Wissenschaft kann die Solardividende verdoppeln

Die Wissenschaft kann die Solardividende verdoppelnv

Das Sonnenlicht kann mit neuer Technologie viel mehr Energie produzieren. Bild: Marty Finney ein Unsplash

Forscher haben drei neue Wege gefunden, um die Solardividende zu verdoppeln, die Sonne härter arbeiten zu lassen und der erneuerbaren Wirtschaft mehr zu bringen.

Ein neues, durchscheinendes Material, das nur aus Siliziumdioxid und Luft besteht, kann die Solardividende verdoppeln, indem es Sonnenwärme sammelt und Erhöhen der Temperaturen auf 200 ° Cund neue Möglichkeiten für die Beheizung von Wohnhäusern oder die Energieversorgung industrieller Prozesse eröffnen.

Und andere Forscher in derselben US-Stadt glauben, dass sie auf dem richtigen Weg sind, viel mehr Strom aus Solarzellen zu liefern. Sie haben gefunden ein Weg, ein einzelnes Photon aus Licht zu machen, nicht ein Elektron, sondern zwei zu entfernen.

Ein drittes Team in Saudi-Arabien hat jetzt gezeigt, dass ihre Solaranlagen nicht nur elektrischen Strom erzeugen können, sondern auch Meerwasser in frisches Trinkwasser verwandeln möglichst in einem Ansatz.

Alle drei Technologien befinden sich im Labor. Alle drei sind weit von einer kommerziellen Verwertung in jeglichem Umfang entfernt. Alle drei sind jedoch auch ein Beweis für den außergewöhnlichen Erfindungsreichtum und die Vorstellungskraft, die in den Laboratorien der Welt zum Einsatz kommen, da Wissenschaftler nach neuen Wegen suchen, um die Energieproblematik einer Welt ohne Kohlenstoffausstoß zu bewältigen und mehr Leistung zu liefern, ohne die Planetentemperatur auf gefährliche Werte zu bringen.

Forscher haben an Wegen gearbeitet, um Kohlendioxid wieder in Kraftstoff verwandeln leben, warme und helle Häuser mit transparentem Holz leben, Strom aus Schritten erzeugen und elektrische Energie aus Verdunstung ernten.

Sonnensprung

Alle drei neuesten Entwicklungen nutzen das Sonnenlicht auf unterschiedliche Weise und verwenden neue Materialien, um die Effizienz zu steigern.

Forscher des Massachusetts Institute of Technology berichten im Journal der American Chemical Society ACS Nano dass sie ein Isoliermaterial entwickelt haben, das zu 95% durchscheinend ist.

Ein Aerogel ist ein Schaum, der mit Kieselsäure hergestellt und nicht mit Wasser, sondern mit Luft zusammengehalten wird. Diese bemerkenswerten Stoffe gibt es schon seit Jahrzehnten - die US-Raumfahrtbehörde Die Nasa hat mit ihnen experimentiert - und obwohl diese unwahrscheinlichen Strukturen unvergleichliche Dämmeigenschaften aufweisen, waren sie bisher nur begrenzt transparent.

Die Forscher haben eine Version entwickelt, die so leicht und klar ist, dass sie so gut wie unsichtbar ist. Licht kommt durch und erzeugt Wärme - aber die Wärme kann nicht entweichen und baut sich in einem passiven Sonnenkollektorsystem aus dunklem, lichtabsorbierendem Material auf. Ein Testgerät auf dem Dach des MIT-Gebäudes konnte während eines frostigen Winters in Massachusetts die Temperaturen auf 220 ° C anheben.

Regelbrecher

Andere Wissenschaftler derselben Institution berichten in der Zeitschrift Natur dass ihre neue voll funktionsfähige Solarzelle gegen eine der Regeln der Physik zu verstoßen scheint: Bisher war jede herkömmliche Solarzelle auf Siliziumbasis durch einfache Arithmetik begrenzt. Es braucht ein Photon Licht, um ein Elektron zu entfernen und einen Strom aufzubauen.

Aus diesem Grund beträgt der maximale theoretische Wirkungsgrad einer Solarzelle 29.1%. Ein spezielles Team am MIT hat jedoch mit einer neuen Klasse von Materialien experimentiert, die als Excitons bezeichnet werden. Dabei handelt es sich um Stoffe, die in einem angeregten Zustand vorliegen und die es ermöglichen, dass sich Energiepakete ausbreiten, verbinden oder teilen.

