch weitere Investition von 35 Mio. DM und einen Dreischicht-Betrieb auf 3 MW im Jahr zu kommen.

Im Zuge der Kooperation RWE (Nukem) und Daimler-Benz Aerospace (Dasa) erfolgt ab 1994 die Weiterarbeit unter dem Dach der Angewandte Solartechnik GmbH (ASE).

SPIRE Corp. / USA

Die 1980 gegründete Spire Corp. in Bedford, Massachusetts, ist bald das weltweit größte Unternehmen für die Technologie und Produktionsanlagen der Solarzellenherstellung. Mit der ‚SPI-LINE’ bietet die Firma schon früh schlüsselfertige Produktionslinien an.

1984 errichtet das Unternehmen z.B. eine Lizenz-Montageanlage im Saudi-Arabischen Jeddah. Die Investitionskosten betragen 6,95 Mio. $. Im Jahr 1986 wird ein weiterer Turnkey-Vertrag mit Indien ab geschlossen.

2003 informiert das Unternehmen darüber, daß etwa 90 % aller zu diesem Zeitpunkt hergestellten Solarzellen auf Anlagen von SPIRE produziert werden.

MOTECH INDUSTRIES Inc. / TAIWAN

Die Motech Industries, Inc. wird 1981 in Taipei, Taiwan, unter dem ursprünglichen Namen Meter International Corp. als Unternehmen für Meßinstrumente gegründet, 1998 folgt die Motech Solar Electricity Division, die monokristalline Solarzellen herstellt, und 2002 die Motech Solar Power Systems Division zur Entwicklung und Vermarktung kompletter Solarsysteme.

Im Mai 2003 geht das Unternehmen an die Börse.

Die Aktie der Motech Industries steht im Herbst 2005 mit einem Plus von 261 % an zweiter Stelle hinter den Werten der DayStar Technologies (plus 356 %) und vor der drittplazierten deutschen SolarWorld AG (plus 162 %).

IBC SOLAR AG / DEUTSCHLAND

1982 wird die IBC Solar AG als Großhandels- und Systemhaus für Photovoltaik-Anlagen gegründet. Das Unternehmen bietet das komplette Leistungsspektrum rund um die Stromgewinnung aus Sonnenlicht an: von der Planung bis zur schlüsselfertigen Übergabe von Solarkraftwerken.

1998 geht IBC mit der eigenen Modulreihe ‚Megaline’ an den Start, eine „Premiumklasse an Solarstromkomponenten zur Ertragsmaximierung“.

2005 errichtet das Unternehmen in Wiedersbach die größte Silizium-Dünnfilmanlage der Welt mit einer Leistung von 1.507 kW – zusammengesetzt aus zwei ‚Bürgersolarkraftwerken’ mit einer Modulleistung von jeweils 438 kW bzw. 1.069 kW. Zum Einsatz kommen 25.116 Solarmodule vom Typ Kaneka K60. Dieses Solarfeld versorgt ca. 377 Vier-Personen-Haushalte mit elektrischer Energie.

Im September 2005 liefert die IBC ihr millionstes Solarmodul aus. Insgesamt hat das Unternehmen seit seinem Bestehen bis zu diesem Zeitpunkt über 120 MW Photovoltaikleistung installiert.  

WACKER HELIOTRONIC / DEUTSCHLAND

1983 beginnt die Tochter der Wacker-Chemitronic in Burghausen – der bereits 1968 gegründete und inzwischen weltgrößte Hersteller von reinem polykristallinem Silizium (1983 = 2.000 t) – auch mit der Herstellung von Solarzellen. Die Wacker-Chemitronic hat in Zusammenarbeit mit der AEG-Telefunken bereits 1979 bei der Bundesregierung ein 160 Mio. DM-Programm angemeldet, und im Oktober desselben Jahres entsteht in Wedel die erste vollautomatische Fertigungsstrecke der Welt.

1983 bringt Heliotronic erstmals auch das Ausgangsprodukt SILSO (Silizium Sondermaterial) auf den Markt. 1987 liegen die Marktanteile weltweit weit über 50 %, doch 1988 wird die grundlegende Lizenz nach Japan vergeben.

CHRONAR Corp. / USA und GB (später INTERSOLAR)

1986 erfolgt ein Joint Venture mit China zur Herstellung billiger, amorpher Dünnschichtzellen mit einem Wirkungsgrad von 4 %. Das Unternehmen in New Jersey, besitzt außer in den USA mehrere Fabriken mit jeweils 1 MW/Jahr Produktionsleistung, darunter in Bridgend, South Wales. Eine weitere Anlage wird in Lens, im Nordosten Frankreichs geplant.

1989 gilt Chronar als größter Hersteller für amorphe Solarzellen. Später wird das Unternehmen anscheinend von der Intersolar in Wales übernommen, doch über beide Firmen habe ich später nichts mehr finden können.

SUNPOWER Corp. / USA

1988 gründen Prof. Richard ,Dick’ Swanson und Robert Lorenzini nach 15-jähriger Forschung an der Stanford University die SunPower Corp., um hochwertige Silizium-Zellen für den Einsatz in Solar-Konzentratoren herzustellen. Ihre Forschung war durch das Electric Power Research Institute (EPRI) und das US Department of Energy finanziert worden, beide Organisationen unterstützen auch die Arbeit der SunPower. Weitere Investitionspartner sind NiSource, Indiana, die Honda Motor Company und die Sekisui Jushi Corporation in Japan.

1993 gewinnt das Solarfahrzeug Honda Dream den World Solar Challenge in Australien, es ist mit den AM1.5 Zellen von SunPower ausgestattet, die einen Wirkungsgrad von 21 % besitzen.

2001 werden die von dem Unternehmen entwickelten zweiseitigen monokristallinen Pegasus-Zellen bei dem Solar-Flugzeug Helios installiert (s.d.). Sie haben einen Wirkungsgrad von 22 % und sind extrem leichtgewichtig.

2002 wird zur Vermarktung der neuen, preisgünstigen Zellen eine weitere umfassende Kooperation mit der Firma Cypress Semiconductor Corporation of San Jose, Kalifornien, initiiert. Die weiterführenden Forschungen laufen in Sunnyvale, Kalifornien, eine Pilot-Fertigungsanlage befindet sich in Round Rock, Texas (2 MW/Jahr). SunPower produzieren eine Konzentratorzelle mit einem Wirkungsgrad von 26 % für Frensel-Linsen mit hoher Konzentration und Parabolspiegel-Systeme. Die Solar Systems Ltd. nutzt diese Zellen, um in Australien 20 kW Dish-Systeme zu betreiben (s.d.). 2004 soll die Großproduktion anlaufen.

2005 erreichen die besten kommerziellen Module von SunPower eine Effizienz von 18 %, in dem man die elektrischen Kontakte auf die Rückseite der Zelle verlegt, um den gefürchteten Schatteneffekt zu verhindern. Das Unternehmen arbeitet auch daran, neue Nanomaterialien in die Zellentechnologie einzubringen.

SunPower bietet 2006 Dünnschicht-Technologie CIGS-Paneele mit 20 % Wirkungsgrad an, solche mit 22 % bis 23 % sollen Anfang 2007 folgen. Diese SPR-315 Solarpaneele sind mit der neuentwickelten Gen 2 Zelle bestückt und liefern 315 W.

PHOTOTRONICS SOLARTECHNIK (PST) / DEUTSCHLAND

Dieses Unternehmen wird 1988 in Putzbrunn gegründet. Später wird es von Schott übernommen (s.d.).

SUNLINE AG / DEUTSCHLAND

1986 gründet die Diplom-Kauffrau Gabriele Wismeth das Unternehmen GWU Solar GmbH als Einzelfirma in Nürnberg, die 2005 mit der Sunline AG aus Fürth, Bayern, verschmilzt.

Die Sunline AG erstellt Solarkraftwerke jeder Größenordnung, von der Anlage für das Eigenheim bis hin zu den Beteiligungskraftwerken im Megawattbereich (u.a. Neunburg vorm Wald, 2003: 400kW /  Energieberg Fürth, 2003: 1,2 MW / Neustadt a.d. Weinstrasse, 2004: 2,0 MW). Der Umsatz steigt von 1 Mio. DM 1988 auf 10 Mio. DM 1997, und 2004 beträgt er bereits 33 Mio. €.

2005 erfolgt der Börsengang der Sunline AG.

DEUTSCHE SHELL AG / DEUTSCHLAND (später SHELL SOLAR DEUTSCHLAND GmbH, später SHELL ERNEUERBARE ENERGIEN GmbH)

1989 steigt die Royal Dutch/Shell Group aus dem Markt der Solarzellenproduktion aus. Die Shell-Tochter Solar Energy Systems hatte in Huston / Texas CdS-Zellen produziert.

Erst 1997 meldet sich Shell wieder zurück, die Erneuerbare Energie ist nun der 5. Geschäftszweig des Konzerns und man plant bis 2003 etwa 1 Mrd. DM zu investieren. Die Shell Solar B.V. produziert bereits in Helmond (Holland) – allerdings manuell. Es besteht der Plan, die Produktion im Drei-Schichten-Betrieb auf 1,2 Mio. Solarzellen/Jahr auszuweiten – sowie eine Produktion in Japan zu beginnen.

1997 plant die Deutsche Shell AG eine neues, weltgrößtes Werk in Gelsenkirchen, direkt neben und in Kooperation mit dem Kölner Produzenten Solar Pilkington International (früher Flachglas Solar), da dort von Bayer Solar auch ein neues Silizium-Werk geplant ist (s.d.).

Shell Solarzellenfabrik

Shell Solarzellenfabrik

1998 erfolgt die Gründung der Shell Solar Deutschland GmbH, an der das Unternehmen Solar Pilkington die Modulmontage auf 10 MW ausbaut, mit 20 % beteiligt ist. Der Baubeginn des Werkes in Gelsenkirchen folgt im Juni, die Investitionskosten betragen 50 Mio. DM, von denen 12 Mio. DM durch den Bund und das Land gefördert werden.

1999 ist Mitte November der Produktionsstart für polykristalline Wafer-Zellen im automatisierten Drei-Schichten-Betrieb (10 MW/Jahr = 5 Mio. St./Jahr). In der Endausbaustufe 2001 soll auf zwei Produktionslinien erweitert werden (25 MW/Jahr = 13 Mio. St./Jahr). Die in Gelsenkirchen produzierten Zellen werden dann in Helmond eingebettet und zu Modulen montiert. Mit China wird ein Vertrag über 100.000 PV-Anlagen geschlossen.

Im Jahr 2000 gilt das Ziel, bis 2002 die Gewinnschwelle zu überschreiten, und ab 2007 jährlich über 100 MW herzustellen (entsprechend einem Weltmarktanteil von 10 %).

Um ein neues, plasmatechnisches Ätzverfahren zur Serienreife zu entwickeln schließen sich im Februar 2004 verschiedene Firmen und Forschungseinrichtungen zu einem Verbundprojekt zusammen. Die Forschungsergebnisse sollen bei der dritten Produktionslinie der Solarzellenfabrik von Shell-Solar in Gelsenkirchen zum Einsatz kommen. Statt wie bisher teure und aufwendige naßchemische Ätzmittel zu verwenden, um im Produktionsprozeß das ‚Phosphorglas’ von der Zellen-Oberfläche zu entfernen, soll künftig ein Plasma aus schnellen, ionisierten Atomen eingesetzt werden. Die Trocken-Ätzung mit Plasma ermöglicht in einem Maschinengang auch die Passivisierung der Vor- und Rückseiten der Zellen gegen den Verlust von Elektronen.

Anfang Februar 2006 übernimmt die SolarWorld AG die Siliziumsparte von Shell (s.d.), da sich diese in Zukunft auf die Dünnschicht-Technologie fokussieren will.

Die (verbleibende) Shell Erneuerbare Energien GmbH und die Saint-Gobain Glass Deutschland GmbH vereinbaren Ende 2006 die Produktion von Dünnschicht-Solarzellen aus Kupfer-Indium-Diselenid (CIS), die von dem neuen Gemeinschaftsunternehmen Avancis in Torgau, Sachsen, ab 2008 hergestellt werden sollen. Die geplante jährliche Produktionskapazität der Anlage auf dem Gelände des Saint-Gobain Glaswerkes liegt zunächst bei 20 MW und soll zügig ausgebaut werden. Im Labor wird mit einem der neuen Module bereits ein Wirkungsgrad von 13,5 % erzielt.

SOLAR-ENERGIE-SYSTEME GmbH (SES) / SOLAR-FABRIK GmbH (SF) / DEUTSCHLAND

1991 gründet Georg Salvamoser gemeinsam mit seiner Frau die SES in Freiburg als Solaranlagen-Installationsunternehmen, Unterstützung bekommt er dabei von Alfred T. Ritter, dem Enkel des Schokoladenfabrikanten Ritter und Öko-Manager des Jahres 1997.

1995 schreibt SES bereits schwarze Zahlen, und Salvamoser investiert in die Module-Montageanlage Solar-Fabrik GmbH (SF) in Freiburg. Damit gründet er (1996) die erste konzernunabhängige Module-Produktion in Deutschland. Die Investitionskosten von 8,2 Mio. DM steuern 110 stille Gesellschafter bei, das know-how wird beim US-Unternehmen SPIRE eingekauft.

1996 beginnt die Modulherstellung, und Salvamoser erhält den Deutschen Umweltpreis, da er das Unternehmen ohne jede öffentliche Subvention aufgebaut hat.

1997 kommen bereits ein Viertel der in Deutschland montierten Module von SES.

1998 macht die Solar-Fabrik noch Verluste von 1,7 Mio. DM, das Ziel für 1999 liegt bei einem Umsatz von 25 Mio. DM – was erstmals Gewinne bedeuten würde.

