Solarenergie: Mehr Lichtausbeute durch Nanokugeln

Die Energiegewinnung aus Sonnenlicht kann den Verbrauch fossiler Rohstoffe verringern helfen und so dem Umweltschutz dienen. Auch wenn in den vergangenen Jahren mit Sonnenkollektoren (Wärmeerzeugung) und Photovoltaiksystemen (Stromerzeugung) bereits große Fortschritte erreicht wurden, gibt es immer noch deutlichen Verbesserungsbedarf im Hinblick auf die Energieausbeute.

Solarkollektor auf Hausdach
Solaranlagen mit Nano-Siliziumdioxid wandeln bis zu 6 Prozent mehr Licht in Wärme um und erzeugen bis zu drei Prozent mehr Strom als herkömmliche Anlagen. (Foto: Fraunhofer Institut für Silicatforschung)

Deutsche Forscher und Unternehmer haben bereits vor Jahren die Optimierung der Glasabdeckungen von Solarmodulen in Angriff genommen.

Der Grund: Selbst an hochwertigem Glas werden zwei Prozent des einfallenden Lichts vom Glas „geschluckt“ (absorbiert) und gestreut.

Acht Prozent werden an den Grenzflächen zwischen Luft und Glas reflektiert. Nur 90 Prozent des einfallenden Lichts gelangen durch die Scheibe. Senkt man mit einer speziellen Glasbeschichtung die Reflexion, steigt die Lichtausbeute.

 

Nanotechnologie: Beschichtung macht Solaranlagen effizienter

Der deutsche Physiker und Optiker Joseph von Fraunhofer hatte bereits zu Anfang des 19. Jahrhunderts entdeckt, dass Schichten mit winzigen Poren die Reflexion des Lichts herabsetzen.

Dieses Prinzip gilt noch heute. Moderne Antireflexschichten für Solarglas werden nach dem Sol-Gel-Verfahren aufgebracht und beruhen auf dichten Packungen von Siliziumdioxid-Nanokugeln (20 bis 50 nm Durchmesser). Zwischen den dicht gestapelten Nanokugeln ist Luft in Hohlräumen von wenigen Nanometern Durchmesser eingelagert. Diese Struktur lässt mehr Licht hindurch als unbeschichtetes Glas.

schematische Darstellung von Glas mit einer Anti-Reflexionsschicht
Vergleich der Lichtenergieausbeute eines Sonnenkollektors mit und ohne antireflexbeschichtetem Solarglas.

Bei doppelseitiger Beschichtung der Abdeckgläser kann ein sehr breites Wellenlängenspektrum des Sonnenlichts (400 nm bis 2.500 nm) für die Energiegewinnung genutzt werden und die Energieausbeute steigt um 6 Prozent. Dies funktioniert auch morgens und abends, wenn das Licht flach auf die Erde fällt. Herkömmliches Glas reflektiert bei derart flachem Lichteinfall vergleichsweise viel Licht.

Mit modernem Solarglas auf Basis der Nanotechnologie wandelt ein Sonnenkollektor jährlich bis zu 6 Prozent mehr Licht in Wärme um, eine Photovoltaikanlage erzeugt abhängig von geografischer Lage und Klima pro Jahr bis zu drei Prozent mehr Strom.

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