Dieses Fenster produziert Strom – dank neuer halbtransparenter Solarzellen
Glasflächen gäbe es auf Hongkonger Wolkenkratzern genug. Was, wenn diese effizient Strom produzieren könnten? (Foto: Dorason/Shutterstock)
Ein Hongkonger Forschungsteam hat einen neuen Rekord bei der Effizienz von halbtransparenten Solarzellen erzielt: Die sogenannten ST-OPV–Zellen erreichten eine Lichtnutzungseffizienz von 6,05 Prozent. Das ist bislang der höchste Messertwert bei semi-transparenten Solarzellen.
Kern der Arbeit ist ein neues Bewertungskriterium namens FoMLUE, mit dem sich Materialien für Solarzellen systematisch prüfen und vergleichen lassen. Ziel: Photovoltaik in Fenster, Fassaden oder Glasscheiben im Rahmen von Building-Integrated Photovoltaics (BIPV) wirtschaftlich nutzbar machen.
Technologie-Update für architektonische Solaranwendungen
Die Herausforderung im BIPV-Bereich liegt bis heute hauptsächlich darin, Transparenz und Stromerzeugung der Solarzellen zu balancieren: Je heller und durchsichtiger eine Fläche, desto weniger Sonnenlicht wird zur Stromgewinnung genutzt. Je dunkler und undurchsichtiger, desto besser eignet sie sich zur Stromerzeugung, umso schwerer lässt sie sich aber unauffällig verbauen.
Eine aktuelle Studie, die in Nature Communications veröffentlicht wurde, zeigt jetzt, dass bestimmte neue Materialien eine verbesserte Kombination aus hoher Lichttransmission und effizienter Energieumwandlung bieten. Das Forschungsteam konnte zudem nachweisen, dass Komponenten mit hohem FoMLUE-Wert eine bessere Wärmeisolierung und Langzeitstabilität aufweisen.
Glasflächen mit Funktion: Deutliche Energieeinsparungen gemessen
Die Anwendung städtischer Klimamodelle für 371 Städte in China zeigt: ST-OPV-verglaste Fenster erzielen in über 90 Prozent der Regionen spürbare Energieeinsparungen im Gebäudebetrieb.
In sonnenreichen Gegenden mit heißen Sommern und warmen Wintern wurden Einsparungen von bis zu 1,43 GJ pro Quadratmeter und Jahr gemessen. Das sind umgerechnet 397 Kilowattstunden, was in neueren Häusern zum Beispiel den Jahresbedarf an Heizenergie um ein Vielfaches übersteigen kann.
Natürlich handelt es sich bei diesen Werten um Idealbedingungen, die sich nicht ohne weiteres auf Gebäudestrukturen weltweit übertragen lassen. Dennoch ist klar das große Potenzial hinter der Technologie erkennbar: Gebäude, die ganz ohne sichtbare Solarzellen selbst (quasi) emissionsfreue Energie produzieren und sich selbst versorgen.
Dafür dürfen die neuen Materialien selbst natürlich auch bei ihrer Herstellung nicht zu viel CO2-Ausstoß verursachen. Laut der Studie sind ST-OPVs jedenfalls icht nur billig zu produzieren, sondern auch ökologisch nachhaltig.
Solarfenster: Die nächsten Schritte
Die Forschenden nennen als nächstes Ziel die Skalierung dieser Technik auf großflächige Module und die Verbesserung der Langzeitstabilität. Der Einsatz in realen Architektur-Projekten rückt damit näher. Außerdem könnten die Zellen auf E-Autos und in der Landwirtschaft auf Treibhäusern Anwendung finden.
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