1999 startet die Herstellung der Solarmodule in der neuen ‚Null-Emissionsfabrik’ in Freiburg. Deren Investitionskosten betrugen (nur) 3 Mio. DM, neben einem Pflanzenöl-Blockheizkraftwerk und passiver Solarnutzung ist das Fabrikgebäude mit 600 m2 Solarzellen bestückt (= 65 kW, 30 % des Eigenbedarfs). Das Produktionsziel lautet 5 MW/Jahr (= 50.000 m2).

2002 wird die Solar-Fabrik GmbH zur AG umgewandelt, die Arbeit ist zwar noch stark manuell bestimmt, dafür beträgt die Garantiezeit für die Produkte aber 25 Jahre.

2003 erfolgt ein Großauftrag über 10 MW Module von RWE Schott Solar. An zwei Standorten werden 90.000 Module/Jahr montiert, das Unternehmen hat derzeit etwa 20 % Marktanteil in Deutschland.

Bis Ende des 1. Quartals 2005 erfolgt der Ausbau der Fertigungskapazitäten im Werk II auf insgesamt 40 MW. Im Geschäftsjahr 2004 betrug die Modulproduktion: 17 MWp/a

Im Juli 2005 erwirbt die Solar-Fabrik AG das Wafer-Handelshaus Global Expertise Wafer Division Ltd. (GEWD) mit Sitz in Kuala Lumpur, das über langjährige Erfahrung und beste Kontakte in den asiatischen und transatlantischen Waferhandelsmärkten verfügt. Mit dem Kauf des malaysischen Unternehmens sichert sich der Freiburger Modulhersteller für 2006 außerdem eine Solarwafer-Menge von mehr als 30 MW und kann seine Produktionsmenge verdoppeln. Wegen des weltweit boomenden Photovoltaikmarktes sind Wafer-Ressourcen derzeit äußerst knapp, so daß es auch bei Solarzellen zu Lieferengpässen kommt.

EPV SOLAR Inc. / USA und EPV SOLAR GERMANY GmbH / DEUTSCHLAND

Hochhaus mit EPV-Fassade

EPV-Fassade
(times square, NY)

Das Unternehmen EPV SOLAR in der Nähe von Princeton, New Jersey, wird bereits 1991 gegründet und entwickelt eigene Produktionsanlagen zur Herstellung von Dünnfilmmodulen und -produkten aus amorphem Silizium.

Ende 2007 wird bekannt gegeben, daß das Unternehmen mit der unlimited energy GmbH aus Berlin, einem Entwickler von Solar- und Windenergieprojekten, einen langfristigen Vertrag über die Lieferung von amorphen Siliziummodulen geschlossen hat. Bei unlimited energy befinden sich zu diesem Zeitpunkt europaweit Photovoltaik-Projekte mit einer Gesamtleistung von über 300 MW in der Entwicklung. EPV will mit den Lieferungen im ersten Quartal 2008 beginnen, wobei diese zu Beginn vom EPV-Standort in New Jersey aus erfolgen.

Gleichzeitig plant das Unternehmen die Errichtung einer Solarfabrik im brandenburgischen Senftenberg, die Ende 2008 in Betrieb gehen und dann die weiteren Lieferungen übernehmen soll.

ANGEWANDTE SOLARTECHNIK ASE GmbH / DEUTSCHLAND

1993 fassen RWE und Daimler-Benz Deutsche Aerospace ihre Produktion unter der ASE GmbH im bayerischen Alzenau zusammen. Die RWE ist über ihre Tochter Nukem zu 50 % beteiligt, Aerospace über die DASA ebenfalls zu 50 %. Sowohl die Phototronics Solartechnik GmbH als auch die frühere Telefunken Systemtechnik gehen in der ASE auf.

1994 übernimmt die ASE das Unternehmen Mobil Solar Energy Corporation und gründet die ASE Americas, Inc. Die Firma Mobil Solar war 1980 aus der Mobil Tyco Solar Energy entstanden, wo man bereits 1973 mit der Silicium-Oktagon-EFG-Entwicklung begonnen hatte. Durch die Übernahme verfügt die ASE nun über langjährige Erfahrungen in der Wafer-, Zellen- und Modulproduktion.

1995 ist die ASE neben Siemens der zweite nennenswerte Zellenproduzent in Deutschland – mit Niederlassungen in Alzenau, Wedel, Heilbronn, Putzbrunn und Billercia (USA). Trotzdem wird die größte Solarzellenfabrik der ASE in Wedel geschlossen (es ist die letzte große Solarfabrik des Landes), weil der Dreischichtbetrieb in BRD zu teuer, und die ‚Solarenergie chancenlos’ ist. Nach der Schließung von Wedel existieren in Deutschland nur noch die drei kleinen Produktionsstandorte der ASE.

1997 will die ASE die Kapazität in Alzenau mit Investitionskosten von 20 Mio. DM von 1 MW auf 13 MW ausbauen, da durch die Automatisierung und die höheren Wirkungsgrade polykristalliner Zellen die Produktion wieder lukrativ ist. Später soll auf 25 MW ausgebaut werden, die BMFT-Förderung beträgt 5 Mio. DM.

1998 erfolgt die Inbetriebnahme der erweiterten Anlage in Alzenau (September), Start der Produktion ist zum Jahresende. Die ASE ist inzwischen eine 100 %-ige Tochter der Nukem (s.o.).

Beim Vergleich von 13 Solarmodulen durch die Stiftung Warentest 1999 erzielt ein ASE-Modul das bestes Ergebnis mit der Note 1,8. ASE ist zu dieser Zeit größter Zellenhersteller in Deutschland und liefert auch die Solarzellen für die weltweit größte gebäudeintegrierte Dünnschicht-Solaranlage im Paul-Löbe-Haus in Berlin.

2002 erfolgt die Umbenennung in RWE Schott Solar Inc.

ANTEC SOLAR ENERGY GmbH / DEUTSCHLAND (später ANTEC SOLAR ENERGY AG)

1993 gründen mehrere Wissenschaftler des aufgelösten Battelle-Instituts das Unternehmen Antec Solar Energy GmbH.

1998 plant das Joint-venture aus ANTEC Angewandte Neue Technologie GmbH, Kelkheim, und der Babcock-Tochter Balcke-Dürr Technologie GmbH, Ratingen, die Aufnahme einer Dünnschicht-CdTe-Zellen-Produktion in Rudisleben bei Erfurt (Thüringen). Das Land gibt einen Investitionszuschuß von 19,5 Mio. DM und das BMFT fördert die Entwicklung mit 3,3 Mio. DM.

Die Modulfertigung soll 2000 starten und ab 2001 ihre volle Kapazität erreichen (10 MW/Jahr = ca. 140.000 Module). Thüringen beteiligt sich mit 19,5 Mio. DM an dem Werk, das BMFT fördert die Weiterentwicklung der SdTe-Technologie mit 6,9 Mio. DM. Eine CdTe-Produktion erfolgt sonst nur noch bei Matsushita (Japan), Solar Cells und Golden Photon (USA) sowie BP Solar.

2003 geht die Antec Solar Energy AG  aus einem Zusammenschluss der Antec Solar Energy GmbH mit der Ökologik Ecovest AG hervor, einer 1994 gegründeten Beteiligungsgesellschaft. Ab Juni dieses Jahres betreibt das Unternehmen mit Sitz in Frankfurt am Main am Produktionsstandort Arnstadt/Thüringen eine europaweit einzigartige Fertigungslinie für Dünnschicht-Solarmodule.

SUNWAYS GmbH / DEUTSCHLAND (später SUNWAYS AG)

Das Unternehmen wird 1993 in Konstanz gegründet. 1996 erfolgt die Markteinführung trafoloser Wechselrichter, und 1997 wird ein exklusiver Lizenzvertrag für die ‚Transparenten Sunways Solar Cells’ abgeschlossen, die der Physiker Peter Fath an der Universität Konstanz im Rahmen seiner Diplomarbeit entwickelt hatte. 1999 erfolgt die Umwandlung in eine Aktiengesellschaft – und der Beginn der Fertigung dieser teiltransparenten Zellen. Das Unternehmen kann jährlich 14.000 m² herstellen.

Im Februar 2001 erfolgt der Börsengang der Sunways AG, und ab Mai des Jahres produziert die Firma rund um die Uhr in drei Schichten. 2002 übernimmt Sunways das Vertriebsunternehmen MHH Solartechnik GmbH, Tübingen.

Anfang 2003 wird Produktionskapazität von 5 MW auf 12 MW mehr als verdoppelt, und in diesem Jahr erhält das Unternehmen den Innovationspreis 2003, ein Jahr später den iF Design Award 2004.

Ende 2004 erfolgt die Ausweitung der Produktionskapazität am Standort Konstanz am auf 16 MW – sowie der erste Spatenstich für ein neues Werk im thüringischen Arnstadt, wo bald mono- und multikristalline Solarzellen mit einer Kapazität von 30 MW hergestellt werden. Die Gesamtinvestitionen für die neue Produktionsstätte, die bereits für 80 MW ausgelegt ist, betragen 22 Mio. €.

Anfang 2006 erfolgt mit der Einführung der Sunways Solar Module mit den inzwischen gut bekannten farbigen und transparenten Solarzellen der erste Schritt zum Systemanbieter.

Im November 2007 gibt Sunways den Einstieg in die Polysilizium-Produktion bekannt. Das Unternehmen kauft hierfür eine schlüsselfertige Polysilizium-Produktionsanlage. Bis Ende 2009 will Sunways erstmals Silizium herstellen, die vollständige jährliche Produktionskapazität von 1.000 Tonnen soll dann ab 2010 erreicht werden.

SOLARWATT AG / DEUTSCHLAND (später SOLARWATT CELLS GmbH)

Das Dresdener Unternehmen Solarwatt wird 1993 gegründet, es beschäftigt sich mit der Entwicklung und Fertigung von Solarmodulen aus kristallinen Siliziumzellen in Laminiertechnologie. 1995 beginnt die Serienfertigung schlagfester Solarmodule in Gießtechnologie für Verkaufsautomaten und Notrufsäulen. Der Umsatz der Firma beträgt zu diesem Zeitpunkt 1,2 Mio. DM.

1999 beginnt die Herstellung von Solarmodulen in gekrümmter Form für Boote, der Umsatz beträgt bereits 3,5 Mio. DM – im Jahr 2000 sogar schon 6,3 Mio. DM. Nun startet auch die Serienfertigung von Standard-Modulen.

Im September 2003 wird das Richtfest der 4. Stufe der Fertigungserweiterung gefeiert. Der Investitionsvolumen beträgt 7,5 Mio. €, und der Firmenumsatz liegt in diesem Jahr bei 27,5 Mio. €. Bis 2004 wird die Produktionskapazität auf 40 MW erweitert, und im Oktober 2005 erfolgt die Umfirmierung zur Solarwatt Cells GmbH. Der Umsatz 2005 erreicht 109 Mio. €.

EVERGREEN SOLAR Inc. / USA

Die Evergreen Solar Inc. wird 1994 in Marlboro, Massachusetts, gegründet. Das Unternehmen entwickelt die ‚String Ribbon’ Technologie, bei der das Silizium in flüssiger Form bei einer Temperatur von rund 1.400°C verarbeitet wird. Ähnlich einer Seifenblase bildet es zwischen zwei Fäden (Strings) einen hauchdünnen Film, der allmählich abkühlt und auskristallisiert. Auf diese Art und Weise ‚wächst’ der Wafer (Ribbon) aus der Siliziumschmelze. Anders als beim bisher üblichen Sägen von Siliziumblöcken entstehen bei dieser Technologie keine Siliziumabfälle.

String-Ribbon-Technik Grafik

String-Ribbon-Technik

2006 vereinbart Evergreen mit der deutschen Q-Cells AG eine strategische Partnerschaft (s.u.). Die gemeinsam gegründete EverQ GmbH beginnt umgehend mit dem Bau einer neuen Solar-Wafer-, Solarzellen und Solarmodul-Fabrik in Thalheim (s.u.).

Im Juli 2006 unterzeicht das Unternehmen seinen bislang größten Vertrag im Umfang von 200 Mio. $ mit der SunEdison LLC aus Baltimore.

Bei der String-Ribbon-Technik werden bei hoher Temperatur zwei Stränge vertikal durch eine flache Silizium-Schmelze gezogen, wobei das geschmolzene Silizium den Raum zwischen den Strängen ausfüllt und dort erstarrt. Der Prozess funktioniert kontinuierlich, so daß der entstehende Strang auf Spulen aufgerollt werden kann. Der Ertrag mit dieser String Ribbon-Methode ist außerdem mehr als doppelt so hoch wie bei herkömmliche Methoden.

Im September 2007 gibt die Evergreen Solar bekannt, daß man mit dem Bau einer 70 MW Produktionsanlage in Devens, Massachusetts, begonnen hat, wofür 175 Mio. $ investiert werden. Das Unternehmen erreicht damit eine Jahresproduktion von 170 MW, die bis 2010 auf  300 MW angehoben werden soll.

PACIFIC SOLAR Pty Ltd. / AUSTRALIEN (später CSG SOLAR Pty Ltd.)

Die Pacific Solar Pty Limited wird 1995 im Rahmen einer Kooperation zwischen der University of New South Wales und dem Stromversorger Pacific Power in Sydney gegründet, der im Laufe der ersten fünf Unternehmensjahre mehr als 23 Mio. $ (= 46 Mio. AU$) investiert. Grundlage für die Zusammenarbeit ist die von Martin Green, Stuart Wenham und Zhengrong Shi entwickelte ‚Crystalline Silicon on Glass’ (CSG) Technologie.

Ab 2000 wird das Unternehmen von der Eurosolare SpA gefördert, einer Tochter der italienischen ENI, doch die 20 MW Modulfabrikation wird erst im Oktober 2002 gestartet – drei Jahre später als ursprünglich geplant. 2003 folgt eine Förderung durch die Bezirksregierung von New South Wales.

Das ,Plug & Power AC mounting system’ von Pacific Solar wird in Europa von Eurosolare vertrieben.

