Transparente Solarzellen verwandeln Fenster und Bildschirme in Stromquellen

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Im August 2014 haben Forscher der Michigan State University einen vollkommen transparenten Solar-Konzentrator produziert, der jedes Fenster oder jede Glasoberfläche (wie etwa bei Smartphones) in einen Photovoltaik-Zelle verwandeln könnte. Es gibt bereits „transparente“ Solarzellen, über welche in der Vergangenheit berichtet wurde. Diese Zelle ist allerdings wirklich transparent, wie du auf den Fotos hier im Artikel sehen wirst. Laut Richard Lunt, der das Projekt leitete, ist sich das Team darüber sicher, dass die transparente Solarzelle in einem breit gefächerten Feld, wie „in großen Gebäuden mit vielen Fenstern oder in mobilen Geräten, die eine hohe ästhetische Qualität erfordern, wie etwa Smartphones oder e-Reader“ eingesetzt werden können.

Ubiquitous Energy, ein Startup des MIT, das 2013 das erste Mal Aufmerksamkeit erregte, kommt der Markteinführung der transparenten Solarpanels immer näher. Lunt ist Mitgründer des Unternehmens und zeitgleich Assistenz-Professor für chemische Verfahrenstechnik und Werkswissenschaften auf der Michigan State University. Grundsätzlich werden die Komponenten in der transparenten Solarzelle nicht geschrumpft, um die Transparenz zu erreichen. Es wird die Art geändert, mit welcher die Zelle das Licht absorbiert. Die Zelle sammelt das unsichtbare Licht des Solarspektrums und lässt das sichtbare Licht, das wir sehen können, durch.

Vom wissenschaftlichen Standpunkt her ist die transparente Solarzelle ein Oxymoron. Solarzellen, insbesondere Photovoltaik-Solarzellen, stellen Energie her, indem sie Photonen (Sonnenlicht) absorbieren und diese in Elektronen (Strom) umwandeln. Wenn ein Material durchsichtig ist, gelangt das ganze (Sonnen)-Licht hindurch, weshalb du es sehen kannst. Aus diesem Grund waren vorherige „transparente“ Solarzellen nur teilweise transparent und warfen meist einen bunten Schatten.

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Um diesen Umstand zu umgehen, nutzen die Forscher der Michigan State University eine leicht abgeänderte Technik, um das Sonnenlicht zu sammeln. Statt eine transparente Solarzelle zu produzieren, was unmöglich ist, nutzten sie einen transparenten lumineszierenden Solarkonzentrator (TLSC). Das TLSC besteht aus organischen Salzen, die spezifische unsichtbare Wellenlängen von infrarotem und ultraviolettem Licht absorbieren und diese dann als weitere Infrarot-Wellenlänge erleuchten, die auch unsichtbar ist. Dieses emittierte Infrarotlicht wird an den Rand vom Plastik geleitet, wo dünne und konventionelle Photovoltaik-Streifen angebracht sind, die das Licht in Strom umwandeln.

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Die organischen Salze absorbieren UV und IR Strahlen und emittieren Infrarot-Wellenlängen. Der Prozess geschieht außerhalb des sichtbaren Spektrums, weshalb die Zellen transparent erscheinen.

Wenn du genau hinsiehst, wirst du einige schwarze Streifen am Rande des Plastikblocks sehen können. Ansonsten ist das aktive organische Material und damit der Großteil des Plastikblocks, unsichtbar.

Der Prototyp der TLSC-Solarzelle hat einen Wirkungsgrad von 1 %. Der Wirkungsgrad soll bis auf 10 % gesteigert werden, ehe die Produktion beginnt. Der Wirkungsgrad von nicht-transparenten lumineszierenden Solarkonzentratoren beträgt hingegen maximal 7 % und verändern das Lichtspektrum des Raums, da ein farbiger Schatten entsteht. Der Wirkungsgrad scheint auf den ersten Blick nicht hoch zu sein, doch werden die Zellen großflächig installiert, wie etwa auf Häusern oder großen Bürogebäuden, sieht die ganze Sache schon anders aus. Was Smartphones angeht, wird diese Technologie wohl kaum dafür sorgen, dass du es nie wieder aufladen musst. Jedoch kann sie dafür sorgen, dass dein Smartphone einige Minuten oder sogar Stunden länger auskommt, ohne es zwischenzeitlich aufladen zu müssen.

„Es öffnet viele Möglichkeiten Solartechnologie auf eine unaufdringliche Weise verfügbar zu machen“, sagte Lunt in einem Interview mit dem Michigan State Today Blog. „Die Technologie kann in großen Gebäuden mit vielen Fenstern oder in mobilen Geräten, die eine hohe ästhetische Qualität erfordern, wie etwa Smartphones oder e-Reader eingesetzt werden. Schlussendlich möchten wir Oberflächen herstellen, die Solarenergie produzieren, obwohl man es von ihnen nicht vermuten würde“.

Die Forscher sowie das Team von Ubiquitous Energy sind der Annahme, dass die Technologie sowohl industriell als auch im kleinen Stil, wie etwa bei Smartphones, eingesetzt werden kann und in beiden Fällen bezahlbar bleibt. Der Grund dafür, dass Solartechnologie momentan nicht großflächig eingesetzt werden kann, liegt in der „unschönen“ Natur der Solarpanels. Wären die Panels dagegen aus Glas oder Plastik und transparent, würde das schon anders aussehen.

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Manfred Strecker
Manfred Strecker ist Politikwissenschaftler und Mitglied bei Greenpeace. Manfred untersucht seit seinem Jugendalter Möglichkeiten, die Umwelt nachhaltig durch Technologie zu verbessern und schreibt darüber auf Energieinitiative.org .
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