Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesystem ISE hat mit dem amerikanische Unternehmen Source Energy eine neue Produktreihe für Weltraum-Satelliten basierend auf Silizium-Solarzellen entwickelt. Die Photovoltaik-Module und -Flügel nutzten eine besondere Verschaltung für die Solarzellen, teilte das Institut mit. In Kombination mit kostengünstigen Silizium-Solarzellen ließen sich die Module zu deutlich geringeren Kosten fertigen, als es mit der momentan im Weltraumsektor vorherrschenden III-V-Standardtechnologie möglich sei.

Solarzellen basierend auf III-V Materialien seien derzeit der Standard für die Stromproduktion im Weltraum. Ihre hohen Kosten und ihre begrenzte Verfügbarkeit stellten jedoch erhebliche Einschränkungen für kommerzielle Missionen dar. Das betreffe insbesondere Satelliten in der erdnahen Umlaufbahn. »Gemeinsam mit Source Energy haben wir daher Silizium-basierte Solarmodule für Weltraumanwendungen entwickelt, ähnlich denen, die auf der Erde bereits erfolgreich und kosteneffizient eingesetzt werden«, erläutert Dr. Achim Kraft, Abteilungsleiter PV-Modultechnologien am Fraunhofer ISE.

Die so entstandenen Solarmodule seien kompakt und leicht. Sie wögen 64 Gramm bei einer Fläche von 629 Quadratzentimetern (321 mal 209 Millimeter). Die durchschnittliche Leistung der Prototypen betrage ferner 15,6 Watt – einzelne Module erreichten 16,1 Watt– bei einem durchschnittlichen Wirkungsgrad von 18,8 Prozent (AM0 bei 25 °C). Mit einer spezifischen Leistung von 252 Watt pro Kilogramm sei das Modul damit wettbewerbsfähig mit anderen Siliziummodulen seiner Klasse.

zur Verschaltung der Silizium-Solarzellen komme die Schindel-Matrix-Technologie zum Einsatz. Die einzelnen Solarzellen würden dabei in Streifen geschnitten und leicht überlappend sowie versetzt zueinander wie in einem Mauerwerk angeordnet. Ein elektrisch leitfähiger Klebstoff verbinde die Solarzellen.

PV-Module unter 5 USD pro Watt

Der Maschinenbauer M10 Solar Equipment GmbH habe ferner einen industriellen Stringer für die Schindel-Matrix-Technologie entwickelt. Nach erfolgreicher Prototypenphase im Fraunhofer ISE habe Source Energy die Anlage im Juni 2026 in der eigenen Fertigung in Colorado installiert. »Als Herzstück der Produktion ermöglicht sie uns PV-Module für unter 5 Dollar pro Watt herzustellen«, sagt Bryan Mazor, CTO bei Source Energy. »Der automatisierte Fertigungsprozess macht uns nicht nur kostengünstiger, sondern auch deutlich schneller als dies derzeit bei III-V-PV-Produkten für den Weltraum der Fall ist.«

»Drei Eigenschaften machen die Schindel-Matrix Verschaltung perfekt für den Weltraum«, erklärt Najwa Abdel Latif, Projektleiterin am Fraunhofer ISE. »Die Resilienz gegenüber punktuellen Schäden durch Einschläge kleiner Objekte im Weltraum, die Flexibilität im Layout und die Toleranz gegenüber extremen Temperaturunterschieden.«

Bei Beschädigungen – beispielsweise durch einen kleinen Meteoriten oder Weltraummüll –, ermögliche die Matrixanordnung der Solarzellen, dass der Strom einfach um den beschädigten Bereich herumfließe. Gleichzeitig ließen sich die Reihen und Spalten der Solarzellen im Layout je nach Spannungs- und Strombedarf des Satelliten flexibel anpassen.

»Die Schindel-Matrix -Technologie ist mit Wafer-basierten Solarzellen mit Vorder- und Rückseitenkontakt, wie beispielsweise PERC oder Silizium-Heterojunction kompatibel, ohne dass die Produktionslinie angepasst werden muss«, sagt Abdel Latif. »Dank des Niedertemperatur-Verbindungsverfahrens wird es auch mit der Zukunftstechnologie Silizium-Perowskit-Tandem keine Probleme geben.«

Erst einmal auf Mission sei für die Solarpanele eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen große Temperaturunterschiede entscheidend. Das Forschungsteam am Fraunhofer ISE wählte daher für die Modulentwicklung Werkstoffe aus, die ihre Leistung unter diesen Bedingungen erfolgreich aufrechterhalten können. Source Energy unterzog die neu entwickelten Module umfassenden Weltraumqualifikationstests. Dabei bestätigte es, dass es die 25-Prozent-Qualifikationsschwelle für Weltraumanwendungen einhalte. Nach sieben Jahren Betrieb im Weltraum leißen sich daher für die Module noch 76 Prozent ihrer ursprünglichen Leistungsabgabe erwarten.

Quelle: Fraunhofer ISE | www.solarserver.de © Solarthemen Media GmbH