Sonnenenergie: Spezielle Solaranlage liefert Strom und Wasser

Schweizer Forscher wollen den Wirkungsgrad von Solarzellen deutlich erhöhen: Sie haben eine Solaranlage entwickelt, die eine Mischung aus Photovoltaik- und Solarthermieanlage ist. Sie soll elektrische Energie sowie heißes Wasser oder Trinkwasser liefern.

Hochkonzentrations-Photovoltaisches System (High Concentration Photovoltaic Thermal, HCPVT) heißt das Konzept. Das System soll nach Angaben der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) in Zürich "eine 2000fache Konzentration des Sonnenlichts aufnehmen und 80 Prozent der einfallenden Strahlung in nutzbare Energie umwandeln".

Es besteht aus einem Empfänger mit Photovoltaikmodulen (PV) und einem Parabolspiegel, der aus Spiegelfacetten zusammengesetzt ist. Der Spiegel sitzt auf einem Trackingsystem, das ihn nach der Sonne ausrichtet. Der Parabolspiegel bündelt die Sonnenstrahlen und reflektiert sie auf den Empfänger, der mit über 100 PV-Modulen, sogenannten Triple-Junction-Chips, besetzt ist, die 1 x 1 Zentimeter groß sind. Diese wandeln 30 Prozent der gebündelten Sonnenstrahlen in elektrische Energie um.

Warmwasserkühlung

Da die Sonnenstrahlen auf die Photovoltaikchips fokussiert werden, erhitzen sich diese stark und müssen gekühlt werden. Das Substrat, auf dem der Chip sitzt, ist von Mikrokanälen durchzogen, durch die Wasser als flüssiges Kühlmittel gepumpt wird. Das Kühlsystem ist die von IBM entwickelte Warmwasserkühlung, die auch in den Supercomputern Aquasar an der ETH und dem SuperMUC am Leibniz-Rechenzentrum (LRZ) in Garching eingesetzt wird.

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Schema der Funktionsweise (Bild: ETH Zürich)

Das erwärmte Wasser solle dann seinerseits wieder genutzt werden, etwa zum Heizen oder Kühlen. Eine andere Möglichkeit sei, eine HCPVT-Anlage zum Entsalzen von Wasser zu nutzen, erklären die ETH-Wissenschaftler: Das auf 90 Grad erhitzte Wasser würde in dem Fall durch ein Membran-Entsalzungssystem geleitet, wo es verdampft und so entsalzt wird. Eine solche Anlage könnte 30 bis 40 Liter Trinkwasser pro Quadratmeter am Tag und dabei noch Strom liefern. Etwa die Hälfte der Abwärme lasse sich nutzen.

Beton statt Stahl

Auf teure Konstruktionen aus Stahl und Glas wollen die Entwickler verzichten und sie durch günstigere aus Beton und metallisierte Folien ersetzen. So wird etwa der Sonnenfolger aus Beton bestehen. Das soll die Produktionskosten niedrig halten. Dadurch und aufgrund der hohen Effizienz soll eine Kilowattstunde (kWh) Strom, die mit der HCPVT-Anlage produziert wird, im Schnitt weniger als 10 US-Cent kosten.

An dem Projekt sind neben der ETH Zürich die Interstaatliche Hochschule für Technik in Buchs im Kanton St. Gallen, IBM Research und das Schweizer Solarunternehmen Airlight Energy beteiligt.