Neue Photovoltaikmodule: Unsichtbare Energielieferanten

US-Forscher haben das erste völlig transparente Photovoltaikmodul gebaut. Auf Glasscheiben platziert ist es nicht zu sehen.

Das sichtbare Licht kann die Scheibe mit dem Photovoltaikmodul duchdringen. Foto: Yimu Zhao/Richard Lunt

Solarenergiemodule auf jeder gewöhnlichen Fensterscheibe: Forscher der Michigan State University arbeiten am ersten völlig lichtdurchlässigen Photovoltaikmodul, das Städte in Solarfarmen umwandeln könnte. Ganze Hochhäuser würden so zu Solarstromerzeugern werden. Die Technik soll überall eingesetzt werden, wo es eine Oberfläche aus Glas gibt – auch auf gewöhnlichen Handydisplays. Die Module sind nämlich komplett unsichtbar.

Das Geheimnis: Auf der Glasscheibe befindet sich ein eigens entwickelter transparent lumineszierender Solarkonzentrator, bestehend aus organischen Salzen in transparentem Kunststoff. Der Konzentrator nimmt Wellenlängen des Lichts auf, die für das menschliche Auge unsichtbar sind – also ultraviolettes und infrarotes Licht. Die Scheibe fängt das Licht ein, konzentriert es und leitet es an die Photovoltaikelemente in der Fassung des Moduls weiter, wo das Licht in Strom umgewandelt wird. Das sichtbare Licht – also das Sonnenlicht – wird dadurch nicht beeinflusst, während die konzentrierte ultraviolette und infrarote Strahlung elektrische Energie liefern.

Gewöhnliche transparente Solarpanels arbeiten im Gegensatz dazu immer mit dem sichtbaren Sonnenlicht. Daher sind sie nie ganz lichtdurchlässig, sondern immer getönt, damit sie Sonnenlicht absorbieren und so in Energie umwandeln können. Die Solarmodule der US-Forscher umgehen das mit ihrer neuen Technologie des Solarkonzentrators.

„Solarenergie-Module könnten so überall um uns herum sein, ohne dass wir es bemerken“, sagt Richard Lunt, der die neue Technologie entwickelt hat. Die Panels erreichen derzeit 5 Prozent Wirkungsgrad, übliche transparente Panels in etwa 7 Prozent.

„Das Konzept, bei voller Transparenz nur unsichtbare Strahlungsanteile für die Stromgewinnung zu nutzen, ist bestechend“, sagt Harry Wirth, Photovoltaikexperte des Fraunhofer-Instituts, „zumal Infrarotstrahlung im Gebäude häufig nur die Kühllasten erhöht und ihr Eindringen durch spezielle Sonnenschutzgläser verhindert wird.“ Ein Nachteil sei aber, das komplett transparente Module nur kleine Ausschnitte des Strahlungsspektrums jenseits des sichtbaren Lichts nutzen können.

Fundamentales Problem

Gerhard Peharz , Photovoltaikexperte an der Joanneum Research Forschungsgesellschaft in Österreich bezeichnet diesen Nachteil als „fundamentales Problem“ für die Erreichung der Wirkungsgrade. „Wenn ein Objekt transparent sein soll, darf es möglichst kein sichtbares Licht absorbieren oder reflektieren.“

Sichtbares Licht mache aber 30 bis 50 Prozent der gesamten Energie aus, die in der solaren Strahlung steckt. Selbst bei 100 Prozent Wirkungsgrad könnten aktuelle Hochhäuser nicht autark versorgt werden, da die Fläche der Gebäudehülle zu klein in Bezug auf die Nutzfläche ist. Die Solarmodule könnten die bestehende Energieversorgung von Hochhäusern mit regenerativer Energie aber optimieren, sagt Peharz.

Lunt und sein Team haben nun eine Firma gegründet, die an der Kommerzialisierung dieser Technologien arbeitet. Das Unternehmen, Ubiquitous Energy, möchte den Wirkungsgrad der Panels bald von 7 auf 10 Prozent erhöhen.

„Die Erfindung ist genial, auch wenn die Wirkungsgrade noch lange nicht vergleichbar sind mit den Solarzellen, die erstmals vor bereits 60 Jahren entwickelt wurden und heute 15 bis 25 Prozent erreichen“, sagt Hubert Fechner, Leiter des Instituts für Erneuerbare Energien der Fachhochschule Technikum Wien.

Für die Periode nach dem fossilen Zeitalter sei diese Technologie aber naheliegend, sagt Fechner: „Fest steht, dass wir dann nahezu alle solarstrahlungstechnisch geeigneten Außenflächen von Gebäuden, aber auch andere Objekte unserer verbauten Umwelt zur solaren Energiegewinnung nutzen werden“.

Comments

[Dr. Müller]

Nirgendwo sonst im Internet gibt es Hinweise auf die von Euch genannten 5% Wirkungsgrad, nicht mal auf der Homepage des Unternehmens selbst. Alle anderen genannten Informationen stammen vom August 2014. Unglaublich schlamplig recherchierter Artikel!

