Entwicklung aus Japan – Strom aus Solarengie
Entwicklung aus Japan – Strom aus Solarengie – Forscher der Osaka Metropolitan University haben ein Verfahren entwickelt, das bisher ungenutzte Anteile des Sonnenlichts in für Solarzellen besser verwertbare Strahlung umwandelt. Damit ließe sich der Wirkungsgrad künftiger Photovoltaikanlagen deutlich steigern – ohne größere Solarmodule oder zusätzliche Flächen.
Photovoltaikanlagen haben sich in den vergangenen Jahren enorm weiterentwickelt. Moderne Silizium-Solarzellen erreichen heute Wirkungsgrade von über 25 Prozent. Dennoch bleibt ein erheblicher Teil der eingestrahlten Sonnenenergie ungenutzt.
Der Grund: Solarzellen können nur einen bestimmten Bereich des Lichtspektrums effizient in elektrische Energie umwandeln. Besonders langwellige Lichtanteile sowie Wärmestrahlung besitzen zu wenig Energie, um Elektronen in der Solarzelle anzuregen. Diese Energie geht bislang größtenteils verloren. Genau hier setzt die Forschung der japanischen Wissenschaftler an.
Aus Grün wird Violett
Das Team der Osaka Metropolitan University nutzt ein physikalisches Verfahren namens Photonen-Upkonversion. Dabei werden zwei energiearme Lichtteilchen miteinander kombiniert und in ein einzelnes energiereicheres Photon umgewandelt.Vereinfacht ausgedrückt heißt das:
Das erzeugte kurzwelligere Licht kann von herkömmlichen Solarzellen wesentlich besser aufgenommen und in elektrischen Strom umgewandelt werden. Die Wissenschaftler entwickelten dafür spezielle organische Materialien, die diesen Prozess besonders effizient ermöglichen. Ziel ist es, künftig auch jene Energie nutzbar zu machen, die bislang lediglich als Wärme verloren ging.
Mehr Strom ohne größere Solaranlagen
Der große Vorteil dieser Technologie liegt darin, dass bestehende Photovoltaikmodule nicht grundlegend verändert werden müssen. Die Upkonversionsschicht könnte künftig als zusätzliche Beschichtung oder Zwischenschicht integriert werden.
Dadurch wären mehrere Vorteile möglich wie höhere Stromerträge pro Quadratmeter, bessere Ausnutzung des gesamten Sonnenspektrums, effizientere Solaranlagen auch bei diffusem Licht, geringere Stromgestehungskosten, weniger Flächenbedarf für gleiche Energieerträge. Gerade in dicht besiedelten Regionen oder auf Dachflächen könnte diese Technologie erhebliche Vorteile bringen.
Bedeutung für die Energiewende
Mit weltweit steigenden Installationszahlen von Photovoltaikanlagen gewinnt jede Verbesserung des Wirkungsgrades an Bedeutung. Schon wenige Prozentpunkte mehr Effizienz können über die Lebensdauer einer Anlage mehrere tausend Kilowattstunden zusätzliche Energie liefern.
Experten sehen deshalb großes Potenzial in sogenannten photonischen Materialien, die das Sonnenlicht gezielt „aufbereiten“, bevor es auf die Solarzellen trifft.
Die japanische Entwicklung reiht sich in eine Vielzahl internationaler Forschungsprojekte ein, die versuchen, die theoretischen Wirkungsgrenzen klassischer Silizium-Solarzellen zu überwinden.
Bis zur Marktreife wird allerdings noch einige Zeit vergehen. Die Wissenschaftler arbeiten derzeit daran, die Stabilität der Materialien über viele Jahre sicherzustellen sowie eine kostengünstige industrielle Herstellung zu ermöglichen.
Gelingt dies, könnten zukünftige Solarmodule deutlich effizienter arbeiten, ohne dass bestehende Produktionsverfahren komplett neu entwickelt werden müssen.
Ausblick – Die Photovoltaik gilt bereits heute als eine der wichtigsten Säulen der Energiewende. Innovationen wie die Photonen-Upkonversion könnten den nächsten Technologiesprung einleiten. Statt wertvolle Sonnenenergie als Wärme ungenutzt zu verlieren, könnte sie künftig in zusätzlichen Solarstrom umgewandelt werden.
Für Privathaushalte, Unternehmen und große Solarparks würde dies bedeuten: Mehr Strom aus derselben Sonneneinstrahlung – und damit eine noch wirtschaftlichere Nutzung erneuerbarer Energien.
