Erzeugt Strom und Dampf 31.07.2020, 09:11 Uhr

Hybrider Solarkonverter mit Wirkungsgrad von 85 % – nachhaltige Industrie ist möglich

Ingenieure haben einen neuartigen hybriden Solarkonverter mit hohem Wirkungsgrad entwickelt. Vor allem die Industrie könnte in Zukunft davon profitieren.

Foto: panthermedia.net/PHOTOLOGY1971

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Einer Gruppe von Ingenieuren ist es gelungen, einen neuen Solarenergiekonverter zu konzipieren, der mithilfe von Sonnenenergie sowohl Strom als auch Dampf erzeugen kann. Das Team setzt sich aus führenden Forschern der Tulane University, der University of San Diego, der San Diego State University sowie von Boeing-Spectrolab und Otherlab zusammen. Den Entwicklern zufolge besitzt das Gerät einen sehr hohen Wirkungsgrad von etwa 85 % und ist zeitgleich sehr kostengünstig, weshalb die Industrie bereits einen Blick auf den Solarkonverter geworfen hat.

Solarkonzentratoren nutzen Wärme der Sonne

In den meisten Fällen wird die Energie der Sonne im Bereich der Photovoltaik genutzt. Dabei generieren die Solarzellen Strom aus dem Sonnenlicht. Diese einfache Variante der Solarenergie kann fast überall eingesetzt werden und findet sich daher sowohl innerhalb des Stromnetzes bis hin zu einfachen Beleuchtungen wie bei Gartenlichtern. Doch gibt es auch weitere Möglichkeiten, um die Energie der Sonne effizient zu nutzen. Solarkonzentratoren nutzen nicht das Licht, sondern vielmehr die Wärme der Sonne. Mithilfe der dadurch erzeugten Wärme können Flüssigkeiten erhitzt werden, um somit Strom zu generieren.

Regulär handelt es sich dabei um zwei getrennte Systeme. Den Ingenieuren ist es nun jedoch gelungen, beide Optionen der Sonnenenergienutzung zu vereinen und eine effektive Nutzung beider Systeme herzustellen. Das Erstaunliche daran ist, dass etwaige Hybridgeräte bisher als wenig effektiv galten. Aufgrund der Kopplung beider Geräte litt entweder die Effizienz oder die Kosten stiegen deutlich an.

Erst im April erreichte ein Team des National Renewable Energy Laboratory einen Wirkungsgrad von 47,1%. Eine Solarzelle mit sechs Verbindungsstellen sorgte für dieses Ergebnis. Lesen Sie hier mehr darüber. Nun haben die Forscher rund um die Tulane University einen neuen Weltrekord erzielt.

Hochwertige Technik mit außergewöhnlicher Optik

Schon auf den ersten Blick wird deutlich, dass der neuartige Solarkonverter anders ist. Das Gerät erinnert zunächst mehr an eine Satellitenschüssel. Bei genauerer Betrachtung ist ein vergleichsweise kleines Gerät mittig über dem Parabolkollektoraufgehangen worden. Der gespiegelte Tellerteil darunter fokussiert die einfallenden Sonnenstrahlen auf das Gerät in der Mitte. Zudem sind im unteren Bereich des Tellerteils Mehrfachsolarzellen installiert, die sowohl sichtbares als auch ultraviolettes Licht auffangen und in Elektrizität umwandeln.

Die ausgeklügelte Innovation des Solarkonverters findet sich hingegen in einem nicht einsehbaren Bereich. Hier wird das Infrarotlicht, also die Wärmeenergie, an einen separaten Wärmeempfänger umgeleitet. Hierbei handelt es sich um einen becherförmigen Hohlraum, welcher von Wasser umgeben ist und unter Druck steht. Sobald das Wasser die zugeführte Wärme aufnimmt, wird es in Dampf umgewandelt.

hybride Solarenergiekonverter

Der hybride Solarenergiekonverter verfügt über ein Solarmodul mit leuchtend roten Blutkörperchen, das in Tulane gebaut wurde.

Foto: Matthew Escarra

85 % der Sonnenenergie kann in Strom umgewandelt werden

Das Ingenieursteam gibt an, dass auf diese Weise eine Gesamtsammlungseffizienz von stolzen 85,1 % erreicht wird. Einfach ausgedrückt bedeutet dies, dass 85,1 % der gesammelten Sonnenenergie entweder in Strom oder in Wärme umgewandelt werden kann. Die hohe Effizienz wird dadurch erreicht, dass der Dampf auf eine Temperatur von bis zu 248° C erhitzt wird. In diesem Punkt unterscheidet sich der Solarkonverter von bisherigen Energiekollektoren. Insbesondere die Industrie kann dank des hybriden Solarkonverters in Zukunft vielfältig davon profitieren. Der heiße Dampf kann genutzt werden, um industrielle Prozesse wie beispielsweise das Trocknen, Aushärten oder gar das Sterilisieren und Pasteurisieren durchzuführen. Hierfür mussten bislang externe Geräte angeschafft werden, die mittels Strom betrieben wurden.

Niedrige Betriebskosten kommen der Industrie zugute

Ein weiterer nicht unerheblicher Aspekt des neuartigen Solarkonverters sind die niedrigen Kosten. So liegen diese nach Angaben des Teams bei lediglich drei Cent pro Kilowattstunde. Bis Unternehmen auf das Gerät zurückgreifen können, wird allerdings noch etwas Zeit vergehen. Derzeit arbeiten die Entwickler daran, das Gerät zu verbessern. Im Fokus steht dabei zunächst die Vergrößerung, um einen ersten Pilotanlagentest durchführen zu können. Positiv ist zumindest, dass die Folgefinanzierung für die kommenden Entwicklungsphasen bereits ausgezahlt wurde, weshalb der Weiterentwicklung nun nichts mehr im Wege steht.

Fazit: Hohe Effizienz und geringe Betriebskosten

Waren hybride Solarkonverter bislang wenig effektiv und zudem kostenintensiv, hat das Forscherteam mit seiner Entwicklung eine neue Tür geöffnet. Aufgrund der hohen Effizienz sowie den geringen Betriebskosten dürfte der Solarkonverter für eine Vielzahl an Unternehmen von großem Interesse sein. Schließlich suchen diese stets nach kostengünstigen und umweltschonenden Alternativen. Abzuwarten bleibt noch, wie lange die finale Entwicklung dauern wird und wann erste Geräte an Unternehmen ausgeliefert werden können.

„Wir freuen uns, den Hochleistungsbetrieb unseres Solarkonverters vor Ort demonstriert zu haben, und freuen uns auf die weitere kommerzielle Entwicklung“, sagte Matthew Escarra, Associate Professor für Physik und technische Physik bei der Tulane University.

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