Heute haben Solarmodule die Form von großen Platten. Doch ein Team vom Imperial College London hat ein neues Photovoltaik-Design entwickelt: Ihr Solarmodul ähnelt einem künstlichen Blatt. Sie nehmen an, dass ihr Design etwa zehn Prozent mehr Sonnenenergie in Strom verwandeln kann. Heutige Module erreichen einen Wirkungsgrad von etwa 24 Prozent, das PV-Blatt soll dann 34 Prozent erreichen. Diese zehn Prozent bezogen auf die Sonnenenergie entspricht einer Steigerung von etwa 40 Prozent bezogen auf den Ursprungswert.
Die Innovation "nutzt kostengünstige Materialien und könnte die nächste Generation erneuerbarer Energietechnologien inspirieren", heißt es in einer Erklärung. Die eigentliche Idee hinter dem PV-Blatt besteht darin, den Wasserkreislauf eines Baumes nachzuahmen. Derzeit kann ein Solarmodul nur einen Teil der Sonnenenergie in Strom verwandeln, der Rest geht zu einem guten Teil in Abwärme über. Diese Energie heizt dann das PV-Modul auf, dadurch sinkt die Ausbeute.
Kühlung ohne mechanische Bauteile
"Dieses innovative Design birgt ein enormes Potenzial für eine deutliche Leistungssteigerung von Solarmodulen und gewährleistet gleichzeitig Kosteneffizienz und Praktikabilität", sagte Dr. Gan Huang, Honorary Research Fellow am Department of Chemical Engineering und Autor der neuen Studie. Das PV-Blatt ahmt den Transpirationsprozess nach, mit dem Bäume und Pflanzen Wasser von ihren Wurzeln bis zum Ende ihrer Blätter transportieren können. So entsteht ein wassergekühltes Modul, ohne dass man Pumpen und ähnliches installieren muss. Naturfasern ahmen die Blattadern nach und Gele übernehmen die Funktion von Speicherzellen. So wird die Wärme von den PV-Zellen abgeleitet und der ganze Kreislauf wird allein durch die Sonnenwärme in Schwung gehalten. Der Prozess der Pflanze basiert ausschließlich auf den Eigenschaften der Materialien und ist daher in der Herstellung billig. Ohne Motoren und Steuerelemente soll das System eine lange Lebensdauer erreichen.
Mehr Wärme als Strom
Die Erwärmung des Wassers kann dazu genutzt werden, neben dem Strom auch noch Warmwasser und Süßwasser herzustellen. "Die Umsetzung unseres innovativen blattähnlichen Designs kann dazu beitragen, die globale Energiewende zu beschleunigen und gleichzeitig zwei dringende globale Herausforderungen anzugehen: den Bedarf an mehr Energie und dem nach Süßwasser“, so Professor Christos Markides, Leiter des Clean Energy Processes Laboratory und Autor der Studie.
Die Abwärme ist dabei größer als die Stromerzeugung. Im Experiment wurde eine Photovoltaikzelle mit 1000 Watt Sonnenenergie pro Quadratmeter bestrahlt. Die Transpiration führte 590 Watt Energie ab. Energie, die bei einem herkömmlichen Modul nicht genutzt wird und zu einer schlechteren Ausbeute an Solarstrom führt. Durch die Bio-Kühlung sank die Temperatur des Moduls um 26 Grad Celsius , was wiederum zu einer relativen Steigerung der elektrischen Energieerzeugung von 13,6 Prozent führte.
Immer wieder lassen sich Forscher von natürlichen Formen und Funktionen inspirieren. So wurden mechanische Bäume entwickelt, die CO2 aus der Luft binden und in Biomasse verwandeln. Ein anderes Beispiel sind Algenbäume. Bei ihnen wird eine Algensuppe durch ein System durchsichtiger Röhren gepumpt. Auch sie entziehen CO2 und erzeugen Biomasse.
Quelle: Nature Communications
