Solarzellen werden durch diesen einen seltsamen Trick verstärkt (Spoiler-Alarm: Fischöl)

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Forscher haben alle möglichen innovativen neuen Chemikalien entwickelt, um die Effizienz von Solarzellen zu steigern, aber es sieht so aus, als ob einfaches altes Fischöl den Zweck erfüllen könnte. Die naturbasierte Lösung gilt für Solaranlagen, die neben Strom auch Wärme produzieren. In dieser Kombination hat ein Forscherteam in Korea mit der Fischölverstärkung einen Solarumwandlungswirkungsgrad von 84,4 % ermittelt.

Solarzellen und Wärme

Mehr Sonnenlicht ist gut für die Effizienz von Solarzellen, aber nicht, wenn überschüssige Wärme im Spiel ist. Solarzellen funktionieren bei kühleren Temperaturen effizienter.

Als Abhilfe haben sich entkoppelte Photovoltaik-Wärmeanlagen herauskristallisiert. Diese Systeme nutzen eine Flüssigkeit, um ineffizientes Licht aus dem Spektrum herauszufiltern und so dazu beizutragen, die Solarzellen kühler zu halten. Über einen Wärmetauscher wird der Flüssigkeit Wärme entzogen. Es kann für andere Zwecke eingesetzt werden, beispielsweise zum Heizen eines Raums im Winter.

Das klingt einfach, aber der Teufel steckt im Detail. Wasser ist nicht besonders gut darin, ultraviolette Strahlen herauszufiltern.

„Entkoppelte photovoltaisch-thermische Systeme nutzen Flüssigkeitsfilter, um nicht wirksame Wellenlängen wie Ultraviolett, sichtbares Licht und nahes Infrarot zu absorbieren. Allerdings kann Wasser, ein beliebter Filter, ultraviolette Strahlen nicht effektiv absorbieren, was die Systemleistung einschränkt“, erklärt ein Forschungsteam der Korea Maritime & Ocean University.

Das KOUM-Team konzentrierte sich auf Fischöl als wirksamere Alternative zu anderen Problemumgehungen. Wie der Leiter des Teams, Assistenzprofessor Jae Won Lee, feststellte, verwenden einige wasserbasierte Filter eine Lösung aus Nanopartikeln, um ineffiziente Teile des Spektrums zu absorbieren. Allerdings neigen die Nanopartikel dazu, sich mit der Zeit abzusetzen, was die Effizienz verringert.

„Im Gegensatz dazu ist das vorgeschlagene [fish oil] Die Emulsion bleibt bei hohen Temperaturen von bis zu 70 °C stabil. Darüber hinaus absorbieren die Öltröpfchen in der Emulsion effektiv UV-Licht mit Wellenlängen unter 500 nm“, stellt KOUM fest.

Ein Fischöl-Fix für Solarsysteme

Das KMOU-Team veröffentlichte seine Fischöl-Ergebnisse in der Fachzeitschrift Energieumwandlung und -management letzten Juli unter dem Titel „Entwicklung eines spektrumgesteuerten Emulsionsfilters der Sonnenstrahlung für eine photovoltaisch-thermische (PVT) Anlage.“

„Der Emulsionsfilter absorbiert effektiv ultraviolettes, sichtbares Licht und Wellenlängen im nahen Infrarot, die nicht zur Stromerzeugung in PV-Modulen beitragen, und wandelt sie in Wärmeenergie um“, berichteten sie. „Der Emulsionsfilter zeigte eine thermische Stabilität bis 70 °C und senkte die Temperatur des PV-Moduls von 46,7 °C auf 33,1 °C.“

Der vom Team gemeldete kombinierte Wirkungsgrad von 84,4 % stellt eine Verbesserung gegenüber anderen wasserbasierten entkoppelten Systemen dar, die das Team mit 79,3 % bewertete.

Zum Vergleich: Das Team bewertete auch eigenständige Solarzellen mit 18,0 % und eigenständige Solarthermiesysteme mit 70,9 %.

Jenseits von Solarzellen

Im Vergleich zur Solarthermietechnik stehen Solarzellen in der Regel stärker im Rampenlicht der Medien. Das ist aus der Perspektive eines Pferderennens verständlich, bei dem es um die Steigerung der Solarumwandlungseffizienz bei gleichzeitig sinkenden Kosten geht.

Da der Bereich der Solarzellenforschung und -entwicklung jedoch immer ausgereifter wird, konzentriert sich die Aufmerksamkeit weniger auf die inkrementellen Verbesserungen als vielmehr auf Anwendungsfälle. Das gibt Solarthermie-Anlagen mehr Raum, sich zu präsentieren.

Das wirft das Thema konzentrierender Solarenergiesysteme auf. Anstatt Solarzellen zur Gewinnung von Energie aus Licht zu verwenden, nutzen diese Systeme Tröge oder Spiegelfelder, um Licht von vielen Punkten auf eine zentrale Station zu lenken und so eine Flüssigkeit zu erhitzen. Die Flüssigkeit kann dann zur Stromerzeugung oder zur Bereitstellung von Wärme für andere Prozesse eingesetzt werden.

