25.04.2023 • Energie

Bunte Kollektoren sammeln Sonnenlicht

Neue Kombination von Solarmodulen und farbigen Designelementen.

Lumineszierende Solar­konzentratoren können diffuses Sonnenlicht einfangen, um es für die Strom­erzeugung zu verwenden. Die Sonnenstrahlung wird durch farbige Kunststoffplatten aufgefangen, an den Rändern wandeln Mikro­solarzellen das entstandene Licht in Elektrizität um. In einer Kooperation der Universität des Saarlandes mit der Universität Pisa wurde ein an der Universität des Saarlandes entwickeltes Material nun erstmals für flexible Solar­konzentratoren eingesetzt.

Abb.: Guido Kickelbick und Doktorandin Svenja Pohl mit einem farbigen...
Abb.: Guido Kickelbick und Doktorandin Svenja Pohl mit einem farbigen Solar­konzentrator. (Bild: O. Dietze, UdS)

An vielen Orten der Erde trifft genügend Sonnen­einstrahlung auf, um Energie zu erzeugen. Jedoch will man nicht überall die klassischen dunklen Photovoltaik­elemente zur Energie­erzeugung verwenden. Lumineszierende Solar­konzentratoren ermöglichen die Kombination von Energieerzeugung und farbigen Designelementen beispielsweise im Bereich des Bauwesens. In der Arbeitsgruppe von Guido Kickelbick an der Universität des Saarlandes wird seit einigen Jahren an flexiblen, silikon­artigen Materialen geforscht, die speziell für optische Anwendungen geeignet sind. „Durch Einbettung von fluores­zierenden Farbstoffen gelingt es uns, langzeit­stabile optische Elemente zu erzeugen, die farbig sind und beim Auftreffen von Licht an den Seiten stark leuchten“, so Kickelbick. 

Das Funktions­prinzip hinter dieser Technologie ist, dass ein Farbstoff, der in Kunststoff eingebettet ist, durch bestimmte Wellen­längen des sichtbaren Lichts angeregt wird. Dabei werden Elektronen im Farbstoff auf höhere Energie­niveaus angeregt; beim Zurückfallen in den Grundzustand schließlich wird Licht einer längeren Wellenlänge emittiert, welches an den Rändern des Kunstoff­körpers aufkonzentriert wird. Bringt man an den Kanten kleine Solarzellen an, so lässt sich Strom erzeugen. Dieses Prinzip funktioniert selbst mit diffusem Licht in der Dämmerung.

„Bisher war es lediglich möglich, solche Bauelement aus hartem Plastik, wie zum Beispiel Plexiglas, zu erzeugen. Unser Material, welches aus einem speziell vernetzten Silikonharz besteht, ermöglicht nun auch flexible Bauelemente“, erläutert Kickelbick. Aufgrund der chemischen Eigenschaften des in Saarbrücken syntheti­sierten Materials zeigen die Bauelemente eine hohe Umwandlungsleistung und eine hohe Lebensdauer, was sie für Außen­anwendungen prädestiniert. Die Eigen­schaften der Farbstoff-Silikon­harz Mischungen wurden an der Universität Pisa in der Arbeitsgruppe von Andrea Pucci untersucht.

Mit lumineszierenden Solar­konzentratoren ist selbst an Standorten mit einer hohen indirekten Strahlung eine Nutzung des konzen­trierten Sonnenlichts möglich, auch wenn die Effizienz nur gering ist. Sie liegt im optimalen Fall nur bei wenigen Prozent. Dennoch stellen die Elemente eine interessante Ergänzung zu herkömmlichen Photovoltaikelementen dar. Die bunten, trans­parenten und lichtdurch­lässige Solar­kollektoren können aufgrund der ansprechenden Optik direkt in Gebäude­strukturen integriert werden, beispielsweise in Lärmschutz­wände an Autobahnen. Bisher wurden lediglich rote Farbstoffe für die Einbettung verwendet, aber in Zukunft sind auch weitere Farben geplant.

UdS / JOL

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