Die Allwetter-Solarzelle
Photovoltaikanlagen sind bei Regen nutzlos. Chinesische Forscher wollen das ändern.
Wenn ein Regenguss vom Himmel kommt, liefern Photovoltaikanlagen auch keinen Saft. Entsprechend benötigt man für diesen Zeitraum andere Energiequellen – oder muss sich zuvor in Sonnenzeiten gespeichertem Batteriestrom bedienen, um solche Phasen zu überbrücken.
Ein Team um den Materialwissenschaftler Qunwei Tang vom Institute of Materials Science and Engineering der Ocean University of China in Qingdao hat nun in Zusammenarbeit mit Kollegen an der Yunnan Normal University in Kunming eine Allwetter-Solarzelle entwickelt, die sowohl Lichtstrahlen als auch Regentropfen in Strom verwandeln kann. Das Ziel: Mit einer Photovoltaikanlage soll sich bei jeder Wetterlage Energie erzeugen lassen, ein Ausweichen auf andere Energieträger soll unterbleiben können.
(Bild: Qunwei Tang et.al.)
Für ihre Idee haben die Wissenschaftler zunächst Solarzellen mit einem hauchfeinen transparenten Film aus Graphen überzogen, der aus Photovoltaikmodulen zusätzlich eine Art Kondensator (pseudocapacitor) macht, heißt es in ihrer Studie, die in "Angewandte Chemie" erschien. "Das neue Konzept könnte die Entwicklung einer fortschrittlichen Allwettersolarzelle einleiten", so das Team. Diese soll dann ständig Strom erzeugen – und nicht nur bei Sonnenschein.
Zwischen der hochleitfähigen Kohlenstoffschicht, den im Regen enthaltenen Salzen wie Natrium oder Kalzium sowie dem Wasser entwickelt sich bei schlechtem Wetter auf der Oberfläche der Solarzelle ein elektrisches Potenzial, das sich zur Energieerzeugung nutzen lässt. Dabei kommt es zu einer Lewis-Säure-Base-Reaktion, die sonst unter anderem zum Entfernen organischer Farben aus Lösungen verwendet wird.
In Laborversuchen mit einer mit Graphen überzogenen Grätzel-Zelle (Farbstoffsolarzelle) wurden den Forschern zufolge immerhin "Hunderte Mikrovolt" erzeugt – mit leicht salzigem Wasser, das man zur Regenwassersimulation eingesetzt hat. Echtwelttests sollen folgen.
Praktische Anwendungen sind aber noch ungewiss. Denn trotz des Konzeptbeweises konnte die Zelle nur 6,5 Prozent der vorhandenen Energie in Elektrizität umwandeln, reguläre Solarzellen schaffen 20 Prozent und mehr. Dieser geringe Wirkungsgrad soll sich aber noch steigern lassen, um eine echte Allwetter-Solarzelle zu schaffen, hoffen die Forscher.
In China arbeitet man unterdessen auch noch an anderen Formen der solaren Energieversorgung. Die Regierung in Peking plant, bis 2020 Solarthermiekraftwerke mit einer Leistung von insgesamt 10.000 Megawatt aufzubauen. Laut einer Untersuchung der Fachwebsite CSP World sind derzeit 16 Anlagen geplant oder im Bau. Allerdings sind nur Pilotkraftwerke aktuell am Netz, die mit einem Megawatt oder weniger arbeiten.
Die Solarthermie ermöglicht ebenfalls einen Allwetterbetrieb, weil sie Wärme unter anderem in Form von Schmelzsalzen zwischenspeichert, die auch bei schlechtem Wetter oder in der Nacht zur Dampferzeugung für den Turbinenbetrieb verwendet werden können. (bsc)
