Innovativ: Diese Solarzelle enthält eine eigene Batterie

Eine neuartige, innovative Solarzelle, die ein Photovoltaik-Modul mit einem Energiespeicher kombiniert, konnte beeindruckende Effizienz bei der Speicherung von Energie erreichen. Anders als bei konventionellen Batterien werden bei der Produktion dieser Solarzellen weder Seltene Erden noch andere seltenen Materialien benötigt.

Innovative Kombination

Das „solare Hybridsystem“ kombiniert Photovoltaik-Panels mit einem Energiespeicher-System in einem einzelnen Gerät. Bei der Entwicklung mussten allerdings einige Herausforderungen bewältigt werden. Eine dieser Herausforderungen ist die durch die Sonneneinstrahlung verursachte Wärme, die die Effizienz der Photovoltaik-Zellen um etwa 20 bis 25 Prozent senkt. Ein weiteres Problem ist, dass die Produktion aktueller Energiespeicher-Lösungen häufig seltene, wenig nachhaltige Materialien benötigt.

Forscher:innen der Chalmers University of Technology in Schweden sowie der Universitat Politècnica de Catalunya, Barcelona Tech in Spanien haben eine neue Hybrid-Solarzelle entwickelt, die sich beider dieser Probleme annimmt und effiziente Solarzellen mit einer effizienten Energiespeicherung kombiniert, ohne dabei auf seltene Materialien angewiesen zu sein.

Silizium-basierte Photovoltaik-Systeme sind derzeit die am weitesten verbreitete Technik im Solarbereich. Silizium ist in großen Mengen verfügbar, seine Verwendung in Photovoltaik-Modulen ist nicht nur kosteneffizient, sondern auch skalierbar und nachhaltig. Entsprechende Solarzellen sind außerdem relativ effizient, wenn es darum geht, Sonnenlicht in Elektrizität umzuwandeln. Allerdings sind sie auch anfällig für Überhitzung, die die Effizienz deutlich zurückgehen lässt.

Energiespeicher und Kühlsystem in einem

Normalerweise werden daher thermische Absorber in Solarzellen integriert. Die Forscher:innen wichen von diesem Ansatz ab und kombinierten eine Solarzelle mit einem innovativen molekularen solarthermischen Energiespeichersystem, das sie als MOST abkürzen. Dieses System wird auf eine PV-Zelle gesetzt. Es enthält organische Moleküle, die durch einen mikrofluidischen Chip fließen und Sonnenlicht als chemische Energie speichern können. Der Prozess dahinter heißt Photoisomisierung: Organische Moleküle verändern dabei ihre Struktur unter dem Einfluss von Sonnenlicht.

Die organischen Moleküle speichern also die Energie des Sonnenlichts und kühlen dabei gleichzeitig die PV-Zellen, indem sie als optischer Filter agieren. Das MOST-System erlaubt so sowohl die Erzeugung von Elektrizität als auch die chemische Speicherung thermischer Energie.

Erste Tests des Systems liefen erfolgreich

Die Forscher:innen testeten ihr System unter realistischen Bedingungen im November 2022 in Barcelona. Die Effizienz der Energiespeicherung lag dabei bei 2,3 Prozent, was die höchste bisher erreichte Effizienz eines solchen Systems ist. Zudem wurde die Temperatur der PV-Zellen um etwa 8 Grad gesenkt, was ihre Effizienz um 12,6 Prozent erhöhte. Insgesamt nutzte das System bis zu 14,9 Prozent der Solarenergie.

In dem System kommen zudem weit verbreitete Elemente wie Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff zum Einsatz. Teure und seltene Materialien wie Lithium, Kobalt oder Nickel werden nicht genutzt.

„Despite the potential for further optimization, this development is a significant stride toward a long-duration energy storage technology that complements PV systems„, so die Forscher:innen.

Das MOST-System übersteht mehr als 1000 Ladezyklen mit nur minimalem Kapazitätsverlust, könnte also über einen längeren Zeitraum genutzt werden. Die Forscher:innen gehen davon aus, dass ihr System dem steigenden Bedarf an sauberer Energie sowie effizienter Energiespeicherung begegnen kann.

via UPC