Neue Lösungen für erneuerbare Energien 20.04.2023, 07:00 Uhr

Diese Solaranlage arbeitet sogar mit diffusem Licht

Forschende von der Universität des Saarlandes haben Solarkollektoren entwickelt, aus denen flexible Bauelemente hergestellt werden können. Sie sammeln diffuses Sonnenlicht ein, sodass es für die Energiegewinnung genutzt werden kann. Das wäre eine weitere Möglichkeit, um ohne zusätzliche Flächen mehr Sonnenstrom zu produzieren.

Das Material für die Solarkollektoren ist äußerst biegsam.
Foto: Oliver Dietze/Universität des Saarlandes

Das Material für die Solarkollektoren ist äußerst biegsam.

Foto: Oliver Dietze/Universität des Saarlandes

Der Umgang mit erneuerbaren Energien muss neu gedacht werden. Wenn ein umfassender Ausbau gelingen soll, reicht es nicht aus, lediglich möglichst effiziente Anlagen an gezielten Standorten zu installieren. Jede Möglichkeit, Strom zu gewinnen, muss genutzt werden. Am attraktivsten sind dabei Lösungen, die mit benötigten Strukturen kombiniert werden können, etwa Solarmodule auf Carportdächern oder entsprechende Beschichtungen auf Fenstern. Wenn der finanzielle Aufwand nicht zu hoch ist, können auf diese Weise sogar Solarsysteme interessant werden, deren Leistung verhältnismäßig gering ist. Schließlich wird für sie kein zusätzlicher Platz benötigt – es lassen sich quasi Mitnahmeeffekte nutzen.

Solarwege: zwischen Herausforderungen und Chancen

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In diesem Zusammenhang stellt sich die Frage, wie gut sich die Sonneneinstrahlung in Ecken einfangen lässt, die auf den ersten Platz für Photovoltaik ungeeignet zu sein scheinen. Diesem Gedanken ist ein Team der Universität des Saarlandes gefolgt, das eng mit der Universität Pisa zusammengearbeitet hat. Herausgekommen sind dabei lumineszierende Solarkonzentratoren, aus denen sich flexible Bauelemente fertigen lassen – sie funktionieren selbst bei diffusem Licht.

Fluoreszierende Farbstoffe sind die Basis der Solarkollektoren

Lumineszierende Solarkonzentratoren sind grundsätzlich keine neue Erfindung. Es ist bekannt, dass sie diffuses Sonnenlicht können. Das passiert in der Regel über farbige Kunststoffplatten. An ihren Rändern wandeln Mikrosolarzellen das entstandene Licht in Elektrizität um.

„Durch Einbettung von fluoreszierenden Farbstoffen gelingt es uns, langzeitstabile optische Elemente zu erzeugen, die farbig sind und beim Auftreffen von Licht an den Seiten stark leuchten“, sagt Guido Kickelbick, Professor für Anorganische Festkörperchemie an der Universität des Saarlandes. Das Phänomen ist von Designelementen aus dem Garten bekannt. Dort gibt es flache Skulpturen, die nahezu transparent sind und an den Rändern stark fluoreszieren.

Auch das Funktionsprinzip hinter dieser Technologie ist bereits erforscht: Ein Farbstoff, der in Kunststoff eingebettet ist, wird durch bestimmte Wellenlängen des sichtbaren Lichts so angeregt, dass die Elektronen im Farbstoff auf höhere Energieniveaus gelangen. Im nächsten Schritt fällt der Farbstoff wieder in den Grundzustand zurück und emittiert Licht einer längeren Wellenlänge, welches an den Rändern des Kunstoffkörpers als Leuchten zu sehen ist.

Der Clou: Solarkollektoren bestehen aus flexiblem Material

Für die Stromproduktion kann man dieses Prinzip nutzen, wenn an den Kanten der Kunststoffelemente kleine Solarzellen angebracht werden. Das funktioniert selbst mit diffusem Licht in der Dämmerung. Die Leistung der Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen besteht darin, dass sie dieses Prinzip mit einem neuen Material umsetzen konnten – was ganz andere Anwendungsmöglichkeiten bietet.

Sind gebäudeintegrierte Solaranlagen eine echte Alternative zur Dachmontage?

„Bisher war es lediglich möglich, solche Bauelemente aus hartem Plastik, wie zum Beispiel Plexiglas, zu erzeugen“, sagt Kickelbick. „Unser Material, welches aus einem speziell vernetzten Silikonharz besteht, ermöglicht nun auch flexible Bauelemente. Sein Team hat an den entsprechenden Bauelementen eine hohe Umwandlungsleistung gemessen und ist zudem von der Langlebigkeit des Materials überzeugt. Damit wäre es eine gute Wahl für Anwendungen im Außenbereich. Die Eigenschaften der Farbstoff-Silikonharz Mischungen wurden an der Universität Pisa in der Arbeitsgruppe von Andrea Pucci bestätigt.

Indirekte Sonneneinstrahlung als Energiequelle erschließen

Nach Ansicht der Forschenden könnten die neuen Elemente eine interessante Ergänzung zu herkömmlichen Photovoltaikmodulen darstellen. Die Solarkollektoren sind bunt, transparent und lichtdurchlässig. Sie könnten dementsprechend ein ansprechendes Designelement sein, das ohne großen Aufwand direkt in Gebäudestrukturen integriert werden, beispielsweise in Lärmschutzwände an Autobahnen. Im ersten Schritt haben die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen nur rote Farbstoffe für die Einbettung verwendet, aber weitere Farben sind geplant.

Die Effizienz der Solarkollektoren liegt übrigens nur bei wenigen Prozent, aber sie könnten dennoch einen Teil dazu beitragen, mehr Sonnenenergie nutzbar zu machen. Denn indirekte Strahlung ist eine Energiequelle, die aktuell noch nicht erschlossen ist.

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Ein Beitrag von:

  • Nicole Lücke

    Nicole Lücke macht Wissenschaftsjournalismus für Forschungszentren und Hochschulen, berichtet von medizinischen Fachkongressen und betreut Kundenmagazine für Energieversorger. Sie ist Gesellschafterin von Content Qualitäten. Ihre Themen: Energie, Technik, Nachhaltigkeit, Medizin/Medizintechnik.

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