Forschung Mit Glasscheiben Sonnenlicht bündeln

Eine völlig neue Möglichkeit, das Sonnenlicht für Konzentrator-Solarzellen zu bündeln, hat das MIT entwickelt: Statt das Licht mit Hohlspiegeln zu fokussieren, sammeln die Forscher Sonnenenergie mithilfe beschichteter Glasscheiben.

Das Prinzip der neuen Technik erklärt Marc Baldo, Leiter der Forschungsgruppe am Massachusetts Institute of Technology: »Das Licht wird über eine große Fläche, beispielsweise einem Fenster, eingefangen und durch eine spezielle Farbbeschichtung mehrfach reflektiert und an den Rändern der Scheibe gebündelt.« Dort sitzen Photovoltaikzellen und wandeln die gesammelte Sonnenenergie in elektrischen Strom um.

Der Vorteil dieser Technik: Anstatt das gesamte Dach mit teuren Photovoltaikzellen auszustatten, können die verhältnismäßig günstig herstellbaren beschichteten Glas- oder Kunststoffscheiben großflächig eingesetzt werden, die die Sonnenenergie zu wenigen Photovoltaikzellen transportieren.

Aufgrund der einfachen Herstellung der beschichteten Glasscheiben könnte die neue Technik nach Meinung der Forscher schon in etwa drei Jahren auf dem Markt erhältlich sein und sogar in bestehende Konzentratorsysteme integrierbar sein. Durch geringe Mehrkosten ließe sich so die Effizienz von Konzentrator-Solarzellen um bis zu 50 Prozent steigern.

 

Ein weiterer Vorteil: Die von der MIT-Forschergruppe entwickelte Methode macht bewegliche Spiegel und das damit verbundene optische Nachführen überflüssig. Konventionelle Konzentratorzellen sind bislang mit beweglichen, auf die Sonne nachführbaren Spiegeln ausgestattet, um die höchstmögliche Energieausbeute zu erreichen. »Die großen beweglichen Spiegel sind kostspielig in der Anschaffung und Wartung«, so Baldo. »Darüber hinaus werden die Solarzellen am Brennpunkt der Hohlspiegel durch die hohe Energiekonzentration sehr heiß und müssen aufwändig gekühlt werden.«

All das wird bei der neuen Methode überflüssig. Unabhängig vom Einstrahlwinkel der Sonne halten die Farbstoffmoleküle in der Glasbeschichtung über den Absorptions- und Emissionsprozess das Licht in der Glasscheibe. Die Glasscheiben müssen deshalb nicht der Sonne nachgeführt werden.

Schon in den Siebziger Jahren wurde das erste Mal mit beschichteten Kunststoffplatten experimentiert, doch damals war das Hauptproblem der Energieverlust innerhalb des Materials. Ein Großteil der Sonnenenergie ging damals auf dem Weg durch die Kunststoffplatte verloren.

Die MIT-Forschergruppe hat sich nun optische Methoden aus der Laser- und OLED-Technik zunutze gemacht, um diese Verluste zu minimieren. Durch das Auftragen von Beschichtungen in einem spezifischen Verhältnis konnte das Team die Lichtabsorption und -abgabe steuern. »Wir konnten die Übertragungsverluste deutlich senken und haben dadurch die umgewandelte Energie verzehnfacht.«

Die Forscher wollen ihre neuen Konzentrator-Solarzellen kommerziell verfügbar machen. Im Rahmen eines neu gegründeten Unternehmens – Convalent Solar –  arbeiten die Wissenschaftler daran, das System zur Marktreife zu bringen.