Solaranlagen effizienter durch Wärmetechnik

MIT-Wissenschaftler kombinieren Photovoltaik mit Thermal-System.

Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben einen neuen Ansatz entwickelt, Solarenergie effizienter zu erzeugen. Dabei erhitzt das Sonnenlicht erst ein Hochtemperatur-Material, woraufhin dessen Infrarot-Abstrahlung dann von einer herkömmlichen Photovoltaikzelle aufgenommen wird. Diese Technik könnte es außerdem einfacher machen, die Energie zu speichern, so die Experten. Zudem werden Wellenlängen des Lichts genutzt, die normalerweise ungenutzt bleiben.

Vorteil größeres Lichtspektrum

Eine konventionelle siliziumbasierte Solarzelle „nutzt nicht alle Photonen aus“, erklärt Evelyn Wang, Co-Autorin des Berichts, dessen Methodik im Journal Nature Nanotechnology publiziert wurde. Das liegt daran, dass das Energieniveau eines Photons, dessen Energie in Elektrizität umgewandelt werden soll, der sogenannten Bandlücke des photovoltaischen Materials entsprechen muss. Die Bandlücke von Silizium spricht auf viele Wellenlängen des Lichts an, aber viele gehen auch verloren.

Um diese Limitierung zu umgehen, installierten die Forscher zwischen das Sonnenlicht und die Solarzelle eine zweilagige Vorrichtung. Auf der einen Seite absorbiert sie Sonnenstrahlen und erhitzt sich. Die Schicht auf der anderen Seite emittiert die Hitze mit einer speziellen Wellenlänge, die auf die Bandlücke der nahen Photovoltaikzelle abgestimmt ist, so dass Strom entsteht. Das Konzept könnte ein Limit von Halbleiter-basierten Solarzellen umgehen, wonach diese theoretisch eine maximale Energieumwandlungs-Effizienz von 33,7 Prozent haben.

Energieeffizienz bis zu 80 Prozent

Laut Wang könnte mit dem neuen solaren thermo-photovoltaischen System die Effizienz signifikant höher sein – im Idealfall über 80 Prozent. So eine Anlage kombiniert nach Angaben der MIT-Forscher die Vorteile von Photovoltaikanlagen, die Sonnenlicht in Elektrizität umwandeln, und solaren Thermal-Systemen, die gut zur Energiespeicherung geeignet sind, denn Hitze kann einfacher gespeichert werden als Elektrizität.

Thermo-photovoltaische Systeme, fassen die Forscher zusammen, sind somit effizienter als normale Solaranlagen, da sie ein breiteres Spektrum des Sonnenlichts nutzen, sie sind besser skalierbar und gleichzeitig kompakter, weil sie auf existierender Chipherstellungstechnologie basieren. Zudem ermöglichen sie einfachere Energiespeicherung, da sie Wärme nutzen.

pte