Solarstrom auch in der Nacht

Die US-Forschungsbehörde ARPA-E investiert 30 Millionen Dollar in Verfahren, die billige Sonnenenergie 24 Stunden am Tag zur Verfügung stellen sollen.

Solarstrom auf Basis von Photovoltaikmodulen funktioniert derzeit bekanntlich nur dann, wenn auch die Sonne scheint. Doch neue Hybridsysteme versprechen eine Dauerversorgung mit Sonnenenergie: Die zum US-Energieministerium gehörende Forschungsbehörde ARPA-E steckt nun 30 Millionen Dollar in verschiedene Demonstrationsprojekte, bei denen Solarzellen mit Solarthermie kombiniert wird.

Die ARPA-E meint, dass die Tatsache, dass Solarenergie auf Solarzellenbasis nur zeitweilig zur Verfügung steht, die Technik derzeit noch stark behindert. Sie werde deshalb auf Dauer gesehen höchstens 5 Prozent der gesamten Energieerzeugung in Nordamerika erreichen, glauben die Beamten. "Die ungenutzte Solartechnik wird damit quasi weggeworfen", fürchtet Cheryl Martin, stellvertretende Direktorin der Forschungsbehörde.

Will man Strom aus Photovoltaikmodulen speichern, müssen vergleichsweise teure Batterien her. Solarthermie, bei der Sonnenlicht zur Erhitzung von Wasser verwendet wird, um Dampfturbinen anzutreiben, kann die Energie in isolierten Tanks zwar speichern, ist aber je nach Land fast doppelt so teuer.

Die ARPA-E will daher über verschiedene Wege Kombinationslösungen schaffen. Einige moderne Solarenergiesysteme konzentrieren Sonnenlicht beispielsweise auf kleine, supereffiziente Solarzellen. In der aktuellen Konfiguration wird dieses konzentrierte Sonnenlicht sofort in Strom umgewandelt, während die restliche Energie in der Atmosphäre verpufft. Wenn diese Wärme gesammelt werden könnte, ließe sie sich speichern und zur späteren Generierung von Strom verwendet. Die Herausforderung besteht nun darin, Solarzellen zu entwickeln, die mit deutlich höheren Temperaturen umgehen können – sie müssen widerstandsfähiger werden.

Eine weitere Möglichkeit wäre die Auftrennung des Sonnenlichtspektrums. Solarzellen können bestimmte Wellenlängen sehr gut in Strom umwandeln, andere dagegen nicht. Es wäre denkbar, bestimmte Wellenlängen, die nicht effizient durch Photovoltaik ausgebeutet werden können, zur Erhitzung von Wasser und zur Dampfproduktion einzusetzen.

Ein dritter Ansatz wird gerade von Todd Otanicar entwickelt, einem Maschinenbauprofessor an der University of Tulsa. Er verwendet Nanopartikel, die in einer durchsichtigen Lösung schwimmen, um bestimmte Wellenlängen zu absorbieren. Andere Wellenlängen durchdringen die Lösung dagegen und erreichen so ein Solarmodul. Durch die Absorption des Sonnenlichtes durch die Nanopartikel erhitzen sich diese und die so erwärmte Flüssigkeit kann wiederum zur Dampferzeugung verwendet werden.

Die Idee, sowohl Hitze als auch Elektrizität mittels Solarzellen zu erzeugen, ist nicht neu. Einige Firmen nutzen bereits Röhren auf dem Rücken konventioneller Solarmodule und pumpen Wasser hindurch. Die überschüssige Wärme der Solarmodule erhitzt so das Wasser, was wiederum Warmwassererzeuger überflüssig macht. Solche Systeme sind allerdings nicht sonderlich effizient.

ARPA-E erwägt außerdem, neue Energiespeichersysteme zu fördern, die sowohl Wärme als auch Elektrizität speichern können. Wärme hilft beispielsweise bei der Elektrolyse und kann so den Prozess der Wasserstofferzeugung vereinfachen. Der Wasserstoff würde dann wiederum zum Betrieb von Brennstoffzellen verwendet. Auch bei anderen elektrochemischen Reaktionen wäre die von der Sonne erzeugte Wärme nützlich – beispielsweise bei der Herstellung fossiler Brennstoffe. (bsc)