2004 tritt die neu gegründete CSG Solar AG aus Thalheim die Nachfolge der Pacific Solar an (s.u.). Sie übernimmt die Lizenzen der Dünnschicht-Technologie und startet bald darauf in Sachsen-Anhalt die Modulherstellung. In Australien verbleibt als Tochter die CSG Solar Pty Limited, welche auch die Pilotanlage in Sydney weiterbetreibt.

SOLON AG / DEUTSCHLAND

1996 erfolgt der Zusammenschluß von 5 Berliner Betrieben zu dem Systemhaus Solon, man plant eine  stark automatisierte Solarfabrik in Berlin, mit besonderer Akzeptanz für Sonderanfertigungen. Die Investitionskosten betragen 35 Mio. DM.

Mit der Gründung 1997 startet auch die Produktion, und schon im Oktober 1998 erfolgt der Börsengang. Bei ihrer Erstemission haben die Solon -Aktien einen Emissionspreis von 15 DM, und alle angebotenen 600.000 Aktien werden gezeichnet. Zum Jahresende wird die Berliner Solarpionier-Firma Ebergiebiss übernommen.

Bis 1999 erfolgen Investitionen von 25 Mio. DM (davon 12 Mio. DM für die Produktionsanlagen zur Zellenherstellung, die der Senat zu 40 % fördert). Das Ziel ist, die Kapazität schrittweise bis 20 MW im Jahr 2000 zu erhöhen, bis 2002 ist ein Weltmarktanteil von 10 % angestrebt.

1999 deckt Solon das Dach des neuen Bundespräsidialamtes, und im Paul-Löbe-Haus des Bundestagskomplexes wird mit 1.500 halbtransparenten Modulen von ASE die weltweit größte gebäudeintegrierte Dünnschicht-Anlage gebaut (ca. 3.000 m2, 125 kW), das Auftragsvolumen beträgt 3,7 Mio. DM. Die Module sind als bewegliche Lamellen ausgeführt, neben der Stromgewinnung regulieren sie den Licht- und Wärmeeintrag ins Gebäude.

2000 steigen die Aktien von Solon im ersten Halbjahr durch das Inkrafttreten des Gesetzes zur Förderung erneuerbarer Energie um 300 %. Auf die Zellenproduktion wird aufgrund der internationalen Marktpreissituation vorerst verzichtet. Dafür soll Modul-Fertigung nun auf drei Linien ausgeweitet werden (dann 10 MW/Jahr).

Die Solon AG beginnt im November 2004 mit der Modulfertigung in ihrer neuen Greifswalder Solarfabrik. Mit rund 10 Mio. € wurde die Produktionskapazität von 30 MW auf 90 MW erhöht.

Seinen Gewinn kann das Unternehmen schon im ersten Halbjahr 2005 auf 2,1 Mio. € verdoppeln (erste Hälfte 2004: 900.000 €), bei einem Umsatz von 73,7 Mio. € (erste Hälfte 2004: 36,4 Mio. €),

Anfang 2006 beteiligt sich die Solon AG mit 19 % an der US-amerikanischen Firma Global Solar Energy. Das Unternehmen mit Sitz in Tucson, Arizona, stellt Dünnschicht-Solarzellen aus einer Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid-Verbindung her. Global Solar beabsichtigt mit den neuen Investoren (außer Solon beteiligt sich auch eine europäische Risikokapitalgesellschaft) bis zum Jahresanfang 2008 seine Produktionskapazität von heute zwei auf mindestens 40 MW zu erhöhen.

Die Solon-Gruppe ist inzwischen mit Tochtergesellschaften in Deutschland, Österreich, Italien und der Schweiz vertreten: Die Solarmodulproduktion ist bei der Solon PV GmbH in Berlin und der Solon Nord GmbH in Greifswald angesiedelt, die seit August 2005 zur Unternehmensgruppe gehörende HTC GmbH mit Sitz in Steinach am Brenner hat sich auf den Bau solarer Kraftwerksanlagen spezialisiert, die Schweizer Tochterfirma asp ag ist im Bereich der Systemtechnik tätig und stellt Sinuswechselrichter her und durch die Übernahme des italienischen Modulherstellers S.E. Project ist Solon auch im wachsenden italienischen Markt vertreten.

ASTRO SOLAR / USA

1996 ist das Unternehmen der viertgrößte Produzent in den USA, man plant das Aufstocken der Kapazitäten. 2000 sind die Kapazitäten aufgrund der hohen Nachfrage aus Europa völlig ausgelastet.

Später taucht der Name des Unternehmens allerdings nur noch in Verbindung mit Sonnenfilterfolie auf (die Astrosolar LTDA in Talagante, Chile, ist vermutlich ein völlig anderes Unternehmen).

SOLARNOVA / DEUTSCHLAND

Aus der Betriebsstätte Wedel der ASE, dem Module-herstellenden Zweig der früheren AEG-Solartechnik, geht 1996 das Unternehmen solarnova hervor.

2007 umfaßt das Leistungsspektrum die Fertigung und den Vertrieb von Modulen, die Projektierung von Modul-Fertigungsanlagen sowie Ingenieur-Leistungen rund um die Solartechnik.

BAYER SOLAR GmbH / DEUTSCHLAND

1997 errichtet die Tochter der Bayer AG ein neues Silizium-Werk im sächsischen Freiberg. Die Investitionskosten betragen 48 Mio. DM, von denen das BMFT eine Förderung von 6,5 Mio. DM übernimmt. Bayer Solar ist erster und einziger deutscher und größter europäischer Hersteller für polykristalline Silizium-Wafer (5.000 t entsprechend etwa 6 Mio. St./Jahr = 9 % des derzeitigen Weltmarkts). Bis 2000 soll mit einer Investition von weiteren 30 Mio. DM die Produktion ausgeweitet werden (auf ca. 16 Mio. St. = ca. 16 MW), dann würde man auch schwarze Zahlen schreiben.

1999 wird ein weiteres Werk in Gelsenkirchen geplant.

Die Bonner SolarWorld AG (s.u.) übernimmt im Jahr 2000 eine Mehrheit von 82 % an dem Solarwafer-Produzenten Bayer Solar GmbH, Freiberg/Sachsen, die übrigen 18 % werden von der ebenfalls in Bonn residierenden Solar Holding Beteiligungsgesellschaft mbH übernommen. Dafür beteiligt sich die Bayer AG mit 9,3 % an der SolarWorld AG. Der Kaufpreis für Bayer Solar bewegt sich im dreistelligen Millionenbereich. Bayer Solar ist zu diesem Zeitpunkt Deutschlands einziger und Europas größter Produzent von Siliziumwafern mit einem Weltmarktanteil von mehr als 20 %.

ERSOL SOLARSTROM GmbH & Co. KG / DEUTSCHLAND (später ERSOL SOLAR ENERGY AG)

Die Erfurter ErSol Solarstrom GmbH & Co. KG wird 1997 gegründet und beginnt im Juli 1998 mit dem Aufbau einer Produktionslinie für 100 x 100 mm multikristalline Solarzellen. Im August 2000 erfolgt die Markteinführung der ‚E5 Blue Power’ Zelle (im Format 125 x 125 mm) mit einem Wirkungsgrad von 14 %.

Im Juni 2001 erfolgt die Übertragung der Geschäftstätigkeit der ErSol Solarstrom GmbH & Co. KG auf die ErSol AG – gleichzeitig wird eine Produktionskapazität für Solarzellen von rund 5,5 MW erreicht, die bis zum Januar 2002 auf rund 10 MW steigt. 2002 wird die ErSol AG Teil der Umweltkontor Gruppe. Im April 2003 erfolgt Markteinführung der multikristallinen Solarzelle ‚E6 Blue Power’ im Format 150 x 150 mm.

Anfang 2004 ist die Produktionskapazität bereits auf rund 25 MW gestiegen. Die aimex-solar GmbH wird 100%-ige Tochtergesellschaft der ErSol AG. Ab November wird die monokristalline Solarzelle ‚E6M+ Black Power’ (im Format 156 x 156 mm) mit einem Wirkungsgrad von 17 % angeboten. 2005 integriert das Unternehmen über den Kauf der ASi Industries GmbH (Asi) auch die Wafer-Stufe.

Im Januar 2005 erfolgt die Gründung des Joint Ventures Shanghai Electric Solar Energy Co. Ltd. (V.R. China), außerdem entscheidet man sich für einen Ausbau der Produktionskapazität auf bis zu 60 MW, der bis Ende 2005 abgeschlossen sein soll.

Als Resultat eines Forschungsprojektes mit dem SolarZentrum Erfurt und der PV Crystalox Solar AG wird im Juni 2005 mit der ‚E12+’ die weltweit größte kristalline Siliziumsolarzelle im Format 312 mm x 312 mm vorgestellt. Gleichzeitig erfolgt der Erwerb des Ingot- und Wafer-Produzenten ASi Industries GmbH und der (damals inaktiven) ASi Siliziumtechnology GmbH; beide Arnstadter Gesellschaften werden 100%-ige Tochtergesellschaften der ErSol AG.

Im September 2005 startet ErSol sehr erfolgreich an der Börse, das Papier soll bereits vor der Emission mehr als fünfzigfach überzeichnet sein. In diesem Jahr erfolgt auch die Gründung der ErSol New Technologies GmbH (ENT) als Tochtergesellschaft für die Entwicklung neuer Photovoltaik-Technologien, die später in ErSol Thin Film GmbH (ETF) umbenannt wird.

Im Februar 2006 folgt der Erwerb des Silizium-Recycling Unternehmens Silicon Recycling Inc. (SRS), Camarillo/Kalifornien; auch SRS wird 100%-ige Gesellschaft der ErSol AG.

Im Juli feiert die ErSol Thin Film GmbH den ersten Spatenstich für eine der modernsten Dünnschichtmodul-Produktionsstätten Europas, und im September für eine weitere Solarwafer-Fertigung (Werk 2 und 3) in Arnstadt (Kapazitätserhöhung im Bereich Wafer auf insgesamt 120 MW bis 2008). Im Dezember ist die Kapazitätserweiterung auf 45 MW (Werk 1) abgeschlossen.

2006 steigt ErSol auch in die Fertigung von Dünnschichtmodulen aus amorphem Silizium ein. Mit dem Schweizer Vakuumtechnologie-Unternehmen Unaxis wird eine Absichtserklärung für die Lieferung von Fertigungsanlagen unterschrieben. Ersol will bis 2008 eine jährliche Produktionskapazität von 40 MW aufbauen. Der Produktionsstart ist bereits für Sommer 2007 geplant. 

Im September 2007 gibt Ersol bekannt, daß man nun auch eine Produktion für mikromorphe Solarmodule aufbauen wird, die bereits 2008 beginnen soll. Dafür wird auch die Produktionsaufnahme der rein amorphen Modulgeneration verschoben. Damit gehört das Unternehmen zu den ersten, die diese Technik in Europa anbieten werden. Mikromorphe Dünnschicht-Module besitzen einen doppelten Aufbau aus einer amorphen und einer mikrokristallinen Siliziumschicht. Ersol erhofft sich von den Tandemzellen eine Steigerung des Wirkungsgrades um 50 %.

Ende 2007 meldet das Unternehmen die Unterzeichung langfristiger Verträge mit Wacker (s.o.), deren Laufzeiten zwischen 6 und 11 Jahren betragen. Der Preis für das Polysilizium wurde für die gesamte Vertragslaufzeit festgelegt. Neben Wacker sichert das Unternehmen seine Siliziumversorgung durch weitere Lieferverträge mit anderen Polysilizium-Herstellern ab. Bis Ende 2010 will ersol eine Produktionskapazität im kristallinen Bereich von 400 MW erreichen, bis 2012 soll diese dann auf 500 MW erhöht werden. Die unternehmensinterne Silizium-Recyclingkapazität soll ab 2008 einen Anteil von 5 – 10 % zur Rohstoffversorgung beitragen.

Im Februar 2008 vereinbaren die Ersol Thin Film GmbH und die Schott Solar GmbH (s.o.) die gemeinsame Entwicklung mikromorpher Dünnschichtzellen. Beide Unternehmen produzieren bereits amorphe Dünnschichtmodule. Die für die amorphe Produktion vorhandenen Depositionsanlagen lassen sich jedoch auch für die Herstellung mikrokristalliner Zellen umstellen.

DAYSTAR TECHNOLOGIES Inc. / USA

Das 1997 gegründete Unternehmen geht 2004 an die Börse – und erhält bald darauf vom Bundesstaat New York ein ‚relocation package’ im Wert von 11,2 Mio. $, um von Kalifornien nach Halfmoon in der ‚Albany Tech Valley region’ umzusiedeln.

DayStar entwickelt und produziert siliziumfreie Solarzellen aus Kupfer, Indium und Galliumdiselenid (CIGS). Die ‚TerraFoil’ Solarzellen werden in einem aus der Computerkomponentenfertigung abgewandelten Verfahren auf flexible Metallfolien aufgetragen. DayStar’s Produktlinie, auch bekannt unter dem Namen PV Foil stellt einen fundamental neuen Eintritt in den bisher auf dem Standard-Siliziumwaferdesign basierenden Solarzellenmarkt dar. Die höchst flexiblen Solarfolien sollen mit dem innovativen Produktionsverfahren nun in großen Mengen hergestellt werden.

Die Aktie der DayStar Technologies zählt im Herbst 2005 mit einem Plus von 356 % zu den wachstumsstärksten Werten an der Börse, gefolgt von Motech Industries aus Taiwan (plus 261 %) und der deutschen SolarWorld AG (plus 162 %).

Den Nachschub an TerraFoil-Solarzellen sichert sich langfristig die deutsche Blitzstrom GmbH mit Sitz in Mainbernheim, ein führender System-Integrator und Großhändler von Dünnfilm-Photovoltaiksystemen. In einem Rahmenliefervertrag bis 2008 werden steigende monatliche Lieferungen mit einem Volumen bis zu 30 MW vereinbart. Die DayStar-Solarzellen sollen in der Solarmodulproduktion der Blitzstrom GmbH verarbeitet und für den Weiterverkauf in ihren eigenen Systemen und Projekten auf den Markt gebracht werden, erste Lieferungen sind für Mitte 2005 vorgesehen. Eine vollständige Umsetzung der Kaufvereinbarung entspräche einem Umsatz von bis zu 60 Mio. $, basierend auf heutigen Marktpreisen für Siliziumzellen. 

