Durchsichtige Beschichtung verwandelt Fenster in Solar-Kraftwerke
Forscher der Universität Nanjing in China haben eine durchsichtige Beschichtung entwickelt, die Fenster in Solar-Kraftwerke verwandeln soll. Trägt man die Beschichtung auf ein handelsübliches Fenster auf, lässt sich das Sonnenlicht selektiv zum Rahmen des Fensters konzentrieren, wo es von PV-Konzentratorzellen in Strom umgewandelt wird.
Im Gegensatz zu anderen Beschichtungen, die Sonnenlicht konzentrieren, kommt es bei der chinesischen Beschichtung zu keinen optischen Verzerrungen. Etwas dunkler werden die Fenster aber - die Beschichtung leitet nämlich etwa ein Drittel des sichtbaren Lichts um. Durch den hohen Farbwiedergabeindex (91,3) des einstrahlenden Restlichts wird das Aussehen des Fensters bzw. des Innenraums nicht zu sehr verändert. Zum Vergleich: Der Farbwiedergabeindex von weißen LEDs liegt zwischen 75 und 98.
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Flüssigkristalle leiten Licht um
Die Beschichtung besteht aus cholesterischen Flüssigkristallen, die bestimmte Wellenlängen des Lichts reflektieren. Solche Flüssigkristalle kennt man etwa von aktualisierbaren Preisschildern in Supermärkten. Diese Kristalle können so gestapelt werden, dass optische Eigenschaften wie Reflexion oder die Umlenkung des Lichts gezielt gesteuert werden können.
Etwa ein Drittel des sichtbaren Lichts wird abgelenkt.
© Zhang et al
"Der Aufbau der Kristallstruktur erlaubt es uns, Licht gezielt in steilen Winkeln abzulenken", sagt Erstautor Dewei Zhang in einer Aussendung. "So kann etwa 38,1 Prozent der einfallenden grünen Wellenlänge (532 nm) am Rand gesammelt werden." Zhang spricht dabei von grünem Licht, da die Forscher die Beschichtung durch die Bestrahlung mit grünem Laserlicht getestet haben.
Konzentratorzellen im Fensterrahmen
Fällt normales Sonnenlicht darauf, könnte das bei einem 2 Meter breiten Fenster etwa um das 50-Fache konzentriert im Fensterrahmen ankommen. Die dortigen Konzentrator-PV-Zellen wandeln das einfallende Licht in Strom um.
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Bei solchen Konzentratorzellen handelt es sich um PV-Zellen, bei der das einfallende Sonnenlicht zuerst auf einen kleinen Bereich konzentriert wird. Dadurch können die Zellen deutlich kleiner gebaut werden als etwa herkömmliche Solarzellen am Dach. Durch die Material-Einsparung ist der Einsatz von teureren, effizienteren Materialien möglich. So kommen solche Konzentratorzellen auf Wirkungsgrade von knapp 50 Prozent. Herkömmliche Zellen schaffen etwa die Hälfte.
Die Wissenschaftler konnten mit einem beschichteten Glasstück mit etwa 2,5 Zentimetern Durchmesser einen kleinen Ventilator betreiben.
Oben links ist der kleine Ventilator, der dadurch betrieben werden konnte.
© Zhang et al.
Laut den Forschern kann die Beschichtung im Rolle-zu-Rolle-Verfahren hergestellt werden. Sie ist lange haltbar und bestehende Fenster können damit nachgerüstet werden.
Die Ausstattung der Fenster mit der Beschichtungsfolie dürfte nur einen geringen Aufwand darstellen. Deutlich schwieriger könnte sich die Nachrüstung der Fensterrahmen mit PV-Zellen gestalten. Wie die Forscher anmerken, sei die Installation solcher Zellen nur auf einer Fensterseite nötig, nicht auf allen 4.