Die Idee von transparenten Solarfenstern klingt fast zu schön, um wahr zu sein, und ist es, aber nicht ganz. Forscher hämmern seit Jahren an der Herausforderung, Sonnenlicht zu nutzen, um Strom aus durchsichtigen Fenstern zu erzeugen. Der Preis besteht aus Hektar um Hektar neuer Standorte für Sonnenkollektoren an Gebäuden, ohne die energiesparenden Vorteile der Tageslichtversorgung zu verlieren. Schauen Sie sich einfach ein beliebiges Glasgebäude an und Sie können das Aufblühen der Möglichkeiten förmlich spüren. Es gibt viele Hindernisse, aber es sieht so aus, als ob endlich ein echter Durchbruch bevorsteht.
Transparente Solarfenster, für Real
Durchsichtige Solarzellen hüpfen um die CleanTechnica Radar seit mindestens 2010, als neben der Dünnschicht-Solartechnologie die Möglichkeit aufkam, ein transparentes Solarfenster zu schaffen.
Dünnschicht-Solartechnologie ist genau das, wonach es sich anhört. Anstelle eines steifen, sperrigen Solarpanels, das niemand durchschauen kann, werden bei der Dünnschichtplattform flexible Solarzellen in Form einer Lösung hergestellt, die buchstäblich auf verschiedene Oberflächen gestrichen werden kann und das Sonnenlicht durchsickern lässt.
Ein frühes Hindernis zwischen volltransparenten Solarzellen und dem kommerziellen Markt ist das Hochskalieren von Laborproben auf eine marktfähige Größe.
Dieses Problem hat begonnen, aus dem Bild zu verschwinden, aber die Forscher fummeln immer noch an Graphen und anderen High-Tech-Optimierungen herum, um das eigentliche Kernstück der Sache anzugehen, nämlich wie man ein wirklich transparentes Solarfenster formuliert, das effektiv genug funktioniert, um dies zu rechtfertigen die Kosten.
MSU taucht in ein transparentes Solarzellengebiet ein
Die neueste Begeisterung für transparente Solarzellen wurde im vergangenen August entfacht, als die Michigan State University eine Renovierung ihres Gebäudes für Biomedizin und Physik mit vollständig transparenten Solarfenstern ankündigte.
Um es klar zu sagen, das MSU-Projekt ist eher ein Eintauchen als ein Eintauchen. Dennoch erscheint es ehrgeiziger als andere Transparenzprojekte, in diesem Jahr aufzutauchen. Die neue MSU-Solaranlage besteht aus einer 100-Quadratfuß-Installation von transparente Platten über dem Haupteingang des Gebäudes. Wenn alles nach Plan läuft, was vermutlich der Fall ist, ist die Idee, genügend Sonnenlicht zu ernten, um das Atrium zu beleuchten.
Durchsichtige Fenster, die Strom erzeugen
Das Unternehmen hinter dem Projekt ist Allgegenwärtige Energie, die von MSU-Professor Richard Lunt mitbegründet wurde, der den Johansen-Crosby-Stiftungsprofessor für Chemieingenieurwesen und Materialwissenschaften am College of Engineering der Schule innehat.
Hast du das alles? Gut! Lunts Beitrag auf dem Gebiet der transparenten Solarzellen ist ein Fenster, das genau wie herkömmliches Glas aussieht, aber sichtbares Licht von unsichtbarem Licht an beiden Enden des Spektrums, also ultraviolettem und infrarotem Licht, trennt. Das sichtbare Licht geht durch und der Rest wird zur Stromerzeugung verwendet.
Das ist eine interessante Wendung, denn normalerweise würde man denken, dass sichtbares Sonnenlicht die ganze Schwere in einer Solarzelle übernimmt. Vielleicht tut es das, aber Forscher wie Lunt haben auch entdeckt, dass auch unsichtbares Licht einen erheblichen Anteil an Elektrizität erzeugen kann.
Im Jahr 2017 stellte MSU Lunts Arbeit vor und erklärte, dass er und sein Team „Pionierarbeit bei der Entwicklung von“ geleistet haben ein transparenter lumineszierender Solarkonzentrator das, wenn es auf einem Fenster platziert wird, Sonnenenergie erzeugt, ohne die Sicht zu stören. Das dünne, kunststoffähnliche Material kann an Gebäuden, Autoscheiben, Handys oder anderen Geräten mit klarer Oberfläche verwendet werden.“
„Das Solar-Harvesting-System verwendet organische Moleküle, die von Lunt und seinem Team entwickelt wurden, um unsichtbare Wellenlängen des Sonnenlichts zu absorbieren. Die Forscher können diese Materialien so „abstimmen“, dass sie nur die ultravioletten und nahen Infrarotwellenlängen aufnehmen, die diese Energie dann in Elektrizität umwandeln“, fügt MSU hinzu.
Natürlich rangieren transparente Solarzellen in der Solar-Umwandlungseffizienztabelle nicht so hoch wie ihre herkömmlichen Gegenstücke, da sie nicht das gesamte Sonnenlicht, das auf sie trifft, voll ausnutzen. Dennoch bietet die Technologie von Ubiquitous Energy einen respektablen Umwandlungswirkungsgrad von 10 % zu relativ geringen Kosten, da reichlich vorhandene und kostengünstige Materialien verwendet werden.