WÜRTH SOLAR / DEUTSCHLAND

1998 wird in der Nähe von Stuttgart das Unternehmen Würth Solar gegründet, an dem das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung in Stuttgart, das schwäbische Handelsunternehmen Adolf Würth GmbH & Co. KG sowie das Energieversorgungsunternehmen Energie Baden-Württemberg AG (EnBW) beteiligt sind. Die Würth Solar will noch 1999 eine CIS-Dünnschichtzellen Solarfabrik mit einer Kapazität von 10 MW errichten, die Investitionskosten der ersten Pilotphase liegen bei 15 Mio. DM.

Im Juni 2000 stellt Würth Solar in einer Pilot-Anlage im ehemaligen Kohlekraftwerk der EnBW in Marbach bei Stuttgart erstmals kommerziell Solarmodule aus Kupfer-Indium-Diselenid (CIS) her. Die Anlage erhöht bis 2003 ihre jährliche Kapazität auf 1,2 MW.

2006 erfolgt mit einer Investitionssumme von 55 Mio. € der Bau der ‚CISfab’ mit einer geplanten Jahres-Produktionskapazität von 14,8 MW ab 2007, was einem Fertigungsvolumen von 200.000 CIS-Modulen entspricht.

CONERGY Gmbh / DEUTSCHLAND (später CONERGY AG)

Die 1998 in Hamburg gegründete Conergy GmbH bildet ein sehr interessantes Beispiel für erfolgreichen Geschäftssinn. Bereits im August 1999 gehört sie zu dem Mitbegründern der voltwerk AG. Um nicht zu weit in die Details zu gehen, nenne ich hier nur die Firmen, die das später in Frankfurt/O. ansässige Unternehmen innerhalb weniger Jahren übernimmt:

  • RegEn GmbH, Dahlewitz/Berlin
  • AET Alternative-Energie-Technik GmbH, Sulzbach/Saarbrücken
  • Nautilus GmbH, Rosengarten/Hamburg
  • Albasolar S.L., Madrid, Spanien
  • Windcom, Deutschland
  • Fabrisolar AG, Küsnacht, Schweiz
  • SES Solar Energy Systems, Brignoles, Frankreich
  • Solion – advanced energy solutions, Athen, Griechenland
  • Dankoff Solar, USA
  • MAT-tec Engineering, Deutschland (Einstieg in Bioenergie)
  • Taurus, Australien
  • Quirk’s Victoria, Australien
  • Inventus GmbH, Deutschland (Sparte Kleinwindanlagen)
  • Ostwind technic GmbH, Deutschland
  • Voltwerk AG, Deutschland
  • Sowie weitere Übernahmen in Kalifornien, Belgien, den Niederlanden und Großbritannien
  • Während der Jahre 2001 und 2002 errichtet Conergy die jeweils ‚größten Solarparks Deutschlands’ in Markstetten, Sonnen und Hemau (alle in Bayern), und bereits 2003 übersteigt der Jahresumsatz des inzwischen mehrgleisig operierenden Unternehmen erstmals 100 Mio. € – bei gleichzeitig schnell steigenden Gewinnen.

    Im März 2005 geht die Conergy AG an der Börse. Das profitable Unternehmen bietet 4,5 Millionen Aktien zur Zeichnung an. Der daraufhin 29-fach überzeichnete Börsengang gilt als einer der erfolgreichsten der vergangenen Jahre.

    2005 folgt die Gründung der Tochtergesellschaften in Australien und Mexiko, neue Niederlassungen werden in Brasilien, Südkorea und Italien eröffnet.

    Anfang 2006 liegen neue Zahlen vor: Conergy steigerte in 2005 seinen Umsatz um 86 % auf 530 Mio. € und seinen Gewinn um 153 % auf 27,8 Mio. €. Und Ende 2006 genehmigt die EU-Kommission eine Beihilfe von 76 Mio. € für den Bau einer neuen Fertigungsanlage für Solarmodule, die im Sommer 2007 in Berieb gehen soll.

    In den neuen Bundesländern kassieren Solarfirmen große Summen – aus EU-Töpfen, den Landeshaushalten und vom Bund. Allein in Frankfurt an der Oder kassiert Conergy70 Mio. €

    Doch im Oktober 2007 bricht die Conergy-Aktie ein: Europas größtes Solarunternehmen verzeichnet bis zu 30 % Kursverlust. Als Gründe werden Lieferverzögerungen bei Modulen und hohe Personalkosten genannt. Nachdem 2006 bei einem Umsatz von rund 752 Mio. € ein Gewinn von 30 Mio. € erzielt worden war, fällt in den ersten neun Monaten 2007 bei einem Umsatz von 641 Mio. € bereits ein Verlust von 8,8 Mio. € an. Beim Umsatz rechnet der Konzern für 2007 nun mit einem Plus von 33 Prozent auf über 1,0 Milliarden Euro, nachdem man im Halbjahresbericht noch ein Erlös von 1,25 Milliarden Euro in Aussicht gestellt hatte.

    Im November 2007 tritt Firmengründer Hans-Martin Rüter, der erst vor kurzem vom European Business Award zum ‚Unternehmer des Jahres’ gekürt worden war, nach fast zehn Jahren an der Spitze ab.

    Zu den Zielen der neuen Unternehmensführung gehört nun die „strategische Ausrichtung auf profitable Geschäftsbereiche“, ein „ertragsorientiertes Wachstum in Kerngeschäftsfeldern“ und eine „Optimierung der Kostenstrukturen“ – Worthülsen, die darauf hinweisen, daß das Unternehmen verschlankt werden soll. Dabei soll eine kräftige Finanzspritze helfen: Einzelne Altaktionäre, zu denen auch Rüter gehört, steuern 20 Mio. € bei, weitere 50 Mio. € stammen von dem Industriellen Otto Happel, der neu bei Conergy einsteigt, währen die restlichen 30 Mio. € von Banken kommen.

    Im Dezember 2007 warnt Conergy erneut vor massiven Verlusten von 150 bis 200 Mio. € (vor Steuern und Zinsen) – worauf der Aktienkurs um weitere 20 % einbricht. Das Unternehmen will daraufhin 500 Mitarbeiter entlassen – wie immer ist dies das Einzige was den ‚Nieten im Nadelstreifen’ einfällt, um ihre Vorstandsgehälter zu sichern. Außerdem wird eine „konsequente Neuausrichtung auf das stark wachsende Solarstromgeschäft“ angekündigt, die Bereiche Biomasse und Solarthermie werden nicht mehr weiterverfolgt.

    VOLTWERK AG / DEUTSCHLAND (später EPURON GmbH)

    Die 1998 gegründete Hamburger voltwerk AG, entwickelt sich schnell zu einem der führenden Unternehmen für Projektentwicklung und strukturierter Finanzierung von Anlagen zur Nutzung erneuerbarer Energien. Das Unternehmen entwickelt, finanziert und realisiert Solar- und Windparks sowie solarthermische Kraftwerke und Bioenergieanlagen. Zu den Kunden gehören institutionelle und private Investoren aus dem In- und Ausland.

    Nach der Umfirmierung heißt das Unternehmen ab dem 1. Januar 2007 EPURON GmbH, es ist in Deutschland, Spanien, Frankreich, Italien, Griechenland und Singapur sowie den USA und Australien mit Tochterfirmen vertreten. Die EPURON-Gruppe gehört zur börsennotierten Conergy AG, dem weltweiten Marktführer für Solarsysteme (Stand 2006).

    PHÖNIX SONNENSTROM AG / DEUTSCHLAND

    Die Phönix SonnenStrom AG wird Ende 1999 in Sulzemoos bei München gegründet. Daneben wird die mit der Gesellschaft nicht verbundene Phönix SonnenWärme AG mit Sitz in Berlin gegründet, die solarthermische Anlagen vertreibt und Lizenznehmer des Markennamens Phönix ist. Die Gesellschaften gehen aus der 1994 gegründeten Phönix Solarinitiative des Bundes der Energieverbraucher e.V. hervor (s.d.). Schon ab 1998 werden über die Phönix Solarinitiative erste PV-Anlagen verkauft.

    2000 wird die Ulmer Firma MHH Solartechnik GmbH (später SolPlan GmbH) übernommen, und 2002 eine weitere Niederlassung in Schleswig-Holstein eröffnet.

    Ende 2004 geht die Phönix SonnenStrom AG an die Börse, und in den Folgejahren 2005 und 2006 werden verschiedene Preise gewonnen, z.B. ‚Bayerns Best 50’ und ‚Europe’s 500’.

    Ab Januar 2006 besteht eine Beteiligung von 49 % am italienischen Systemanbieter Renewable Energies Development 2002 S.r.l., die im Rahmen einer Option ab dem 1. Januar 2008 bis auf 75 % ausgebaut werden kann. Im April 2006 wird die spanische Tochtergesellschaft Phoenix Energia Solar s.l. mit Sitz in Madrid gegründet.

    Im ersten Quartal 2006 schließt die Phönix Sonnenstrom AG mit dem chinesischen Hersteller Changzhou Trina Solar Energy Co. Ltd. einen Liefervertrag über 2 MW monokristalline Solarmodule für das Jahr 2006 ab. Mit einem weiteren chinesischen Produzenten, der Tianwei Yingli New Energy Resources Co. Ltd., wird ein Liefervertrag über 6 MW abgeschlossen, neben einer Absichtserklärung über Lieferungen von insgesamt 143 MW bis 2010. Phönix Sonnenstrom hat beide Lieferanten nach eigenen Angaben aus mehr als 20 chinesischen Produktionsunternehmen ausgewählt. Derzeit beliefern insgesamt sieben Modulhersteller das Unternehmen, das mit mindestens 35 MW im laufenden Geschäftsjahr einen Umsatz von 140 Mio. € plant.

    Im September 2006 akquiriert die Phönix SonnenStrom AG Aufträge für drei weitere Solarstrom-Großkraftwerke mit einem Auftragsvolumen von insgesamt rund 21 Mio. €.

    FIRST SOLAR Inc. / USA und FIRST SOLAR MANUFACTURING GmbH / DEUTSCHLAND

    First Solar wird 1999 gegründet und beginnt 2002 mit der kommerziellen Produktion. Die Mutterfirma First Solar Inc. ist in Phoenix , Arizona, beheimatet. 2006 erzielt das Unternehmen bei einer Produktionsmenge von nur 100 MW die niedrigsten Kosten pro hergestelltem Watt in der PV-Industrie. Mit führenden Projektentwicklern werden langfristige Verträge für die Lieferung von 2,8 GW zwischen 2006 und 2012 abgeschlossen.

    2007 erhöht First Solar seine Produktionskapazität auf über 200 MW und entwickelt das erste vorfinanzierte Rücknahme- und Recyclingprogramm für Module in der PV-Industrie. Im selben Jahr wird die First Solar Manufacturing GmbH in Frankfurt/Oder angesiedelt, wobei aus EU-Töpfen, den Landeshaushalten und vom Bund ein Förderbetrag von insgesamt 46 Mio. € fließt.

    Die Mitarbeiter in den Unternehmen haben davon allerdings wenig. Denn trotz üppiger Gewinne führt das Unternehmen auch in Frankfurt seine in den USA erprobte Rund-um-die-Uhr-Produktion ein. Für die Beschäftigten bedeutet das Zwölf-Stunden-Schichten, mal tagsüber von 6 Uhr bis 18 Uhr – mal nachts von 18 Uhr bis 6 Uhr früh. Samstag und Sonntag zählen als normale Arbeitstage und der Jahresurlaub beträgt 20 Tage – gerade mal das gesetzliche Minimum. Laut IG Metall bekommen selbst qualifizierte Mitarbeiter nur 1.800 Euro brutto im Monat. Die Solarfirma entpuppt sich damit als übler Lohnschinder.

    Die Zahlen vom Februar 2008 belegen, daß First Solar Inc. im Jahr 2007 mit 200 MW produzierter Solarzellenleistung Platz fünf belegt (nach Q-Cells, Sharp, Suntech Power und Kyocera). Diese Platzierung von First Solar, als Hersteller von Solarzellen aus Cadmium-Tellurid, ist auch ein Beleg für die wachsende Bedeutung der Dünnschichttechnologie. Allerdings komme kein anderer Dünnschichtzellenhersteller auch nur annähernd an die Produktionszahlen des US-Unternehmens heran.

    Q-CELLS AG / DEUTSCHLAND (später auch EVERQ GmbH)

    Das Ende 1999 gegründete Thalheimer Unternehmen Q-Cells AG nimmt im ersten Halbjahr 2001 mit nur 19 Mitarbeitern die Produktion auf. Der Markteintritt erfolgt mit der ersten bedeutenden Investition, einer 12 MW Anlage zur Herstellung von multikristallinen siliziumwaferbasierten Solarzellen. Q-Cells kauft Siliziumwafer ein und bearbeitet sie in verschiedenen Produktionsschritten zu Solarzellen.

    Bereits im März 2002 erreicht das Unternehmen die Gewinnschwelle, und Mitte 2002 wird die Kapazität der ersten Fertigungslinie erheblich ausgebaut. 2003 wird eine zweite Produktionslinie in Betrieb genommen (usw.). Der Kapazitätsausbau führt zu einer Steigerung der Produktion von 9,3 MW (2002) über 27,7 MW (2003) auf 75,9 MW im Jahr 2004.

    Im Laufe des Jahres 2005 will das Unternehmen seine jährliche Produktionskapazität auf 320 MW ausbauen. Mit der neuen Solarzellenfabrik steigt Q-Cells zu einem der weltweiten Marktführer auf.

