Solarthermie und Solarzellen: Kombinationslösungen zur Dauerversorgung

Das größte Problem der Photovoltaik besteht darin, dass die Stromerzeugung nicht regelbar ist. Scheint die Sonne, produzieren die Module Strom. Bei schlechtem Wetter sinkt die Stromproduktion erheblich, nachts wird überhaupt kein Strom produziert. Diese Erkenntnis ist nicht neu und hat zum Beispiel in Deutschland dazu geführt, dass ein spezielles Förderprogramm für Photovoltaikanlagen mit Stromspeichern ins Leben gerufen wurde. Die amerikanische Advanced Research Project Agency (ARPA) will sich dieses Problems nun ebenfalls annehmen.

Die ARPA ist eine staatliche Forschungseinrichtung, die grundlegende technologische Probleme bearbeitet und dabei auf beachtliche Erfolge verweisen kann. Schon in den 60er Jahren entwickelte sie beispielsweise eine dezentrale Vernetzung von Rechenzentren verschiedener Universitäten über Telefonleitungen. Dieses „Arpanet“ gilt heute als Beginn des Internets.

Energiespeicherung als zentrale Herausforderung

Um die Stromerzeugung einer Solaranlage und den Stromverbrauch zeitlich zu entkoppeln, muss die Energie gespeichert werden, um sie beispielsweise nachts nutzen zu können. Der Einsatz von Batteriespeichern zur Speicherung des Stroms aus Solarmodulen ist dabei nur ein denkbarer Weg. Die ARPA möchte Sonnenenergie stattdessen in Form von Wärme speichern, die anschließend zur Dampferzeugung genutzt wird. Auf diese Weise könnte ein Generator angetrieben werden. Ein sehr einfacher Weg wäre die Verwendung der heute schon angebotenen Hybridmodule. Diese bestehen im Prinzip aus nebeneinander montierten Solarzellen und Solarkollektoren. Das bedingt allerdings einen hohen Flächenbedarf und letztlich auch hohe Kosten. Da Photovoltaikmodule nur kleine Teile des einfallenden Lichtspektrums nutzen, schlägt die ARPA einen anderen Weg vor. Dabei soll die gesamte zur Verfügung stehende Fläche für die Stromerzeugung genutzt werden. Zur Erzeugung von Wärme werden nur die Anteile des Lichtspektrums genutzt, die nicht in Strom umgewandelt werden können.

Zwei Wege

Um das zu erreichen, sind grundsätzlich zwei Wege denkbar. Der erste besteht darin, Solarmodule zu entwickeln, denen Hitze nichts ausmacht. In diesem Fall könnte man das nicht zur Stromerzeugung nutzbare Licht zur Aufheizung der Module nutzen und diese Wärme in Speicher abführen. Heutige Module sind dazu denkbar ungeeignet. Erstens büßen sie bei Erhitzung deutlich an Leistung ein und zweitens leidet die Lebensdauer empfindlich, wenn die Module zu heiß werden. Es wären also vollkommen neuartige Solarmodule erforderlich. Der zweite denkbare Weg bestünde darin, das Sonnenlicht zu filtern, bevor es auf die Photovoltaikmodule trifft. Erforderlich wäre dazu eine Vorrichtung, die den von den Solarmodulen nicht nutzbaren Anteil des Spektrums absorbiert und ihn dabei in Wärme umwandelt. Der zur Stromerzeugung verwertbare Spektralanteil müsste diese Vorrichtung dabei ungehindert passieren. Genutzt werden könnte eine Flüssigkeit mit darin enthaltenen Nanopartikeln, die Licht spezieller Wellenlängen absorbieren.

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