Fraunhofer Forscher koppeln Solarzellen direkt mit Elektrolyseuren: Fraunhofer ISE erzielt neuen Wirkungsgrad-Rekord bei solarer Wasserstofferzeugung

Freiburg – Die direkte Kopplung von Solarzellen und Elektrolyseuren gilt als vielversprechender Weg, um Sonnenenergie ohne Umwandlungsverluste in Wasserstoff zu speichern. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE hat nun ein Photovoltaik-/Elektrolyse-Modul entwickelt, das nach eigenen Angaben einen neuen Wirkungsgrad-Rekord bei der solaren Wasserstoffproduktion erreicht.

Ein im Freien vermessener Demonstrator des Forschungsteams wandelte bis zu 31,3 Prozent der Sonnenenergie in chemische Energie um, bezogen auf den Brennwert von Wasserstoff. Die Linsenfläche des Moduls beträgt 64 Quadratzentimeter. Für die Entwicklung ist eine Ausgründung mit dem Namen Clearsun Energy geplant, für die das Institut nach Investoren sucht.

Für das Modul nutzt das Fraunhofer ISE konzentrierende Photovoltaik: Ein Fresnel-Linsenarray bündelt direktes Sonnenlicht auf hocheffiziente III-V-Vierfachsolarzellen, die im Anwendungsfall eine Leerlaufspannung von über 4 Volt erreichen. III-V-Solarzellen gelten als die effizientesten Solarzellen und werden bislang vor allem in der Raumfahrt eingesetzt, lassen sich in konzentrierenden Modulen aber auch terrestrisch nutzen. Die Solarzellen wurden für die Wasserstoffproduktion direkt mit Kathode und Anode zweier in Reihe geschalteter PEM-Elektrolysezellen verbunden. Durch das Abstimmen der elektrischen Kennlinien von Solarzellen und Elektrolysezellen wird der erzeugte Solarstrom ohne Umwandlungsverluste direkt zur Wasserstofferzeugung genutzt.

„Unser neuer Rekord zeigt, dass Wasserstoff sehr effizient direkt aus Sonnenlicht erzeugt werden kann", sagt Dr. Frank Dimroth, Abteilungsleiter III-V-Photovoltaik und Konzentratortechnologie am Fraunhofer ISE. „Noch steht die Entwicklung am Anfang und es ist schwer zu sagen, wie schnell wir wettbewerbsfähige Systeme erreichen können. Um das Konzept weiterentwickeln zu können, suchen wir nach Investoren für unsere geplante Ausgründung Clearsun Energy."

Das Fraunhofer ISE mit Sitz in Freiburg ist Teil der Fraunhofer-Gesellschaft, die in Deutschland 74 Institute und Forschungseinrichtungen betreibt und anwendungsorientierte Forschung in Schlüsseltechnologien mit Transfer in die Industrie verfolgt.