    Q-Cells startet Anfang Oktober 2005 an der Börse und erreicht durch die Ausgabe der 6,66 Millionen Anteilsscheine Einnahmen von rund 242 Mio. €, nahezu das Doppelte des gesamten Umsatzes von 2004. Die Nachfrage nach der Q-Cells-Aktie liegt um 40 % höher als das Angebot. Mit dem Erlös will Q-Cells seine Produktion ausbauen und Lieferungen von Silizium sichern.

    Das britisch-chinesische Internetportal www.enf.cn veröffentlicht Ende 2005 die aktuellen Verkaufszahlen der europäischen Photovoltaik-Hersteller. Demnach ist Q-Cells der mit Abstand größte Zellenproduzent in Europa. Mit einer verkauften Zellenleistung von 11 MW hat sich das Unternehmen im ersten Halbjahr 2005 einen Marktanteil von knapp 55 % gesichert. Danach folgen Schott Solar mit 13,2 %, ErSol mit 9,6 % und Scan Cell mit 8,2 % (über die letztgenannte Firma konnte ich keine Informationen finden). Zellen, die Hersteller in einer eigenen Modulproduktion weiterverarbeiten, sind in dieser Liste nicht erfaßt.

    Q-Cells AG wird 2005 mit dem Deutschen Gründerpreis in der Kategorie Aufsteiger ausgezeichnet. In den letzten zwei Jahren verdreifachte das Unternehmen seinen Umsatz, die Mitarbeiterzahl wuchs von 200 auf über 700.

    2006 ist Q-Cells mit einer Produktionskapazität von 280 MW weltweit die No. 2 im Bereich der Herstellung von mono- und polykristallinen Solarzellen – sehr beachtlich für ein so junges Unternehmen. Neben dem Ausbau des Kerngeschäftes erschließt die Q-Cells AG nun auch neue Geschäftsfelder im Bereich der Dünnschichttechnologien, und investiert 11 Mio. Franken in die Schweizer Startup-Firma VHF-Technologies SA aus Yverdon-les-Bains.

    Basierend auf vorangegangenen Forschungsarbeiten des Institut de Microtechnique (IMT) der Universität Neuchâtel hatte VHF-Technologies seit Februar 2000 eine neue Plasmatechnologie entwickelt, mit welcher dünnste Solarzellen aus amorphem Silizium mit einem kontinuierlichen Verfahren (roll-to-roll) direkt auf Plastikfolien abgeschieden werden können. Das Unternehmen ist zur Zeit die einzige europäische Firma, welche flexible Solarzellen erfolgreich zur Marktreife gebracht hat. Die seit einem Jahr unter dem Markenname ‚flexcell’ angebotenen flexiblen Solarzellenfolien haben den Vorteil, 100 mal weniger Silizium zu verbrauchen als Solarzellen aus mono- und polykristallinem Silizium. Sie sind daher vom Wafermarkt völlig unabhängig und können längerfristig sehr kostengünstig hergestellt werden. Durch die Investition wird nun eine neue, auf dem europäischen Markt einzigartige Produktionslinie von 2 MW Jahreskapazität  realisiert, was einer produzierten Fläche von 40.000 m2 entspricht.

    Q-Cells hat außerdem die Option erworben, im Rahmen der Finanzierung einer mehrfach größeren Produktionslinie seinen Anteil an VHF-Technologies SA auf 51% zu erhöhen.

    Ende 2006 will Q-Cells, nach eigenen Angaben inzwischen zweitgrößter Hersteller von Solarzellen, auch in die CIGS-Technologie einsteigen und gründet ein Joint Venture mit der schwedischen Solibro AB. Geplant ist der Bau einer Fabrik in Thalheim mit einer jährlichen Kapazität von 25 bis 30 MW. Für die erste Ausbaustufe will Q-Cells etwa 60 Mio. € ausgeben. Solibro – eine Ausgründung des renommierten Ångström Solar Center der Universität Uppsala – stellt auf seiner Pilotlinie bereits Module mit Wirkungsgraden von 11,5 % her, während unter Laborbedingungen bereits Wirkungsgrade von bis zu 16,6 % bei Minimodulen und 18,5 % bei Zellen erreicht werden.

    Ebenfalls 2006 feiert die EverQ GmbH – eine strategische Partnerschaft zwischen dem 1994 gegründeten US-Hersteller Evergreen Solar Inc. (s.o.) und der Q-Cells AG – das Richtfest einer neuen Solar-Wafer-, Solarzellen und Solarmodul-Fabrik in Thalheim. EverQ will mit seiner ‚String Ribbon-Technologie’ jährlich Solarzellen mit einer Kapazität von 30 MW herstellen.

    Das Silizium wird hierbei in flüssiger Form bei einer Temperatur von rund 1.400°C verarbeitet. Ähnlich einer Seifenblase bildet das flüssige Silizium zwischen zwei Fäden (Strings) einen hauchdünnen Film, der allmählich abkühlt und auskristallisiert. Auf diese Art und Weise ‚wächst’ der Wafer (Ribbon) aus der Siliziumschmelze. Anders als beim bisher üblichen Sägen von Siliziumblöcken entstehen bei dieser Technologie keine Siliziumabfälle.

    Im November beteiligt sich als dritter Partner an EverQ die norwegische Renewable Energy Corporation ASA (REC) mit Sitz in Høvik, der weltweit größte unabhängige Produzent von Solarsilizium und von multikristallinen Siliziumwafern. In diesem Zusammenhang wird ein Liefervertrag geschlossen, der vorsieht, daß REC anfänglich 250 t Solarsilizium pro Jahr an EverQ liefert. Diese Menge deckt laut Q-Cells die Produktionskapazität der ersten Fabrik von EverQ. Darüber hinaus habe sich REC verpflichtet, EverQ erhebliche weitere Mengen an Solarsilizium für den Zeitraum 2007 bis 2014 anzubieten, sobald der Ausbau der Produktionskapazitäten von REC dies erlaube.

    Im Oktober 2007 gibt die Q-Cells AG, zu diesem Zeitpunkt größter Solarzellenhersteller Europas, die Schaffung eines Lehrstuhls für Photovoltaik an der Universität in Halle bekannt. Im Wintersemester 2008/09 soll außerdem ein Master-Studiengang hinzukommen.

    Die Zahlen vom Februar 2008 belegen, daß Q-Cells 2007 mit seiner Jahresproduktion 370 MW tatsächlich der weltweit größte Hersteller von Solarzellen gewesen ist – allerdings mit nur geringem Vorsprung vor Sharp Corp. aus Japan bzw. Suntech Power Co. Ltd. aus China (s.o.). Die japanische Kyocera Corp. kommt mit 207 MW auf den vierten Platz, während der US-amerikanische Hersteller First Solar Inc. mit 200 MW Platz fünf belegt (s.u.).

    PERFECT SOURCE TECH (PST) / REPUBLIK CHINA

    Das Unernehmen wird 1999 in Taipei gegründet – in Kooperation mit dem deutschen Module-Hersteller solarnova (s.o.).

    SOLARWORLD AG / DEUTSCHLAND

    2000 gründet der Unternehmer Frank Asbeck die SolarWorld AG, Bonn, die sich in wenigen Jahren vom einfachen Handelsunternehmen zu einem regelrechten Solarkonzern entwickelt – mit integriertem solaren Wertschöpfungsprozeß vom Rohstoff über den Wafer, die Zelle, das Modul bis hin zur fertigen, hochwertigen Solarstromanlage.

    Bereits im Gründungsjahr übernimmt SolarWorld eine Mehrheit von 82 % an dem Solarwafer-Produzenten Bayer Solar GmbH, Freiberg/Sachsen. Dafür beteiligt sich die Bayer AG mit 9,3 % an der SolarWorld AG. Der Kaufpreis für Bayer Solar bewegt sich im dreistelligen Millionenbereich. Bayer Solar ist zu diesem Zeitpunkt Deutschlands einziger und Europas größter Produzent von Siliziumwafern mit einem Weltmarktanteil von mehr als 20 %.

    2004 sind konzernweit bereits über 500 Menschen an den Standorten Bonn, Freiberg und in Schweden beschäftigt. Man beabsichtigt auch Billigsolarmodule für Entwicklungsländer zu produzieren.

    Im Mai 2005 weiht die SolarWorld AG am Standort der Konzerntochter Deutsche Solar AG in Freiberg ihre bisher größte Produktionsstätte ein. Das Werk beherbergt die neuen, aus eigener Entwicklung stammenden TCVP-Öfen (Temperature Controlled Volume Process) zur Kristallisation von solarem Silizium. Die Kristallisationskapazitäten des Unternehmens sollen im laufenden Jahr 160 MW erreichen, das Investitionsvolumen für den Expansionsschritt beträgt 24 Mio. €.

    SolarWorld hat in den vergangen Jahren maßgeblich dazu beigetragen, daß Deutschland Japan überholen konnte und inzwischen als weltweit führend bei der Herstellung von Zellen, Modulen und Technik rund um den Solarstrom gilt.

    Der Aktienkurs von SolarWorld versechsfacht sich im Jahr 2004, und im Herbst 2005 steht sie hinter den Aktien der DayStar Technologies und der Motech Industries aus Taiwan an dritter Stelle – mit einem Plus von 162 % (s.o.).

    Anfang Februar 2006 übernimmt die SolarWorld AG die Siliziumsparte von Shell nebst Produktionsstätten mit einer Kapazität von insgesamt 80 MW. Dazu gehören die Shell-Fabriken für Solarsiliziumkristalle, -wafer und -zellen in Vancouver/Washington State und Camarillo/Kalifornien, die Solarzellenfertigung in Gelsenkirchen sowie die Vertriebsgesellschaften in München, Singapur und Süd-Afrika und die auf kristalline Siliziumtechnologie spezialisierte Forschungs- und Entwicklungsabteilung in München. Mit den zusätzlichen Kapazitäten steigt SolarWorld zum größten Produzenten von Solarstromtechnologien (auch) in den USA auf, sowie zur Nummer drei auf dem Weltmarkt.

    Im Laufe des Jahres 2005 verfünffachen die Aktien der SolarWorld AG ihren Wert.

    Mitte 2006 beginnt der Preiskampf bei Solarmodulen, als die SolarWorld für den 1. Januar 2007 eine Preissenkung von 10 – 20 % zusagt. Ein Kilowatt Leistung, das derzeit zwischen 5.000 und 5.500 € netto kostet, will Solarworld ab Januar für nur 4.600 € anbieten.

    Nachdem im Oktober 2005 die spanische Tochtergesellschaft SolarWorld Ibérica gegründet wurde gibt SolarWorld im August 2006 bekannt, daß es mit dem spanischen Instituto Tecnológico y de Energías Renovables (ITER) einen bis Mitte 2007 laufenden Exportauftrag im zweistelligen Millionenbereich über die Lieferung von Solarstrommodulen mit einer Gesamtkapazität von 8 MW abgeschlossen habe, den bisher größten Exportauftrag in der Unternehmensgeschichte. Der Solarmarkt auf der iberischen Halbinsel zählt bereits jetzt zu den wichtigsten Exportregionen des Unternehmens. Mit dem aktuellen Auftrag soll zur Realisierung eines Großkraftwerkes auf Teneriffa beigetragen werden.

    Aktuelles Ziel von SolarWorld ist es, die Exportquote von derzeit rund 40 % auf über 70 % zu steigern. Mit Produktionsstätten in Deutschland, Schweden und den USA, sowie weiteren Vertriebsbüros in Südafrika und Singapur, gewinnt die internationale Ausrichtung des Unternehmens an Bedeutung.

    SolarWorld kann 2007 seinen Konzernüberschuß um 151 % auf 130,6 Mio. € steigern. Der Aktienkurs legt um rund 50 % zu.

    DEUTSCHE SOLAR GmbH / DEUTSCHLAND (später DEUTSCHE SOLAR AG)

    Die Deutsche Solar GmbH beginnt ihren Werdegang im August 2000 mit der Übernahme der 82%-Mehrheit an dem Solarwafer-Produzenten Bayer Solar GmbH, Freiberg/Sachsen. Das Unternehmen ist eine Tochter der SolarWorld AG (s.o.). Bereits 2001 wird ein Umsatz von 54,3 Mio. € erreicht.

    2002 erfolgt die Umwandlung in eine AG, bis Ende des Jahres ist ein Ausbau der Solarwaferproduktion auf 120 MW avisiert.

    Im Juni 2003 erhält die SolarWorld AG von der EU-Kommission, vom Bund und vom Land Sachsen rund 73 Mio. € Fördermittel für den Aus- und Aufbau ihrer modernen integrierten Solarfabriken in Freiberg. Zur gleichen Zeit nimmt die Deutsche Solar dort als erstes weltweit eine Solarrecycling-Pilotanlage zur Aufbereitung kristalliner Zellen und Module in Betrieb. Damit verfügt der Konzern als erstes Unternehmen über die Technologie, aus gebrauchten und fehlerhaften kristallinen Zellen und Modulen neuwertige Solarwafer zurückzugewinnen. Diese Dienstleistung wird branchenübergreifend der gesamten Photovoltaikindustrie zur Verfügung gestellt.
     
    Im Mai 2005 folgt die Inbetriebnahme eines neuen Kristallisationsgebäudes mit einer Kapazität von 350 MW. Das Unternehmen ist damit einer der größten Produzenten von mono- und multikristallinen Silicium-Wafern in Europa: im Geschäftsjahr 2005 erzielt es einen Umsatz von 130 Mio. €. Die Fertigungskapazität Ende 2005 liegt bei 180 MW und wird 2006 durch eine weitere Expansion auf 350 MW ausgebaut.

    SULFURCELL SOLARTECHNIK GmbH / DEUTSCHLAND

    Im Juli 2001 gründet die Solarzelle-Forscherin Martha Christina Lux-Steiner zusammen mit Nikolaus Meyer die Sulfurcell Solartechnik GmbH. 2003 sind die benötigten 16 Mio. € beisammen, 7 davon kommen aus einem öffentlichen Förderprogramm des Berliner Senats. Die restlichen Mittel stammen von Venture-Capital-Fonds, aber auch Firmen aus dem Industriebereich wie Vattenfall und M+W Zander.