Der Standort der MSU-Installation deutet auch darauf hin, dass Solarinstallateure helfen können, die Kosten zu senken, indem sie Arrays transparenter Solarzellen an oder in der Nähe ihres Endverbrauchs platzieren, was dazu beitragen würde, die Kosten für Verkabelung und andere elektrische Systeme zu senken.
Aufwärts und aufwärts für Windows, die funktionieren
Was die nächsten Schritte angeht, das ist eine interessante Frage. Unsere Freunde bei EnergieSage vor kurzem einen Blick auf den Markt geworfen, und bisher sieht es so aus, als sei Ubiquitous Energy der erste, der eine wirklich transparente Form der Photovoltaik-Technologie entwickelt hat, die wie ein normales Fenster aussieht.
EnergySage nimmt einen anderen Ansatz zur Kenntnis, der darin besteht, nur die Kanten einer Fensterscheibe als Solarzellen zu behandeln und den größten Teil der Oberfläche als Standardglas zu belassen. Dieser Ansatz wurde übernommen von die Solarzellenfirma Physee, vertrieben unter dem Namen POWER+.
„POWER+ ist unsere stromerzeugende Glasbeschichtung. Es richtet Sonnenlicht auf integrierte Solarzellen in PowerWindows. Ohne die Transparenz des Glases zu beeinträchtigen, produzieren Fenster die gleiche Energie wie 1/5 eines Solarpanels auf dem Dach eines Gebäudes“, erklärt Physee.
Das Hightech-Fenster der Zukunft
Physee wendet sein Solar-Know-how auch in Gewächshäusern an, allerdings nicht zur Stromerzeugung. Die PAR+-Beschichtung des Unternehmens soll die Erträge im Gewächshaus steigern, indem sie ultraviolettes Licht, das Pflanzen nicht nutzen können, in sichtbares Licht umwandelt, was sie können.
Unterdessen gehen Forscher die Herausforderung transparenter Solarzellen weiter an.
Einige interessante Entwicklungen in diesem Jahr umfassen ein neues Silizium-Nanodraht-Design zielte darauf ab, die Effizienz der Solarumwandlung zu verbessern und Fullerene (denken Sie an Kohlenstoff und Buckminster Fuller) an Transparenz verbessern.
Transparente Solarfenster und die gebaute Umgebung
Ubiquitous Energy hat MSU sicherlich auf die Solarzellen-Landkarte gebracht. Ein weiteres aufstrebendes Interessengebiet im Solarbereich sind schwimmende Sonnenkollektoren, und MSU ist auch all das.
Letztes Jahr erstellte ein Team von MSU-Forschern eine Studie, die zeigt, dass der Druck zum Bau neuer Wasserkraftdämme abgeschwächt werden könnte, indem die Oberfläche bestehender Dämme für die Installation schwimmender Solarpaneele verwendet wird.
Der gemeinsame Nenner von Lunts Forschung ist die Nutzung der gebauten Umwelt zur Erzeugung sauberer Energie, anstatt natürliche Lebensräume für Neubauten zu zerstören.
Der Schwerpunkt der Nutzung vorerschlossener Flächen für Solarstrom erstreckt sich auch auf Ackerland. Experten der MSU sehen viel Potenzial im neu entstandenen Bereich der Agrivoltaik, in dem bodenmontierte Sonnenkollektoren auf Ackerland werden mehrere Meter höher angehoben als üblich.
Die erhöhten Sonnenkollektoren bieten Platz für Weidevieh oder die Erhaltung von Lebensräumen für Bestäuber. Erhöhte Sonnenkollektoren können auch Vorteile für die regenerative Landwirtschaft bringen, indem sie die Verdunstung reduzieren und Wasser sparen.
Es gibt immer mehr Belege dafür, dass sich die Erträge bestimmter Nahrungspflanzen aufgrund des Halbschattens und der regenerativen Vorteile von Sonnenkollektoren ebenfalls verbessern können.
Wenn alles nach Plan läuft, wird das glitzernde grüne Bauernhaus der Zukunft mit Sonnenkollektoren auf dem Dach und transparenten Sonnenfenstern ausgestattet sein, die auch auf üppige Felder und Sonnenkollektoren blicken.
Übrigens, wenn Sie in letzter Zeit viel über Agrivoltaik gehört haben, denken Sie daran, dass Sie es zuerst hier gehört haben. CleanTechnica begann bereits im Jahr 2019, den Solar-plus-Landwirtschaft-Trend zu behandeln, einschließlich einer interessanten Wendung, bei der Sonnenkollektoren helfen könnten, eine ganze Branche zu retten und nicht zu zerstören.
Folgen Sie mir auf Twitter @TinaMCasey.
Foto (Screenshot): Transparente Solarfenster entwickelt von einem Team von Solarforscher an der Michigan State University (Videokredit: MSU).
Schätzen Sie die Originalität von CleanTechnica? Erwägen Sie, CleanTechnica-Mitglied, Unterstützer, Techniker oder Botschafter zu werden – oder ein Förderer von Patreon.
