Ein Konzentrator ist ein Photovoltaikmodul mit optischen Elementen wie Fresnel-Linsen, das Sonnenlicht auf eine Solarzelle mit reduzierter Oberfläche bündelt. Die meisten Konzentrator-Arrays müssen direkt zur Sonne ausgerichtet sein. Sie können den Lichtstrom des Sonnenlichts um ein Vielfaches steigern.
Die Nutzung eines Konzentrators zur Lichtlenkung auf die PV-Zellen ist eine Möglichkeit, die Leistung von Solaranlagen zu steigern. Optische Lichtkollektoren wie Linsen oder Spiegel können hierfür eingesetzt werden. Kondensierende Photovoltaik ist die Bezeichnung für PV-Systeme, die fokussiertes Licht nutzen. Die CPV sammelt Licht aus einem größeren Bereich und konzentriert es auf eine Solarzelle mit kleinerer Oberfläche.
Welche Art von Solarzellen werden in der CPV-Technologie verwendet?
In CPV-Technologien können Mehrfachsolarzellen mit geringerem Wirkungsgrad eingesetzt werden . Silizium-, CdTe- und CIGS-Zellen (Kupfer-Indium-Gallium-Selenid) weisen die höchste Effizienz auf. Diese Mehrfachsolarzellen erreichen Feldwirkungsgrade im Bereich von 30 Prozent und haben in Laborexperimenten Wirkungsgrade von bis zu 40 Prozent erzielt.
Das CPV kann nur direkte Strahlung (aus Wolken und Atmosphäre) nutzen, nicht diffuse Strahlung. Daher eignen sich Orte mit hoher direkter Normalstrahlung am besten für diese Systeme.
Die Sonnennachführung ist für eine optimale Zellleistung bei maximaler Lichtkonzentration unerlässlich. Sie ist besonders wichtig für Systeme mit hohen Lichtkonzentrationen. Die CPV-Zellen lassen sich häufig in drei Konzentrationskategorien einteilen: niedrig, mittel und hoch.
Mehrfachsolarzellen haben die Fähigkeit, eine erhebliche Menge Sonnenlicht einzufangen, was komplexere Kühl- und Nachführsysteme erfordert, was die Energiekosten erhöhen könnte.
Was kostet die CPV-Technologie?
Es wird erwartet, dass sich die CPV-Technologie auf dem Markt weiterentwickeln und etablieren wird. Da zur Umwandlung des konzentrierten Lichts deutlich kleinere Solarzellen verwendet werden, wodurch wesentlich günstigere Halbleitermaterialien zum Einsatz kommen, ist die CPV-Technologie kostengünstiger. Zudem besteht die Optik des Systems aus Glas und ist in der Regel günstiger als die Zellen selbst.
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Um lokale Überhitzung (Hotspots) zu vermeiden, die das PV-Material schädigen kann, erzeugen CPV-Systeme drastisch erhöhte Temperaturen an der Oberfläche des PV-Materials. Da bei hohen Temperaturen zudem der thermodynamische Wirkungsgrad der photovoltaischen Umwandlung sinkt, wäre eine Kühlung von Vorteil.
Zu den Kühlmethoden gehören passive und aktive. Für CPV-Zellen mit niedrigen und mittleren Konzentrationsverhältnissen ist aufgrund der erreichten moderaten Temperaturen keine aktive Kühlung erforderlich. Für hochkonzentrierte Zellen sind Hochleistungskühlkörper erforderlich, um eine thermische Degradation der Materialien zu verhindern.