    Im Dezember 2003 wird mit der Installation der ersten Produktionsmaschinen begonnen. Am Ende einer dreijährigen Entwicklungsphase soll ein zertifiziertes Solarmodul aus dem Halbleiter Kupfer-Indium-Sulfid (CIS) stehen, eine Pilotproduktion am Standort Berlin-Adlershof sowie der Aufbau weiterer Produktionen.

    Sulfurcell-Solarpanel

    Sulfurcell-Solarpanel

    2005 wird der ersten Prototypen eines CIS-Solarmoduls vorgestellt, und ab Anfang 2006 produziert Sulfurcell mehrere Hundert Module im Monat. Bis Ende des Jahres will das Unternehmen auf einige Tausend Module pro Monat kommen. Zu diesem Zeitpunkt erreichen die CIS-Solarmodule im Labor einen Wirkungsgrad von gut 10 %, während mit den industriell gefertigten Modulen erst ein Wirkungsgrad von 7 bis 8 % erreicht wird. Das Unternehmen erwartet jedoch, in den nächsten zwei Jahren den Wirkungsgrad der Module um 3 % steigern zu können.

    Das Ziel ist es, bis 2007 eine Jahresproduktion mit einer Energieleistung von 5 MW zu erreichen, hierfür soll neben der bisherigen Pilotproduktion eine zweite Produktionslinie aufgebaut werden, für die allerdings ein Investitionsvolumen von weit über 50 Mio. € erforderlich ist.

    Ende 2006 stellt Sulfurcell die wohl ästhetischsten Solarzellen weltweit her – beinahe schwarze Flächen mit hellen Leitungsbahnen aus der Halbleiterverbindung Kupfer-Indium-Sulfid (CIS). Statt in jede Solarzelle einen Silizium-Wafer einzubauen, wird statt dessen schwefelbasiert eine nur wenige tausendstel Millimeter dünne Halbleiterschicht auf auf Glasscheiben aufgebracht, was laut Sulfurcell 99 % des Materials einspart, die Hälfte der Energie und ein Drittel der Produktionsschritte. Derzeit läuft in der Fabrik in Adlershof die Pilotproduktion der Module, von denen in diesem Jahr 3.000 Stück hergestellt werden. Bis 2009 soll dann die Fertigung in großen Stückzahlen beginnen.

    HELIO VOLT Corp. / USA

    Die HelioVolt in Austin, Texas, wird 2001 gegründet, um eine Dünnfilm-Beschichtungstechnologie zu entwickeln und zu vermarkten, bei welcher der CIGS-PV-Film auf unterschiedlichen, auch konventionelle Materialien, aufgebracht werden kann. Erfunden wird diese flexible, kostengünstige und auch weltweit patentierte FASST -Technologie von dem Firmengründer Dr. Billy J. Stanbery. Sie soll 10 bis 100 Mal schneller produzieren als vergleichbare Methoden, außerdem sind die Filme hier 100 Mal dünner als bei konventionelle Solarzellen.

    Das Unternehmen beginnt 2005 seine Geschäftstätigkeit und im Oktober 2007 gelingt es, Investitionsmittel im Umfang von über 100 Mio. $ zu akquirieren. Die daraufhin in Angriff genommene Produktionsanlage im Expo Business Park in Austin wird ab 2008 eine Kapazität von 20 MW haben.

    RWE SCHOTT SOLAR GmbH / DEUTSCHLAND (später SCHOTT SOLAR GmbH)

    2002 erfolgt die Gründung der RWE Schott Solar GmbH mit Firmensitz im bayerischen Alzenau bei Frankfurt/Main. Das Unternehmen ist Deutschlands größter Solarzellenhersteller und weltweit die Nr. 5. Die Produktionskapazität der RWE Schott Solar Gruppe für Solarzellen beträgt Ende 2003 ca. 55 MW und soll in den nächsten Jahren auf über 100 MW erweitert werden. Die mit der Gründung übernommenen Standorte sind:

  • Putzbrunn nahe München, wo die Herstellung von amorphem Silizium und amorphen Silizium-Standardmodulen erfolgt (dort: 1980 Entwicklung von amorphem Silizium bei MBB, 1988 Gründung der PST, seit 1991 Serienfertigung und Vertrieb amorpher Siliziummodule, SmartSolarFab).
  • Heilbronn nahe Stuttgart (dort: 1964 beginnt hier die Solarzellenentwicklung, zunächst für die Raumfahrt, kurz danach auch für terrestrische Anwendungen. Seit 1987/1988 Fertigung von OEM-Zellen und Strings für Autoschiebedächer. 2002 Integration dieser Aktivitäten in die RWE Schott Solar GmbH und Gründung der eigenständigen RWE Space Solar Power GmbH für Hochleistungs- und Raumfahrtsolarzellen).
  • Billerica nahe Boston (dort: 1973 Start der Silicium-Oktagon-EFG-Entwicklung bei Mobil Tyco. Ab 1980 Mobil Solar Energy Corporation. Bei Übernahme und Gründung der ASE Americas durch ASE GmbH 1994 verfügt dieses Unternehmen bereits über eine langjährige Erfahrung in der Wafer-, Zellen- und Modulproduktion. 2002 Umbenennung in RWE Schott Solar Inc. und Fertigung von Silicium-Oktagon-Wafern, Zellen und Modulen).
  • Rocklin, Sacramento (dort: 1980 Gründung der Solar Engineering Services in Lacey. 1994 Umbenennung in Applied Power Corporation. 1998/1999 Übernahme von Solar Electric Specialties, Ascension Technology Inc. und Alternative Energy Engineering. 2001 Übernahme durch Schott und Umfirmierung in Schott Applied Power Corporation. 2002 Einbindung dieses führenden PV-Systemintegrators in die RWE Schott Solar Inc. – für die Geschäftsfelder Planung, Vertrieb und Installation von PV-Systemen).
  • Ende 2004 baut die RWE Schott Solar ihre Fertigungskapazitäten aus, im tschechischen Valašské Mezirící entstehen neue Modullinien, deren jährlicher Output 40 MW betragen wird. Am Firmensitz in Alzenau errichtet das Unternehmen außerdem zwei zusätzliche Produktionslinien für Solarzellen mit je 20 MW Kapazität. Die SmartSolarFab wird auf 100 MW ausgebaut. Das Unternehmen erzielt im Geschäftsjahr 2004 einen Umsatz von 280 Mio. € und beschäftigt weltweit 800 Mitarbeiter.

    Mit Wirkung zum 1. Oktober 2005 erwirbt die Mainzer Schott AG den 50 % Anteil der RWE Solutions AG an der RWE Schott Solar GmbH in Alzenau und übernimmt diese komplett. 2002 hatte sich der Technologiekonzern an der RWE-Tochtergesellschaft zur Hälfte beteiligt. Schott ist nun Alleingesellschafter des Unternehmens, das unter Schott Solar GmbH firmiert, und gilt als einer der weltweit größten Hersteller von PV-Solarstromkomponenten, der alle Wertschöpfungsstufen bis zu den fertigen Solarstrommodulen abdeckt. Das Unternehmen fertigt Solarwafer, -zellen und -module in Deutschland, der Tschechischen Republik und in den USA. RWE Solutions begründete den Ausstieg aus der Solarproduktion damit, daß sich RWE generell nicht als Hersteller sondern als Betreiber von Energieerzeugungsanlagen versteht.  In diesem Jahr wird die Produktionskapazität auf 130 MW erweitert.

    2006 plant Schott den Bau einer Produktionsanlage für Dünnschichtmodule aus amorphem Silizium in Jena. Die Produktionskapazität der 60 Mio. € teuren Fabrik soll bei über 30 MW pro Jahr liegen. Die Inbetriebnahme ist für Herbst 2007 vorgesehen. Der Konzern hat seine Photovoltaikaktivitäten in der Tochtergesellschaft Schott Solar GmbH gebündelt.

    Aufgrund des Engpasses beim Silizium muß Schott Solar Ende 2006 seine einzige Fabrik in den USA am Standort Billerica im Bundesstaat Massachusetts schließen.

    Im Januar 2008 gibt Schott bekannt, daß man mit einer Investition von 68 Mio. € den Bau einer Produktionsstätte für Solartechnologien in Albuquerque, New Mexico, plant. Ab 2009 will man dort Solarzellen und -module sowie Receiver für solarthermische Kraftwerke fertigen. Die neue Solarfabrik wird die bestehende 15 MW Photovoltaikproduktion in Billerica ergänzen, die 2007 wieder angefahren wurde. Schott hat 2007 weltweit Solarzellen und -module mit einer Leistung von 130 MW hergestellt, für 2010 plant das Unternehmen die Produktion von 550 MW.

    Als Hersteller von solarthermischen Receivern beteiligt sich Schott auch am Geschäft mit Parabolrinnenkraftwerken (s.d.). Außerdem wird mit der Ersol Thin Film GmbH (s.o.) die gemeinsame Entwicklung mikromorpher Dünnschichtzellen angegangen.

    ALEO SOLAR GmbH / DEUTSCHLAND (später ALEO SOLAR DEUTSCHLAND GmbH und ALEO SOLAR AG)

    Ende 2001 erfolgt die Gründung der Oldenburger aleo solar AG (früher S.M.D. Solar-Manufaktur Deutschland GmbH & Co. KG), und 2002 beginnt die serienmäßige Modulherstellung im brandenburgischen Prenzlau und erreicht 2003 bereits 13 MW, womit aleo zum größten deutschen konzernunabhängigen Solarmodulhersteller avanciert. Das Unternehmen schreibt bereits 2003 schwarze Zahlen.

    Anfang 2004 wird die Produktion der S.M.D. auf 30 MW ausgebaut, und 2005 ist Produktionsbeginn in einem zweiten Werk mit einer Produktionskapazität von 90 MW. Im gleichen Jahr erfolgt die Gründung der Solar-Manufaktur Producción S.L. und der Vertriebstochter aleo solar distribución España S.L., und Ende 2004 baut Aleo neben den bereits existierenden Produktionshallen in Prenzlau ein neues Werk mit 30 MW Kapazität.

    2006 beteiligt sich aleo an dem Dünnschicht-Solarunternehmen Johanna Solar Technology GmbH (s.u.), außerdem erfolgt die Umfirmierung der S.M.D. in aleo solar AG und der aleo solar GmbH in aleo solar Deutschland GmbH. Diese beteiligt sich auch an dem  Bau einer Produktionsanlage für Dünnschicht-Solarmodule aus Kupfer, Indium, Gallium, Sulfid und Selen (CIGSSe) in Brandenburg an der Havel, Lizenzgeber ist die PTIP Ltd., ein Spin-Off der Universität Johannesburg in Südafrika.

    Anfang 2008 gerät das Unternehmen ins Visier der IG Metall, die zum Schutze der Mitarbeiter Betriebsräte erzwingen wollen.

    ODERSUN AG / DEUTSCHLAND

    Die Odersun AG wird 2002 zur Planung und zum Aufbau einer kommerziellen Serienfertigung von Kupfer-Indium-DiSulfid-Dünnschichtzellen (CISCuT) auf Kupferband gegründet. Der Produktionsprozeß wurde bereits ab 1993 am Institut für Solartechnologien Frankfurt (Oder) entwickelt, während zwischen 1998 und 2002 eine erste Pilotlinie des schnellen ‚Rolle-zu-Rolle’-Produktionsprozesses aufgebaut wurde. 2002 wird durch das Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme (ISE) ein Wirkungsgrad von fast 10 % gemessen, wobei dieser Wert ab 2004 auch bei den komplett im ‚Rolle-zu-Rolle’-Prozeß entstandenen Zellen erreicht wird.

    Nach Vertragsabschlüssen mit Doughty Hanson Technology Ventures (London, UK) und AT&M (Peking, China) und einer Förderung von 3,5 Mio. € startet die Produktion von Odersun-Dünnschicht-Solarzellen am 19. April 2007 mit der Eröffnung der ersten Solarfabrik ‚SunOne’ mit einer Kapazität von 5 MW. Ab ‚SunTwo’ in Fürstenwalde (Spree), die 2008 die Produktion aufnehmen wird, haben die Odersun-Fertigungshallen jeweils eine Kapazität von 30 MW.

    ‚SunThree’ ist bereits in Planung, wobei das weitere Wachstum durch die zusätzlichen internationalen Investoren Virgin Green Fund (US/UK), PCG Clean Energy & Technology (US) sowie AGF Private Equity (Allianz Group – Frankreich) unterstützt wird.

    Advent Solarzelle

    Advent Solarzelle

    ADVENT SOLAR Inc. / USA

    Advent Solar Inc. wird 2002 in Albuquerque, New Mexico, gegründet und nimmt ein Jahr später seine Arbeit auf. Das Unternehmen stellt Solarzellen mit rückwärtigen Anschlüssen her.

    Im Juni 2007 akquiriert Advent Solar 70 Mio. $ zur Errichtung von weiteren Produktionsanlagen – und installiert gleichzeitig in San Louis Obispo seine erste PV-Anlage. Außerdem heimst das Unternehmen in diesem Jahr diverse Preise ein.

    NANOSOLAR Inc. / USA

    Das 2002 gegründete Unternehmen aus San Jose, Kalifornien, schockiert den Weltmarkt Ende 2007 mit Preisen, die es bis dahin noch nie gegeben hat. Für 1 W werden nur noch 99 US-Cent gefordert (!) – was einer Kampfansage gegenüber diversen anderen Technologien entspricht, die unmöglich damit konkurrieren können (s.u.: Kupfer-Indium-Gallium-Selen-Zellen).

    Tatsächlich beginnt das Unternehmen Ende 2007 mit dem Verkauf seiner CIGS-Dünnfilm-Panele, wobei die erste Marge an eine kommunale 1 MW Großanlage in Deutschland geht, die von der Entwicklungsfirma Beck Energy GmbH in Kolitzheim errichtet wird.

