Neues Photovoltaik-System 24.04.2013, 07:00 Uhr

Die Kraft von 2000 Sonnen nutzen

Schweizer Forscher haben eine neuartige Solaranlage entwickelt, die den Wirkungsgrad der Solarzellen deutlich erhöht. Die Kombination aus Photovoltaik- und Solarthermie-Anlage soll die 2000-fache Konzentration des Sonnenlichts aufnehmen und 80 Prozent der Strahlung in nutzbare Energie umwandeln.

Dieses neue Thermische Hochkonzentrations-Photovoltaik-System kann eine 2000-fache Konzentration des Sonnenlichts aufnehmen und 80 Prozent der einfallenden Strahlung in nutzbare Energie umwandeln. 

Dieses neue Thermische Hochkonzentrations-Photovoltaik-System kann eine 2000-fache Konzentration des Sonnenlichts aufnehmen und 80 Prozent der einfallenden Strahlung in nutzbare Energie umwandeln. 

Foto: IBM Research

Das neue Konzept nennt sich sperrig „Thermisches Hochkonzentrations-Photovoltaisches System“, kurz HCPVT. Bisher ziehen Photovoltaik-Systeme im Vergleich mit fossilen oder nuklearen Energieträgern in Bezug auf Effizienz und Wirtschaftlichkeit stets den Kürzeren. Ihr neues System, so hoffen die Wissenschaftler vom Institut für Energietechnik der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich, könnte die Solartechnologie konkurrenzfähiger machen. Das System habe einen dreimal geringeren Kostenaufwand als vergleichbare Anlagen.

Spezialkühlung schützt die Photovoltaik-Chips vor Überhitzung

Die Anlage basiert auf einem großen Parabolspiegel, der aus vielen einzelnen Spiegel-Facetten besteht. Ein Tracking-System richtet den Spiegel nach der Sonne aus. Er bündelt die Sonnenstrahlen und reflektiert sie dann auf mehrere Empfänger mit speziellen, 1 x 1 Zentimeter großen Photovoltaik-Chips. Jeder einzelne Chip kann in einer sonnigen Region während eines Tages mit acht Stunden Sonnenschein durchschnittlich 200 bis 250 Watt abgeben. Der ganze Empfänger hat mehr als 100 solcher Chips und liefert 25 Kilowatt elektrische Energie.

Die Chips werden allerdings stark erhitzt und müssen deshalb konstant gekühlt werden. Dafür sind sie auf einer Schicht aus Mikrokanälen befestigt, durch die flüssiges Kühlmittel gepumpt wird. Das Kühlmittel hält die Chips bei einer 2000-fachen Konzentration des Sonnenlichts auf einer nahezu gleichen Temperatur. Dadurch können 30 Prozent der gebündelten Sonnenergie in Strom umgewandelt und gleichzeitig 50 Prozent der Abwärme genutzt werden.

Während ähnliche Systeme gegenwärtig nur die elektrische Energie liefern und die thermische Energie ungenutzt in die Atmosphäre abgeben, wird im neuen System das Wasser gleich doppelt genutzt. Es schützt die Solarchips vor Überhitzung und kann anschließend weiter verwendet werden, etwa zum Heizen oder Kühlen.

Das Kühlsystem ist die von IBM entwickelte Warmwasserkühlung, die zehn Mal effektiver sein soll als eine passive Luftkühlung. Dahinter steckt dieselbe Technologie, die IBM bereits für warmwassergekühlte Supercomputer entwickelt hat. Dort werden die Prozessorchips gekühlt und die abtransportierte Wärme heizt anschließend das Gebäude.

Das neue System kann sogar Trinkwasser liefern

Mit dem neuen HCPVT-System könnte sogar Trinkwasser erzeugt werden. Dafür wird das 90 Grad Celsius heiße Wasser durch ein Membran-Entsalzungs-System geleitet, in dem es verdampft und dabei entsalzt wird. Etwa 30 bis 40 Liter Trinkwasser könnte das Gerät pro Quadratmeter Empfängerfläche und Tag liefern.

Durch die hohe Konzentration des Sonnenlichts und dank einem radikal kostengünstigen Design, bei dem verstärkt Beton statt Glas und Stahl eingesetzt wird, gehen die Wissenschaftler davon aus, dass sie einen Preis von unter 250 Dollar pro Quadratmeter Kollektoröffnung erreichen können. Das ist drei Mal weniger als bei vergleichbaren Systemen. Die Durchschnittskosten für die produzierte Energie werden dann weniger als 10 Dollar-Cents pro Kilowattstunde (KWh) betragen. Zum Vergleich: Die Einspeisungspreise für Strom in Deutschland liegen momentan über 25 Cent pro KWh und die Produktionskosten eines Kohlekraftwerkes betragen 5 bis 10 Cent pro KWh

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