Beschichtung entsorgt Hitze ins All

Illustration des Konzepts. Credit: Stanford Engineering

Es ist ein Dilemma: Je heißer Solarzellen werden, desto weniger effizient wandeln sie Sonnenlicht in Elektrizität um. Für dieses Problem haben US-Forscher nun einen cleveren Lösungsansatz entwickelt: Ein transparentes Material, das Licht passieren lässt, aber gleichzeitig thermische Energie ins Weltall abstrahlt. Neben Anwendungsmöglichkeit in der Solartechnik könnte die Beschichtung auch farbenprächtige und gleichzeitig kühlende Auto-Oberflächen ermöglichen, sagen die Entwickler.

Es handelt sich um einen alltäglichen Effekt: Warme Objekte, wie beispielsweise unser Kopf, strahlen unter freiem Himmel Energie in Form von Wärmestrahlung ins Weltall ab. Genau dieses Prinzip nutzen die Forscher um Shanhui Fan von der Stanford School of Engineering gezielt bei ihrem Konzept. Es basiert auf einem dünnen kristallinen Silizium-Material, das eine spezielle Struktur aus feinen Löchern besitzt.

Material mit coolen Eigenschaften

Diese Eigenschaften machen das Material für das sichtbare Licht durchlässig, was für die Energiegewinnung der Solarzelle unerlässlich ist. Gleichzeitig kann es aber auch thermische Strahlung absorbieren und wieder abstrahlen. "Solar-Paneele müssen auf die Sonne ausgerichtet sein, um zu funktionieren, auch wenn die entsprechende Hitze der Effizienz schadet", sagt Fan. "Unser System ermöglicht die Passage von Sonnenlicht und erhält damit die Absorption. Gleichzeitig kühlt es aber auch durch Abstrahlen der Wärme und verbessert somit den Wirkungsgrad der Solarzelle", resümiert der Wissenschaftler die Effekte.

Bis zu 13 Grad Gewinn

Die Versuche der Forscher bestätigten dies: Das Material beeinträchtigte die Sonnenabsorption tatsächlich nicht - in einigen Fällen verbesserte sie sich sogar. Der Gewinn bei der Temperatur war ihnen zufolge deutlich: Die Versuchs-Solarzellen blieben um bis zu 13 Grad Celsius kühler im Vergleich zu einem ungeschützten System. Grund dafür war die abgestrahlte Energie im Wellenlängenbereich von acht bis dreizehn Mikrometern. Das entspricht dem Bereich, in dem die Atmosphäre gegenüber Infrarotenergie durchlässig ist - somit kann sie ins Weltall entweichen.

Für eine typische Solarzelle mit einem Wirkungsgrad von 20 Prozent würde der Kühleffekt  die Effizienz um ein Prozent steigern, sagen die Entwickler. Unterm Strich handelt es sich dabei um einen erheblichen Gewinn für die Energieproduktion. Sie sind optimistisch, dass sich ihre thermischen Overlays auch im Großformat produzieren lassen, um den Effekt im gewerblichen Maßstab nutzen zu können.

Coole, farbenprächtige Autos

Den Forschern zufolge geht das Potenzial ihres Konzept aber durchaus weit über die Solartechnik hinaus. Es könnte bei allen Anwendungen zum Einsatz kommen, bei denen visuelle Transparenz und gleichzeitige Kühlungseffekte wichtig sind. "Beispielsweise ein leuchtend rotes Auto: Neben dieser schönen Farbe erscheint auch ein Kühleffekt wünschenswert. Es gibt zwar kühlende Beschichtungen, aber wenn sie nicht völlig transparent sind, wird es mit der Farbe problematisch", sagt Co-Autor Linxiao Zhu. Das liegt daran, dass für die Farbwahrnehmung ein Objekt sichtbares Licht reflektieren können muss. "Unsere fotonische Kristall-Beschichtung kann Wärme abstrahlen ohne die Farbe zu beeinträchtigen", betont der Wissenschaftler.

Reload-Capcha neu laden Text der identifiziert werden soll

Bitte geben Sie zusätzlich noch den Sicherheitscode ein!

Rubriken

 


Harte Nuss
Rätsel: Berühmte Entdecker gesucht

 

Der Buchtipp

Der italienische Ökologe und Insektenforscher Gianumberto Accinelli erklärt Dominoeffekte in der Natur kindgerecht und mit einer Prise Humor. Sein Sachbuch ist Wissensbuch des Jahres 2017 in der Kategorie Perspektive.

Zu allen Buchtipps


Alle Rechte vorbehalten
Vervielfältigung nur mit Genehmigung der Konradin Mediengruppe