Von Natur inspiriert: Solarblätter erzielen phänomenale Stromausbeute

Immer wieder bedient sich die Wissenschaft an Vorbildern aus der Natur. Ein Team des Imperial College London hat ein neues Photovoltaik-Design entwickelt, das auf einem künstlichen Blatt beruht. Diese Solarblätter können nicht nur ordentlich Strom erzeugen, mit ihrer Hilfe lässt sich sogar Trinkwasser herstellen. Die künftigen Einsatzmöglichkeiten dürften vielseitig ausfallen.

Solarblätter revolutionieren Strom- und Wassergewinnung

Heutige Solarmodule werden meistens als große, zusammenhängende Platten ausgeliefert. Alternativ gibt es zwar kleinere Formen von Solarmodulen auf dem Markt wie beispielsweise Solarziegel, deren Marktanteil fällt jedoch wesentlich geringer aus. Die neuen Solarblätter sind tatsächlichen Blättern nachempfunden und können rund 40 Prozent mehr Strom erzeugen als klassische Solarzellen. Insgesamt erreichen sie damit einen Wirkungsgrad von etwa 34 Prozent, während klassische Solarmodule um die 24 Prozent als Wirkungsgrad aufweisen. Besonders überraschend ist dabei, dass die Innovation kostengünstige Materialien verwendet. Sie könnten also in großer Menge preiswert produziert werden.

Bisher können Solarmodule nur einen Teil der Sonnenenergie in Strom verwandeln. Der Rest verwandelt sich in Abwärme, welche die PV-Module aufheizt und damit die gesamte Ausbeute senkt. Die Solarblätter hingegen ahmen den Wasserkreislauf eines Baumes nach. Dadurch gelingt es, ihnen sich selbst zu kühlen, ohne dass mechanische Bauteile dafür benötigt werden. Durch die kühleren Solarzellen steigt die Effizienz der Stromgewinnung. „Dieses innovative Design birgt ein enormes Potenzial für eine deutliche Leistungssteigerung von Solarmodulen und gewährleistet gleichzeitig Kosteneffizienz und Praktikabilität“, äußerte sich Dr. Gan Huang, Honorary Research Fellow am Department of Chemical Engineering. Innerhalb der Solarblätter finden sich Naturfasern, die Blattadern nachahmen. Zusätzlich setzt die Erfindung auf Gele, die die gleiche Funktion einnehmen wie Speicherzellen in der Natur. Dadurch imitiert das PV-Blatt den Prozess, mit dem Pflanzen Wasser von ihren Wurzeln bis zu ihren Blättern bringen.

Weder Pumpen noch anderes Zubehör ist zur effektiven Kühlung der Solarzellen nötig. Durch den natürlichen Kreislauf wird die Wärme von den PV-Zellen abgeleitet. Alles, was dafür notwendig ist, ist der Kontakt der Solarblätter zur Sonnenwärme. Da das Prinzip auf den Eigenschaften der verbauten Materialien fußt, ist nicht nur die Herstellung günstig, sondern auch der dauerhafte Einsatz. Die Solarblätter können vollständig auf zusätzliche Bauteile wie einen Motor oder andere Steuerelemente verzichten, was zusätzlich zu einer langen Lebensdauer beitragen dürfte.

Stromgewinnung nicht einzige Anwendungsmöglichkeit

Durch die Art, wie die PV-Blätter den natürlichen Wasserkreislauf von Blättern nachahmen, erzeugen sie wesentlich mehr Wärme als Strom. Die Erwärmung des Wassers kann daher dazu genutzt werden, um neben Strom auch Warmwasser und Süßwasser herzustellen. Dadurch könnten die neuartigen Solarzellen nicht nur weltweit einen Beitrag zur Energiewende leisten, sondern ebenso zur Süßwassergewinnung. Die Wärmeenergie fällt dabei wesentlich höher aus als die Stromgewinnung. In einem Test stellten die Forscher fest, dass beim Bescheinen einer Photovoltaik-Zelle mit 1.000 Watt Sonnenenergie pro Quadratmeter rund 590 Watt der Energie in Wärme abgeführt werden. Herkömmliche Module verwenden diese Energie nicht. Durch die Bio-Kühlung der Solarblätter sank die Temperatur der Module jedoch um 26 Grad Celsius, was zugleich die Effizienz der Stromerzeugung verbessert. Kombiniert man diesen Prozess mit einer Prozesskette, die die abgeleitete Wärmeenergie verwendet, könnten die Solarblätter künftig Strom, Süßwasser und Warmwasser weltweit bereitstellen.