Wenn das teuer und kompliziert klingt, ist es das auch. Konzentrierende Solarstromsysteme haben sich in anderen Teilen der Welt durchgesetzt, doch in den USA sind sie bisher auf der Strecke geblieben.

Dennoch deuten die jüngsten Entwicklungen darauf hin, dass konzentrierende Solarenergie einen Platz in der US-amerikanischen Energielandschaft finden könnte. Forscher erforschen flüssiges Kohlendioxid (auch bekannt als überkritisches CO2) als Kostenreduzierer, und der aufstrebende Bereich des grünen Wasserstoffs könnte die wirtschaftliche Grundlage für Investitionen in Konzentrationssysteme verbessern (siehe mehr). CleanTechnica Berichterstattung hier).

Das US-Energieministerium verfolgt beispielsweise immer noch die Konzentration von Solarenergie. Im vergangenen Februar hat die Agentur im Rahmen eines multinationalen 100-Millionen-Dollar-Projekts den Grundstein für eine neue Anlage in New Mexico gelegt, um darüber hinaus den Einsatz konzentrierender Solarsysteme zur Energiespeicherung zu demonstrieren Strom produzierenSolarkraftstoffe und Wärme für industrielle Prozesse, alles mit Blick auf die Förderung der Wirtschaftlichkeit.

Solarkraftstoffe beziehen sich auf den neuen Bereich der Elektrokraftstoffe, bei dem Solarenergie (oder andere erneuerbare Energien) genutzt wird, um flüssigen Ersatz für fossile Kohlenwasserstoffkraftstoffe zu synthetisieren. Auch der Aspekt der E-Fuels tauchte Anfang dieser Woche auf, als das Energieministerium eine neue Finanzierungsrunde in Höhe von 30 Millionen US-Dollar für Projekte ankündigte, die konzentrierende Solarthermiesysteme einsetzen Solarbrennstoffe und Energiespeicherung.

Was ist mit Perowskit-Solarzellen passiert?

Das KMOU-Team kehrt zurück zu dieser Fischöllösung und entwickelt ein wirtschaftliches Argument für entkoppelte Systeme.

„Die Forscher fanden heraus, dass das entkoppelte PVT-System mit Emulsionsfilter bei einer standardmäßigen Sonneneinstrahlung von 1000 W/m² elektrische und thermische Energien in Höhe von 72,2 Wh bzw. 1176,7 Wh pro Tag erzeugte“, berichtete KMOU. „Dies erwies sich als wirtschaftlich vorteilhaft, da die Amortisationszeit kürzer war als bei PVT-Systemen und entkoppelten PVT-Systemen mit Wasserfilter.“

Das KMOU-Team schlägt außerdem vor, dass entkoppelte Systeme unter saisonalen Bedingungen flexibel eingesetzt werden können.

„Das vorgeschlagene System kann sogar unter spezifischen Anforderungen und Umgebungsbedingungen betrieben werden. Beispielsweise könnte im Sommer die Flüssigkeit im Flüssigkeitsfilter umgangen werden, um die Stromproduktion zu maximieren, während im Winter der Flüssigkeitsfilter Wärmeenergie für Heizanwendungen auffangen könnte“, erklärt KMOU.

Eine neue Generation effizienter, aber kostengünstigerer Solarzellen könnte auch dazu beitragen, die wirtschaftlichen Argumente für entkoppelte Systeme zu stärken.

Perowskit-Solarzellen waren aufgrund ihrer geringen Kosten und effizienten optischen Eigenschaften ein Schwerpunkt. Synthetische Perowskit-Materialien lassen sich relativ einfach herstellen, basierend auf der Struktur des natürlich vorkommenden Minerals Perowskit (siehe mehr). CleanTechnica Berichterstattung hier).

Die Herausforderung besteht darin, eine Formel zu finden, die der Solarzelle Stabilität und Langlebigkeit verleiht, da eigenständige Perowskite unter Umgebungsbedingungen dazu neigen, auseinanderzufallen.

Es wurden verschiedene Lösungen entwickelt, darunter eine neue Aluminiumoxidbeschichtung, über die kürzlich von der University of Surrey berichtet wurde.

„Mit der Reifung von Perowskit-Solarmodule„Die Stromgestehungskosten werden deutlich weiter sinken, und deshalb ist dies ein so spannender Arbeitsbereich“, bemerkt Korrespondent Professor Ravi Silva vom Advanced Technology Institute der Schule.

Mit kostengünstigen Solarzellen und neuen Fortschritten in der Solarthermie-Technologie nimmt die Energiewende auch heute noch Fahrt auf die Feinde der Klimawissenschaft sammeln ihre Kräfte. Behalten Sie Ihre Hüte …

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Bild: „Der vorgeschlagene Filter, der auf einer Mischung aus Wasser und Fischöl basiert, ermöglicht die Umwandlung von Sonnenlicht in Strom und Wärmeenergie mit einem bemerkenswerten Wirkungsgrad von 84,4 %“, mit freundlicher Genehmigung von KMOU. Bildnachweis: Dr. Jae Won Lee von der Korea Maritime & Ocean University (KMOU).