    JOINT SOLAR SILICON GmbH & Co. KG / DEUTSCHLAND

    2003 gründet die Degussa AG in Düsseldorf, weltweit führendes Unternehmen für Spezialchemie, gemeinsam mit der SolarWorld AG in Bonn das Freiberger Gemeinschaftsunternehmen Joint Solar Silicon GmbH & Co KG (JSSi), an dem der Chemiekonzern einen Anteil von 51 % hält. Ziel von JSSi ist die Entwicklung eines völlig neuartigen Herstellungsverfahrens für Solarsilizium, seine Umsetzung und Vermarktung. An der Verwirklichung des neuen Verfahrens sind auch die Universität Duisburg und weitere deutsche Hochschulen beteiligt. Der Energieverbrauch dieses Prozesses liegt deutlich niedriger als bei dem bisher verwendeten Verfahren in sogenannten Siemens-Reaktoren. Ab April 2005 läuft in Rheinfelden der Prototyp für den Reaktor zur Solarsilizium-Herstellung.

    SolarWorld AG und Degussa vereinbaren zunächst eine Produktionszeit von zehn Jahren, wobei SolarWorld über diese Rohstoffquelle bis zu 20 % des eigenen Siliziumbedarfs decken kann. Degussa beschließt außerdem Ende 2006, die Kapazitäten für Trichlorsilan auszubauen und zusätzlich eine Monosilanproduktion neu zu errichten. Ab 2008 sollen dann 850 t Solarsilizium pro Jahr produziert werden können.

    CSG SOLAR AG / DEUTSCHLAND

    Die 2004 gegründete CSG Solar AG aus Thalheim tritt die Nachfolge der australischen Firma Pacific Solar an. Damit übernimmt sie die Lizenzen der von Martin Green mitentwickelten Dünnschicht-Technologie. In Sachsen-Anhalt soll die Modulherstellung auf Basis kristallinen Siliziums erfolgen. Investoren sind der deutsche Solarzellen-Hersteller Q-Cells AG, das norwegische Photovoltaik-Unternehmen Renewable Energy Corporation und die IBG Beteiligungsgesellschaft Sachsen-Anhalt mbH.

    Anfang 2005 investiert ein Konsortium um die Finanzierungsunternehmen Apax Partners und Good Energies einen Betrag von 24 Mio. € in das Unternehmen. Finanziert wird die erste Fertigung von kristallinen Silizium-Dünnschichtmodulen auf Glas mittels eines neuartigen Produktionsverfahrens, das an der australischen Universität in Sydney entwickelt wurde. Die Module benötigen nur ein Hundertstel der Siliziumdicke üblicher Solarwafer. Die Solarfabrik in Thalheim, Sachsen-Anhalt, in der Nähe der Q-Cells-Hallen, ist für eine jährliche Modulkapazität von 25 MW ausgelegt und soll 2006 mit der Produktion beginnen.

    Die CSG Solar AG, an der Q-Cells mit 22,32 % beteiligt ist, fährt im zweiten Quartal 2006 die Produktion von Dünnschicht-Modulen nach dem ‚Crystalline Silicon on Glass’-Verfahren hoch, bei dem eine dünne Siliziumschicht auf einen Glasträger aufgedampft wird.

    NEXGEN ENERGY SULUTIONS LLC / USA 

    Die NexGen Energy in North Andover, Massachusetts, wird 2005 von Daniel P. Leary gegründet. Besitzer und Betreiber des Unternehmens sind Veteranen der US-Army. Die Firma beschäftigt sich neben der Errichtung von PV-Anlagen auch mit thermischer Solartechnik und Windenergie. Daten und Zahlen über die NexGen Energy sind allerdings noch nicht zu finden.

    PRISM SOLAR TECHNOLOGIES / USA

    Prism Solar Panel

    Prism Solar Panel

    Die 2005 gegründete Prism Solar Technologies (PST) aus Niskayuna, New York, eröffnet im Juni 2007 in Tucson, Arizona, ein neues Forschungs- und Entwicklungszentrum für Solarzellen, die mit optischen Prismen versehen sind. Unter anderem sollen hier Herstellungslinien für die entsprechenden Solarmodule entwickelt werden.

    Innerhalb eines Jahres will man mit der Herstellung der patentierten planaren, holografischen Konzentrator-Dünnfilme beginnen. Investoren haben das Unternehmen hierfür mit gut 2 Mio. $ ausgestattet.

    Innerhalb von drei Jahren soll bereits eine Produktionskapazität von rund 160 MW erreicht werden.

    OERLIKON Corp. AG / SCHWEIZ

    Mit der Gründung des neuen Geschäftsbereichs Solar im Januar 2006 betritt das über 100 Jahre alte Unternehmen den Solarmarkt. Dieser Schritt stellt den Abschluß eines F&E-Projekts und die erfolgreiche Umwandlung der früheren Display-Unit in den neuen Geschäftsbereich der Dünnschicht-Solarmodule dar. Oerlikon bezeichnet sich als weltweit einziger Anbieter von Produktionsanlagen für Dünnschicht-Solarmodule. Im Mai beschließt die Generalversammlung die Umbenennung von Unaxis in OC Oerlikon Corporation AG, Pfäffikon.

    Im November 2007 wird Oerlikon Solar ein neues Segment innerhalb des Oerlikon Konzerns. Um die Produktionskapazitäten zu steigern, Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten zu erhöhen und schneller in neue Geschäftsfelder einsteigen zu können, werden innerhalb von Oerlikon Solar alle solar-spezifischen Kernkompetenzen und neue Technologien unter einem Dach zusammengefasst. Das Angebot umfaßt komplette, vollautomatisierte Solar-Produktionslösungen mit nahtloser Integration von Schlüsseltechnologien wie Dünnfilmbeschichtungen, Laser-Bearbeitungen, Spezialmaschinenbau und globalem Kundensupport.

    Oerlikon Solar plant die Verdopplung der Kapazität seiner Produktionsstätte in Trübbach (Schweiz) sowie den Aufbau einer 1 MW Pilotlinie, an der die Ingenieure von Kunden unter realen Bedingungen ausgebildet werden können. Gleichzeitig werden zusätzliche Fabrikationsstandorte im Raum Asien-Pazifik und den USA evaluiert.

    Im Januar 2008 gibt Oerlikon bekannt, daß man durch eine neue Anlage in Singapur die Produktionskapazität ab Anfang 2009 (nochmals) verdoppeln wird.

    APPLIED MATERIALS / USA

    Der ursprünglich 1967 gegründete US-Chipausrüster aus Santa Clara, Kalifornien, kauft sich im Mai 2006 ins Solargeschäft ein, in dem sich das Unternehmen mit Applied Films einen führenden Hersteller von Dünnschicht-Produktionsanlagen für die Herstellung von Flachbildschirmen und Solarzellen schnappt. Applied Materials hat zu diesem Zeitpunkt rund 14.000 Mitarbeiter weltweit – und erwirtschaftet einen Umsatz von 9,17 Milliarden $.

    Das Unternehmen plant für 2010 mehrere Solarzellen-Fabriken mit jeweils zehn Produktionslinien, von denen jede pro Jahr Solarzellen mit einer Leistung von 100 MW ausstoßen soll. Mit der Ausrüstung von Solarfabriken will Applied im Jahr 2010 einen Umsatz von 500 Mio. $ erwirtschaften. Die benötigten großen Mengen des derzeit knappen Rohstoffs Silizium (rund 7.000 Tonnen pro Fabrik) sollen dann von asiatischen Silizium-Produzenten kommen, die ihre Kapazitäten schon jetzt stark ausbauen. Bis spätestens Ende 2008 soll die Rohstoffknappheit daher beseitigt sein.

    Im August 2007 übernimmt Applied Materials für 483 Mio. $ das Schweizer Unternehmen HCT Shaping Systems.

    Im Januar 2008 wird Applied Materials für seine Pionierarbeit an der ‚Applied SunFab Thin Film Line’ als ‚US Green Energy Innovator’ des Jahres ausgewählt. Das Unternehmen hat weltweit die einzige Produktionslinie für großflächige Glaspanele (2,20 x 2,60 m).

    Im Februar 2008 kauft Applied Materials für 334 Mio. $ die italienische Solarfirma Baccini ein, ein Unternehmen mit 40-jähriger Erfahrung bei der Herstellung von Testanlagen für die PV-Zellen-Produktion.

    HONDA MOTOR Co. Ltd. / JAPAN

    Ende September 2006 beginnt Honda in Kumamoto mit einer Investition von rund 70 Mio. € mit dem Bau einer Solarfabrik zur Produktion von Dünnschicht-Solarzellen aus einer Kupfer-Indium-Gallium-Selen-Verbindung (CIGS). Entwickelt hat das Solarzellen-Konzept die Technologie-Tochter Honda Engineering. Bereits im März 2007 will Honda regional mit dem Verkauf kleinerer, von Honda Engineering produzierter CIGS-Mengen starten, und ab dem Herbst 2007 wird dann das frisch gegründete Tochterunternehmen Honda Soltec die neue Anlage mit einer Produktionskapazität von 27,5 MW im Jahr in Betrieb nehmen.

    Honda ist bereits zwar seit Jahrzehnten auf den Solarsektor aktiv – primär jedoch als Sponsor, z.B. bei Solarmobilrennen (s. Honda Dream).

    SOLLAND SOLAR ENERGY HOLDING BV / Holland

    Solland Pin-up-Zelle

    Solland Pin-up-Zelle

    Im November 2005 eröffnet die Solland Solar Energy Holding BV auf der Grenze zwischen Deutschland und den Niederlanden eine der modernsten Solarzellenfabriken Europas. Das Unternehmen startet dann 2006 mit einer anfänglichen Jahresproduktion von 20 MW, die Gesamtkapazität ist allerdings schon jetzt für eine Produktion von 60 MW ausgelegt. Solland hat vom niederländischen Energieforschungszentrum ECN eine Lizenz zur Herstellung hocheffizienter Rückseitenkontaktzellen erworben. Im Vergleich zu herkömmlichen Solarzellen ist der Platzbedarf der elektronischen Kontakte auf der Vorderseite solcher Zellen weitaus geringer und die Zelle damit effizienter.

    Das Unternehmen will diese Solarzellen mit dem einzigartigen Spinnennetz-Design künftig zusätzlich zu den herkömmlichen multikristallinen Solarzellen herstellen. Die Oberfläche der so genannten ‚Pin-up-Zelle’ ist in kleinere Einheiten aufgeteilt als das bei konventionellen Solarzellen der Fall ist, um den Stromfluß zur Rückseite zu steigern. Die dünnen Kontakte verlaufen sternförmig zu einem von 16 Löchern in der Zelle. Der Stromabnehmer – normalerweise ein relativ breites Band auf der Vorderseite – befindet sich bei der Pin-Up-Zelle hinten. Das erhöht die photovoltaisch aktive Fläche und somit den Wirkungsgrad. Das neue Design eignet sich speziell für größere und dünnere Solarzellen und senkt die Kosten für die Zell- und Modulproduktion.

    SIGNET SOLAR Inc. / USA und SIGNET SOLAR GmbH / DEUTSCHLAND

    Signet Solar Inc. wird im September 2006 in Menlo Park, Kalifornien, gegründet. Das Unternehmen entwickelt und produziert großflächige Dünnschicht-Solarzellen im Niedrigpreisbereich. Schon im Dezember des gleichen Jahres wird die Signet Solar GmbH gegründet, die im Mai 2007 im sächsischen Mochau bei Döbeln, unweit von Dresden, ihre Tätigkeit aufnimmt. Im Juni 2007 folgt die Gründung der Signet Solar India.

    Im ersten Quartal soll außerdem ein Forschungszentrum in Deutschland gegründet werden, während die volle Produktion der Dünnschichtmodule auf Siliziumbasis in Mochau bereits Mitte 2008 anlaufen soll – mit einer Jahreskapazität von 20 – 25 MW. Die Planungen für einen weiteren Ausbau bis auf eine Fertigungskapazität von 120 MW in Stufe zwei und drei laufen bereits. Und die weltweite Expansion ist Ziel des Jahres 2009.

    Signet Solar-Vorstand Rajeeva Lahri: „Wir bauen diese Produktionsstätte in Sachsen zum zentralen Mutterwerk des Konzerns aus, um hier die Technologien zu entwickeln und zu fertigen, welche uns neue Märkte, vor allem in Entwicklungsländern, erschließen werden.“

    JOHANNA SOLAR TECHNOLOGY / DEUTSCHLAND

    Johanna Solar Fabrikationsstätte

    Johanna Solar Fabrikationsstätte

    Das Unternehmen wird 2006 in Brandenburg an der Havel gegründet, und Anfang 2008 erfolgt die offizielle Einweihung der Produktionsstätte für CIGSSe-Dünnschichtzellen und der Markteintritt mit einer Nominalkapazität von 30 MW (s.u. Kupfer-Indium-Gallium-Schwefel-Selen).

    Mitbeteiligt an der Johanna Solar ist auch die Firma IFE Solar.

    INVENTUX TECHNOLOGIES AG / DEUTSCHLAND

    Die Inventux Technologies AG ist ein im Frühjahr 2007 gegründetes Berliner Unternehmen, das Dünnschicht-Solarmodule auf Basis von Silizium entwickeln, produzieren und vermarkten will. Die mikromorphe Tandem-Technologie des Unternehmens besitzt ein hohes Wirkungs­gradpotential von über 10 % und vereinfacht den Herstellungsprozeß von Photo­voltaikmodulen signifikant. Im September gibt Inventux bekannt, daß man beim Schweizer Oerlikon-Konzern (s.o.) eine Produktionsanlage für mikromorphe Solarmodule bestellt habe.

    Ab Herbst 2008 sollen jährlich 275.000 Solarmodule mit einer Gesamtleistung von 33 MW produziert werden.

