Grundlage des Moduls ist, dass das Wassermolekül mithilfe der hohen Photospannung von Mehrfachzellen gespalten wird. Diese Zellen sind wiederum elektronisch und thermisch mit Elektrolysezellen verbunden.
Solarstrom fließt direkt in Wasserstoffproduktion
Kernstück des Photovoltaik-/Elektrolyse-Moduls ist konzentrierende Photovoltaik (concentrating photovoltaics, CPV): Eine Anordnung von Fresnel-Linsen bündele direktes Sonnenlicht auf III-V-Solarzellen mit einer Leerlaufspannung von über 4 Volt, erklärte Dr. Juan Francisco Martínez Sánchez, Projektleiter der Neuentwicklung am Fraunhofer ISE.
III-V-Solarzellen gelten als die weltweit effizientesten Solarzellen. Derzeit kommen sie vorwiegend im Weltall zum Einsatz, könnten aber in CPV-Modulen auch auf der Erde für die Stromproduktion genutzt werden. Eine Fresnel-Linse ist eine spezielle Bauform einer optischen Linse, die durch ihre Struktur weniger Volumen und Masse als Herkömmliche Linsen aufweist.
Die Solarzellen seien im Photovoltaik-/Elektrolyse-Modul direkt mit der Kathode und Anode von zwei in Reihe geschalteten PEM-Elektrolysezellen (Protonenaustauschmembran) verbunden. Das ergänzte Dr. Tom Smolinka, Abteilungsleiter Membranelektrolyse am Fraunhofer ISE. So werde der Strom aus den Solarzellen ohne Umwege direkt zur Wasserstoffproduktion genutzt.
Tests in Freiburg zeigen Potenzial der Technologie
In Feldtests wandelte ein Demonstrator des Photovoltaik-/Elektrolyse-Moduls bis zu 31,3 Prozent der Sonnenenergie in chemische Energie um, bezogen auf den Brennwert von Wasserstoff. Die Linsenfläche betrug dabei 64 Quadratzentimeter. Die Außentests fanden an 13 Sommertagen in Freiburg auf einem zweiachsigen Solartracker statt.
Ausgründung Clearsun Energy sucht Investoren
Die Entwicklung stehe noch am Anfang, sagte Dr. Frank Dimroth, Abteilungsleiter III-V-Photovoltaik und Konzentratortechnologie am Fraunhofer ISE. Für die Weiterentwicklung des Konzepts werde nun nach Investoren für die geplante Ausgründung Clearsun Energy gesucht.
Clearsun Energy trat 2022 in das AHEAD-Programm an. AHEAD ist ein Fraunhofer-Technologietransferprogramm, das Deeptech-Gründer von der Geschäftsidee über die Entwicklung eines Geschäftsmodells bis zum Markteintritt begleitet und finanziell unterstützt. 2025 investierte die Werner Siemens-Stiftung 14 Millionen Euro in die weitere Zell- und Modulentwicklung am Fraunhofer ISE.
Ab 2028 will Clearsun Energy eine Produktionskapazität von mehr als 300 MW pro Jahr bei CPV-Zellen erreichen. Bis 2030 ist die Skalierung auf über 1 GW jährlich für Micro-CPV-Module geplant.