Und in den jüngsten Experimenten absorbiert die Beschichtung aus einem Exitonic-Material einer Siliziumzelle mit einer Dicke von nur 10 Milliardstel Metern ein Lichtphoton, um ein Exziton zu bilden, das sich dann in zwei Teile aufteilt.

Der Forschungsdurchbruch klingt einfach, hat die MIT-Wissenschaftler jedoch jahrelang beschäftigt, bevor sie einen Weg fanden, die zusätzliche Energie in die Siliziumsolarzelle zu übertragen und zwei Elektronen aus einem Paket Sonnenlicht in Bewegung zu versetzen.

„Diese Strategie… hat das Potenzial, ein Elektrizitätswerk von einem anderen Wasserverbraucher zu einem Frischwassererzeuger zu machen.“

Theoretisch könnte die neue Oberfläche mit Turbolader den maximalen Wirkungsgrad einer Solarzelle auf über 35% steigern. In der Praxis könnte die kommerzielle Anwendung Jahre entfernt sein.

Ein Team der König-Abdullah-Universität für Wissenschaft und Technologie in Saudi-Arabien hat Photovoltaikzellen mit fortschrittlicher Membrantechnologie gekoppelt, um zwei Probleme gleichzeitig zu lösen.

Die Stromerzeugung ist ein wassergieriger Prozess: In Europa und den USA steht die Hälfte des gesamten Wasserverbrauchs im Dienste der Energieerzeugung. Entsalzung - das Abdestillieren von Süßwasser aus Salzlake - ist ein energiehungriger Vorgang. In arabischen Ländern werden mehr als 15% des gesamten nationalen Stroms von der Süßwasserindustrie verbraucht.

Das saudische Team berichtet in Nature Communications dass es ihnen gelungen ist, zwei solarbetriebene Technologien in einem Arbeitsgang zu kombinieren.

Die Hitze ausnutzen

Sie entwarfen eine dreistufige Membrandestillationsanlage, die auf der Rückseite eines Photovoltaikmoduls montiert ist, damit die normalerweise vom Panel abgegebene Wärme zum Verdampfen von Wasser verwendet wird. Das Gerät hat den gesamten Wirkungsgrad einer kommerziellen Solarzelle, erzeugt jedoch sauberes Wasser mit einer höheren Geschwindigkeit als die meisten vorhandenen Geräte. Der Trick besteht darin, die bei der Photovoltaik-Stromerzeugung normalerweise verschwendete Wärme zu nutzen, um die Frischwasserversorgung energieintensiv zu gestalten.

Laut den Forschern wird 2025 weltweit 969 Gigawatt aus Photovoltaikzellen erzeugen, die sich auf einer Fläche von 4 Milliarden Quadratmetern verteilen. Sie gehen davon aus, dass es jedes Jahr 200-Tage mit angemessener Sonneneinstrahlung geben wird. Sie gehen konservativ davon aus, dass ihre neuen Arrays Süßwasser aus Brack-, Abfall- oder Meerwasser mit einer Rate von 5 Kilogramm pro Quadratmeter und Tag liefern könnten.

An Orten, an denen die Wasserversorgung kein Problem darstellt, kann das überschüssige Wasser dazu verwendet werden, Staub von den Solaranlagen zu waschen oder Pflanzen zu bewässern. Wären alle diese Solaranlagen mit der neuen Membran ausgestattet, könnten sie auch 4 Milliarden Kubikmeter Süßwasser pro Tag produzieren. Das sind 10% des gesamten in 2017 verschluckten Trinkwassers.

Diese Strategie, so die Wissenschaftler, habe das Potenzial, „eine Stromerzeugungsanlage von einem anderen Wasserverbraucher zu einem Frischwassererzeuger zu machen“. - Klima-Nachrichten-Netzwerk

Über den Autor

Tim Radford, freier JournalistTim Radford ist freier Journalist. Er arbeitete für The Guardian 32 Jahre, immer (unter anderem) Briefe Editor, Kulturredakteur, Literaturredakteur und Wissenschaftsredakteur. Er gewann die Association of British Science Writers Auszeichnung für Wissenschaftsjournalist des Jahres vier Mal. Er diente im britischen Komitee für die Internationale Dekade zur Reduzierung von Naturkatastrophen. Er hat in Dutzenden von britischen und ausländischen Städten Vorträge über Wissenschaft und Medien gehalten. 

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Dieser Artikel erschien ursprünglich im Climate News Network

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