    ARISE TECHNOLOGES Corp. / KANADA

    Arise-Werk im Bau

    Arise-Werk (im Bau)

    Die in Kitchener, Ontario, beheimatete ARISE PV Technology Division entwickelt eine hocheffiziente Solarzelle, die auf einer patentierten Technologie beruht. Auf den Markt will man im Laufe des Jahres 2007 kommen.

    Tatsächlich wird im September 2007 in Bischofswerda bei Dresden der Grundstein für die erste Fabrik gelegt, die im kommenden Jahr mit der Produktion von Siliziumzellen starten soll. Ein Viertel der Investitionssumme von 50 Mio. € bringt der Konzern auf, den Rest finanzieren die Sächsische Aufbaubank, die Commerzbank sowie das Land Sachsen. Bis 2012 soll die Fertigungskapazität des Werks von 80 auf 360 MW ausgebaut werden.

    „Wir haben Deutschland gewählt, weil es der größte Solarmarkt der Welt ist. Wir glauben, daß die Ansiedlung in Deutschland der Firma Arise dabei helfen kann, ihren Produktionsplan zu beschleunigen und das Umsetzungsrisiko zu reduzieren.“

    Weitere Solarzellenhersteller

    Sicherlich sind inzwischen – und werden auch in Zukunft – noch weitere Hersteller auf den Markt kommen. Die mir namentlich bekannten weiteren frühen Solarzellen- und Modulehersteller folgen nun in alphabetischer Reihenfolge, zum Teil nebst einigen Daten und Anmerkungen. Manche von ihnen sind schon in der ‚Geschichte der Solartechnik’ genannt worden (z.B. Bell), während andere, und insbesondere die allgemein bekannten Global Players, hier außen vorgelassen werden:

  • ASTROPOWER (USA)
  • BELL (USA)
  • BOEING (USA)
  • CANON (J)
  • CENTRAL ELECTRONIC (CEL) (Indien) wird bereits 1974 gegründet – als Teil des Ministeriums für Wissenschaft und Technologie. Das Unternehmen stellt monokristalline Zellen und Komplettmodule her, die in viele Entwicklungsländer exportiert werden. Syrien erhält als erstes Land dieser Gruppe außerdem eigene Produktionslinie für Module am (militärischen) Scientific Studies and Research Centre (SSRC)
  • CHEVRON (USA)
  • DOW CHEMICALS (USA)
  • DUNASOLAR PHOTOVOLTAICS  (Ungarn) beginnt 1997 mit der Produktion von Dünnschichtzellen und ereicht 2002 eine Kapazität von 3 MW. Wegen ‚mangelnder Unterstützung durch die osteuropäischen Länder’ schließt das Unternehmen im Juni 2003 und verkauft seine 5 MW-Produktionslinie an die Thailändische Start-up-Firma Bangkok Solar, eine neue Tochter der Bangkok Cable Co. Ltd.
  • DUPONT (F)
  • ENTROPY (USA) wird 1974 gegründet und fusioniert 1984 mit der Solenergy Corporation – die wiederum Anfang 1992 aufgelöst wird.
  • EUROSOLARE (I) ist Teil der italienischen ENI-Gruppe und produziert seit 1981 mono- und polykristalline Siliziumzellen. 2000 produziert das italienische Werk Zellen mit einer Leistung von 2,4 MW, und bis 2002 plant man einen Ausbau auf 10 MW. Außerdem werden die Solarmodule der australischen Pacific Solar vertrieben.
  • FUJI XEROX (J) wird 1962 als Gemeinschaftsunternehmen von Rank Xerox und Fuji Photo Film gegründet. Um 2000 entwickelt das Unternehmen eine transparente, filterlose polykristalline Gallium-Nitrit-Solarzelle, welche ausschließlich die harte UV-Strahlung in Strom verwandelt. Das Zellenmaterial läßt sich bereits bei 380°C produzieren und ist auch für Laserstrahlung empfänglich.
  • GENERAL ELECTRIC (USA)
  • GOLDEN PHOTON (USA) hieß ursprünglich Photon Energy. 1994 wird eine 2 MW Fabrik für Dünnschichtzellen aus Cadmium-Tellurid (CdTe) errichtet, die einen langfristigen Wirkungsgrad von 10 % aufweisen. Am Standort El Paso, Texas, werden außerdem Module hergestellt. Später wird das Unternehmen von ACX Technologies übernommen, aus der im Jahr 2000 dann CoorsTek wird.
  • GÄLLIVARE PHOTOVOLTAIC GPV (S), ist eine 100%-ige Tochtergesellschaft der deutschen SolarWorld AG. Im September 2006 erhält das Unternehmen den Auftrag, in das Dach des Ullevi-Stadions in Göteborg eine 80 kW starke Solarstromanlage zu integrieren. Mit der Fertigstellung wird im ersten Quartal 2007 gerechnet.
  • HELIOS TECHNOLOGY (I) beginnt bereits 1981 mit der Herstellung von Zellen, Modulen und PV-Systemen. Bis 1985 beliefert das Unternehmen ausschließlich BP Solar, anschließend werden Hunderte anderer Projekte in diversen Ländern durchgeführt. Die letzte Referenz auf der Seite des Unternehmens stammt von 1998  und betrifft eine 2 kW Anlage zum Betrieb von Kühlschränken der UN-Welternährungsorganisation (FAO) in Syrien. Helios-Module werden aber auch 2006 noch auf dem Markt angeboten.
  • HITACHI (J)
  • HONEYWELL (USA)
  • HOXAN (J) entwickelt Ende der 80er Jahre das ,Spin casting’, bei dem ein geschmolzener Siliziumtropfen ins Zentrum einer schnell rotierenden Platte fällt, auf der er sich ausbreitet und sofort als dünner Film auskristallisiert. Das Unternehmen stellt monokristalline Zellen mit einem Wirkungsgrad von 15 % her. 1993 wird der Australische Solarmobilwettbewerb noch ‚Diado-Hoxan World Solar Challenge’ genannt. Die Aktien von 1991 werden inzwischen als ‚historische Wertpapiere’ gehandelt.
  • IBM (USA) beschäftigte sich bereits 1978 mit der Photovoltaik, jedoch nur peripher. Im Juli 2007 wird jedoch bekannt, daß sich das Unternehmen zunehmend mit dem Einkauf relevanter Patente beschäftigt. Man erwartet daher, daß IBM im Laufe des Jahres 2008 in größerem Umfang in die Solarzellenproduktion einsteigen wird – sowohl bei fortgeschrittenen kristallinen Technologien als auch bei CIGS-Dünnschichtzellen.
  • ISOFOTÓN (ES) wird 1981 gegründet, und ab 1985 werden auch solarthermische Kollektoren angeboten. 1997 wird das Unternehmen von der Grupo Bergé übernommen, besteht aber weiter unter seinem bekannten Namen. Für 2006 plant man die Vermarktung von 130 MW Solarzellen sowie 200.000 m² Solarkollektoren.
  • KANEKA SOLARTECH (J) ist ein 1998 neu gegründetes Unternehmen des bereits seit 1949 bestehenden Kaneka-Konzerns, das 2000 mit der PV-Produktion beginnt.
  • KONČAR CELLS (Kroatien) produziert seit 1987 in Split, Tochter der bereits 1921 in Zagreb gegründeten Koncar Elektroindustrija, Teil der späteren Koncar Group.
  • KYOCERA (J) beginnt 1975 unter dem Namen Japan Solar Energy Corp. (JSEC). 1982 startet die Massenproduktion von polykristallinen Siliziumzellen, und 1990 steht das Unternehmen mit 27 % Marktanteil an zweiter Stelle nach Sanyo. 1998 fertigt man die weltweit größte Solarzelle in Großserie (15 x 15 cm), und 1999 erreichen die polykristallinen Solarzellen des zwischenzeitlichen Weltmarktführers unter Laborbedingungen einen Wirkungsgrad von 17,1 %. Kyocera besitzt Produktionsstätten in Europa, Asien und Amerika. 2007 belegt das Unternehmen mit einer Produktionsate von 207 MW Platz vier (nach Q-Cells, Sharp nd Suntech Power).
  • MATSUSHITA (J)
  • MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES (J)
  • NAPS (Finnland) wird von dem finnischen Öl- und Gasunternehmen Neste gegründet und beschäftigt sich ab 1981 neben der Photovoltaik auch mit Wind, Solarthermie und Biotreibstoffen. Als Neste später mit dem Energieunternehmen IVO Group zur Fortum fusioniert, werden die verschiedenen Bereiche gesplittet und 2000 die PV-Firma Naps Systems Oy gegründet. Besonders mit PV-Anlagen für meteorologische Stationen und Telekommunikationssysteme hat das Unternehmen Erfolg in mehr als 50 Ländern.
  • PHILIPS SOLAR ENERGY (NL)
  • PHOTOWATT INTERNATIONAL (F) wurde 1979 gegründet und vereint inzwischen die gesamte Wertschöpfungskette bis zu den fertigen Modulen im eigenen Haus. 2006 beträgt die Produktionskapazität 25 MW – während man gleichzeitig an neuartigen, flexiblen Zellen auf Grundlage von ‚Mikrobällchen’ aus Silizium arbeitet (Spheral Solar Technology).
  • PILKINGTON INTERNATIONAL (D) Das Ursprungunternehmen Pilkington wurde schon 1826 gegründet und ist inzwischen einer der weltweit größten Hersteller von Flachglas und Glasprodukten. Durch  Übernahme der Glasol Flachglas Solartechnik GmbH wird Pilkington auch zum Hersteller von Spiegelkollektoren, Optisol-Fassadenelementen und Heliostaten. Seit Juni 2006 ist die Pilkington Holding GmbH Teil der Nippon Sheet Glass Co. Ltd. (NSG).
  • PYTHAGORAS SOLAR (Israel) wird von verschiedenen Finanziers im Dezember 2006 in Hakfar Hayarok, Israel, gegründet und besitzt einen weiteren Standort in San Mateo, Kalifornien. Mit dem Markteintritt wird 2009 gerechnet. Informationen über die verfolgte Technologie sind noch nicht verfügbar.
  • R & S ENGINEERING (N) – keine näheren Informationen gefunden.
  • SCAN CELL (N) beginnt Ende 2002 in Narvik mit der Herstellung multikristalliner Wafer. In der ersten Ausbaustufe wird eine Produktionsleistung bis zu 8 MW Solarzellen erreicht, 2005 sind es bereits 20 MW.
  • SILICON SENSORS (USA) beginnt bereits 1960 mit der Produktion von Selen-Zellen und spezialisiert sich später insbesondere auf Fotodioden.
  • SOLEC INTERNATIONAL (USA) wird 1975 durch Ishaq Shahryar gegründet, der später eine wichtige Rolle in Afghanistan spielt und von 2002 bis 2003 sogar afghanischer Botschafter in den USA war.
  • STANDARD OIL OF INDIANA (USA)
  • TAIYO YUDEN (J) steht 1990 mit 9 % Marktanteil an dritter Position nach Sanyo und Kyocera, scheint sich später aber aus dem Solargeschäft zurückgezogen zu haben.
  • TATA BP SOLAR INDIA (Indien) ist ein im Ende 1989 vereinbartes Joint Venture der Tata Power and BP Solar. Die kommerzielle Produktion startet Anfang 1991 in Bangalore – und 2006 wird von der Einzelzelle bis zur kompletten solaren Pumpstation eine sehr breite Palette an Solarprodukten angeboten.
  • TOTAL (F)
  • UNITED SOLAR OVONICS (USA) in Auburn Hills, Michigan, stellt flexible und umweltfreundliche Solarpanele her, die insbesondere für Dächer geeignet sind. Das Unternehmen führt seine Geschichte auf die Arbeiten von Stanford R. Ovshinsky in den 1950er Jahren zurück.
  • UNITED SOLAR SYSTEMS (USA) ist ein 1990 abgeschlossenes Joint Venture zwischen der Energy Conversion Devices und Canon. Die multi-layer Dünnfilmzellen aus amorphem Silizium, die das Unternehmen herstellt, erreichen hohe Wirkungsgrade und werden u.a. in Solarschindeln integriert. Nach 1999 lassen sich keine Informationen mehr über die Firma finden.
  • UNION CARBIDE (USA)
  • WESTINGHOUSE (USA)
  • XEROX (USA) s. FUJI
  • Im Laufe des Jahres 2007 investieren drei chinesische Solarzellenhersteller rund 1,1 Milliarden $, um sich stärker auf dem internationalen Markt zu positionieren: Die auf multikristalline Wafer spezialisierte LDK Solar Hi-Tech Co., die erst im April 2006 ihre Produktion aufgenommen hat, steckt über 400 Mio. $ in die Erweiterung ihrer Kapazitäten, der derzeit noch 100 MW betragen, während sich die Tianwei Yingli New Energy Resources, die ebenfalls eine Produktionskapazität von 100 MW ausweist, mit einer Investition von 500 Mio. $ auf den Weg macht, bis Ende 2010 eine Kapazität von jährlich 600 MW zu erreichen. Weitere 200 Mio. $ investiert die CEEG PV-Tech Co., die im August 2004 aus einer Kooperation zwischen der China Electric Equipment Group und einem Team Australischer Solarwissenschaftler entstand und bereits eine Produktionskapazität von 192 MW besitzt.

    Über den aktuellen Stand kann man sich gut durch zwei Hersteller-Portale informieren. Für Deutschland empfehle ich solarbusiness.de – und für den internationalen Markt das britisch-chinesische Internetportal enf.cn, das Mitte 2006 weltweit bereits 1.626 Unternehmen auflistet.

    An dieser Stelle möchte ich auch Herrn Dipl.-Geogr. Ulrich Dewald von der RWTH Aachen für seine wertvollen Hinweise und Ergänzungen danken. Herr Dewald stellt den Lesern des Buches der Synergie freundlicherweise auch seine inzwischen zusammengestellte erste Version einer ‚Zeittafel Photovoltaikindustrie in Deutschland‚ zur Verfügung, die ich von hier aus verlinkt auf einer gesonderten Seite veröffentliche, da es sich um ein großes Plakat handelt.