01.08.2019

Kommen bald Solarzellen mit einem vierfachen Wirkungsgrad?

Selbst bei neuesten Solarzellen geht drei Viertel der Sonnenenergie bislang ungenutzt verloren. Doch dies könnte sich bald ändern: Ein neuer Ansatz steigert deren Effizienz womöglich auf 80 Prozent – dank der zusätzlichen Aufnahme von Wärme.

Im sonnenreichen Juni war Solarenergie bereits die wichtigste Stromquelle Deutschlands. Dabei besitzen die installierten Solaranlagen hierzulande Wirkungsgrade von weniger als 25 Prozent. Über drei Viertel der Sonnenenergie geht ungenutzt verloren. Während die üblichen Solarpanels aus Siliziumzellen Wirkungsgrade von bis zu 20 Prozent erreichen, kommt selbst die neueste Technologie – hergestellt aus einem Salztyp Namens Perowskit – gerade mal auf einen durchschnittlichen Wirkungsgrad von 25 Prozent.

Das Problem, diese Solarzellen können die Wärme aus den Sonnenstrahlen nicht aufnehmen. Schlimmer noch: Große Hitze verringert Effizienz und Wirkungsgrad von Solarzellen, denn wenn Solarzellen heiß werden, nimmt ihre Spannung ab. Dabei besitzt gerade Wärme sehr viel Energie, die bislang ungenutzt verloren geht. Bislang, denn Forscher der US-amerikanischen Rice University in Houston haben eine Methode entwickelt, bei der Solarzellen auch die Energie aus Wärme aufnehmen können.

Künftig soll Licht UND Wärme in Energie umgewandelt werden

Und zwar mithilfe einer speziellen Anordnung von Kohlenstoff-Nanoröhrchen in den Solarzellen, die kleine Hohlräume umgeben. Die Kohlenstoff-Nanoröhrchen sind dabei auf einer dünnen Folie angeordnet, die Wärme absorbieren können und als Leitungen fungieren. Das Problem sei bislang gewesen, dass Wärmestrahlung breitbandig ist, die Umwandlung von Licht in Elektrizität jedoch nur dann effizient ist, wenn sie möglichst im schmalbandigen Bereich liegt, erklärt Gururaj Naik Wissenschaftler der Rice University. „Die Herausforderung bestand darin, breitbandige Photonen in einen schmalbandigen Bereich zu quetschen“, so Naik laut Business Insider.

So könnten Solarzellen mit der technologischen Entwicklung der Rice University, künftig sowohl Licht als auch Wärme aus den Sonnenstrahlen absorbieren und in Energie umwandeln. Naik und sein Team gehen dabei von einem Wirkungsgrad bis zu 80 Prozent aus. Ein weiterer Vorteil sei darüber hinaus die enorme Hitzebeständigkeit der Kohlenstoff-Nanoröhrchen. Temperaturen von bis zu 1.700 Grad könnte die spezielle Legierung standhalten.

Der Solarboom beflügelt bereits jetzt die weltweite Energiewende

Sollte die neue Technologie zur Serienreife gelangen, könnte sie die den weltweiten Photovoltaik-Ausbau noch einmal revolutionieren. Denn der Solarboom beflügelt bereits jetzt die globale Energiewende. 94 Gigawatt an PV-Anlagen wurden 2018 gebaut, so viel wie in keinem anderen Bereich der Stromversorgung. Davon jedoch allein 44 GW in China. In Deutschland hingegen sorgt ein PV-Ausbaudeckel für weitaus geringere Ausbauzahlen.

Dabei ist noch viel Potenzial an Flächen, vor allem in Deutschland, vorhanden. Allein in Berlin gibt es laut Berliner Energieatlas geeignete Dachflächen für Photovoltaik so groß wie 3.600 Fußballfelder. Und in ganz Deutschland sind es vor allem die Dächer vieler Gewerbehallen, die bislang ungenutzt brachliegen. Würden diese auch noch mit Solarzellen, mit 80 Prozent Wirkungsgrad aus den USA ausgestattet, die Solarenergie könnte dauerhaft den Hauptanteil zur Stromversorgung in Deutschland beitragen.

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