Forscher aus den USA arbeiten daran, auch die Abwärme eines Solarmoduls zu nutzen. Ein neues Modul wandelt Infrarotstrahlen in Licht mit einer schmaleren Bandbreite. Die Methode habe das Potenzial, einen Wirkungsgrad von bis zu 80 Prozent zu erreichen.
Zumindest theoretisch. Für den Kenner klingt das komisch. Denn der maximale theoretische Wirkungsgrad von polykristallinen Siliziumzellen liegt bekanntlich bei 29,1 Prozent. Nur dieser Anteil des Lichts ist energiereich genug, um im kristallinen Silizium Elektronen zum Stromfluss anzuregen. Der neue Ansatz basiert demnach auf einer speziellen Anordnung von Nanoröhrchen aus Kohlenstoff, durch die Strahlung im mittleren Infrarotbereich kanalisiert wird. Dadurch steigt die Effizienz deutlich, sagen die Forscher.
Es gibt eine Reihe von Hohlräumen, die sich in einem Film aus ausgerichteten Kohlenstoff-Nanoröhren befinden. Eine Folie schluckt die thermischen Photonen und emittiert Licht in einer schmalen Bandbreite, das sich als Strom recyceln lässt. Bei der Erfindung handelt es sich um einen thermischen Emitter, der intensive Wärme absorbiert, die sonst verloren ginge.
Die „hyperbolische Dispersion“ nutzen
„Indem wir die gesamte vergeudete Wärmeenergie in einen kleinen Spektralbereich pressen, können wir sie sehr effizient in Strom umwandeln“, schildert Gururaj Naik von der Rice University. Die theoretische Vorhersage sei, dass eine Effizienz von 80 Prozent erreicht werden könne. Die Kohlenstoff-Nanoröhrchen eigneten sich für davor, weil sie Temperaturen bis zu 1.700 Grad Celsius aushalten.
Die angeordneten Nanoröhrchen sind Leitungen, die Abwärme aufnehmen und in Photonen mit schmaler Bandbreite umwandeln. Da Elektronen in den Nanoröhrchen nur in eine Richtung wandern können, sind die ausgerichteten Schichten in diese Richtung metallisch und isolieren gleichzeitig in der senkrechten Richtung. Dabei handelt es sich um einen Effekt, den die Forscher als „hyperbolische Dispersion“ bezeichnen. Das bedeutet: Thermische Photonen können den Film aus jeder Richtung treffen, aber nur über eine Richtung verlassen. (nhp)
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