[Joseph Tannhuber]

Sehr interessant wäre es, Gewächshäuser aus diesen Zellen zu bauen. Dann kann die Fläche unter den Zellen auch noch zum Nahrungsanbau genutzt werden. Durch die Solarzellen wird dann also kein Platz verschwendet.

[1714 (Profil gelöscht)]

Ein verantwortungsbewusster Wirtschaftsminister würde solche Tüfteleien und damit verbundene Forschung massiv fördern. Denn genau das ist die Zukunft der Energiegewinnung. Aber das geht nicht, da die Nuklear- und Kohleindustrie massiv dagegen mobil macht und fürchtet, selbst von den leckeren Subventionen und Forschungsgeldern abgeschnitten zu werden. Na dann...

[Christian_72]

@1714 (Profil gelöscht) Hallo Voltaire, wir haben in Deutschland mittlerweile 40.000 MWp installierte Leistung an PV-Anlagen. Tendenz steigend. Natürlich kann es immer mehr sein; natürlich soll es immer schneller gehen. Dennoch habe ich nicht den Eindruck, dass die Photovoltaik in Deutschland noch mehr gefördert werden müsste als derzeit. Gruß Christian

[Gipp Siegfried]

Die Idee ist genial. Nicht nur Fensterflächen, auch Bushaltestellen, Regenschutz und Dergleichen würde sich eignen. Wenn man das konsequent nutzt, lässt sich damit durchaus eine gewisse Menge an Energie erzeugen.

Unter dem Gesichtspunkt des Wirkungsgrades mag es ja richtig sein, auch infrarotes Licht zu nutzen. Aber infrarotes Licht (aka Wärme) dürfte den Alterungsprozess der eigentlichen Solarmodule in der Fassung beschleunigen. Wärme ist auch jetzt schon bei den traditionellen Solarmodulen ein Problem. Vielleicht wäre es besser, auf die Verwertung des Infrarots zu verzichten.

Für Gewächsthäuser ist diese Technik leider nicht anwendbar. Die Pflanzen sind auf genau das Licht angewiesen, das dieses Modul zur Energiegewinnung abzweigt.

[Christian]

@Gipp Siegfried Infrarot ist langwellig, hat also verhältnismäßig wenig Energie. Kurzwellige Strahlung zu absorbieren und nur teilweise in Form von Strom abzutransportieren ist also das größere Problem, wenn man Wärmeentwicklung vermeiden will. Letztlich geht es darum, wie viel Energie aufgenommen und weder abgestrahlt noch umgewandelt wird. Ob das ursprünglich "Wärmestrahlung" war oder nicht spielt da keine Rolle (im übrigen wird auch nur ferninfrarotes Licht als Wärmestrahlung bezeichnet, nicht nahinfrarotes).

[Gipp Siegfried]

@Christian Danke für die Info. Macht Sinn.

[lions]

@Christian Die höhere Bandbreite von IR macht die geringere Energiedichte gegebüber UV mehr als wett.

[ShieTar]

Was nicht uninteressant wäre ist aber die Frage wie sich die Zelle auf die gesamte Wärmeleitung durch die Glasscheibe auswirkt. Potentiell eher positiv würde ich sagen, Sonnenlicht heizt den Innenraum im Sommer weniger auf, weil ein Teil der Energie aufgefangen und umgewandelt wird. Und Wärmestrahlung aus dem Innenraum wird zu einem geringeren Anteile nach außen durchgelassen.

Das mag das Gesamt-Budget der Heiz- und Kühlkosten des Innenraums nur geringfügig beeinflussen, aber es ist doch ein kostenloser Bonus zusätzlich zur Fähigkeit der Stromerzeugung.

[Amie]

Beziehen sich die 5% auf das verarbeitete Spektrum? oder auf das gesamte Sonnenlicht?

Gerade das IR Spektrum wird schon von unserer Atmosphäre besonders gut gefiltert (Wasserdampf) d.h. von der Sonne kommt da nicht viel an. DER langwellige IR Anteil, den wir hier häufig haben, stammt meist von sichtbarem Licht, dass von Oberflächen absorbiert und dann in Wärme umgewandelt wurde. Davon nun 5% wäre schon echt arm.

[Christian]

@Amie Habe ich mich auch gefragt. Wobei ja auch im Artikel steht, dass im sichtbaren Licht maximal 50% der Energie stecken. Soll heißen, der Wirkungsgradunterschied ist potentiell gerade einmal ein Faktor 2, was für Flächen, die man quasi geschenkt bekommt, ja schon gut ist. Läuft also so oder so mal wieder darauf hinaus, wie billig die Technik produzierbar und verbaubar ist.

[Berta]

Wirkungsgrade sind in der regel auf das gesamte Sonnenspektrum bezogen.

Ich frage mich wie die mit einer Zelle UV und IR nutzen können. Sehr spannend das ganze. Für Bushaltestellen... könnte man natürlich auch Zellen mit höherem Wirkungsgrad und etwas niedrigerer Transparenz nutzen.