Neues System steigert Effizienz von Solarmodulen deutlich

Forscher der Rice University können Abwärme nun äußerst effizient recyceln. Der neue Ansatz basiert auf einer speziellen Anordnung von Kohlenstoff-Nanoröhrchen, durch die Strahlung im mittleren Infrarotbereich kanalisiert wird. Dies erhöht die Effizienz von Solarenergiesystemen deutlich. Die Methode hat das Potenzial, den Wirkungsgrad von Solarmodulen von 22 Prozent auf ein Maximum von 80 Prozent zu steigern.

Hohlraum in Nanoröhrchen

Zum Einsatz kommen eine Reihe von Hohlräumen, die sich in einen Film aus ausgerichteten Kohlenstoff-Nanoröhren befinden. Optimiert absorbiert die Folie thermische Photonen und emittiert Licht in einer schmalen Bandbreite, das sich als Strom recyceln lässt. Bei der Erfindung handelt es sich um einen thermischen Emitter, der intensive Wärme absorbiert, die sonst in die Atmosphäre abgegeben würde, sie in eine schmale Bandbreite umwandelt und als Licht abgibt, das in Strom umgewandelt werden kann.

Die angeordneten Nanoröhrchen sind Leitungen, die Abwärme aufnehmen und in Photonen mit schmaler Bandbreite umwandeln. Da Elektronen in den Nanoröhrchen nur in eine Richtung wandern können, sind die ausgerichteten Schichten in diese Richtung metallisch und isolieren gleichzeitig in der senkrechten Richtung. Dabei handelt es sich um einen Effekt, den die Forscher als hyperbolische Dispersion bezeichnen. Thermische Photonen können den Film aus jeder Richtung treffen, aber nur über eine Richtung verlassen.

Äußerst temperaturbeständig

"Indem wir die gesamte vergeudete Wärmeenergie in einen kleinen Spektralbereich pressen, können wir sie sehr effizient in Strom umwandeln", schildert Gururaj Naik von der Rice University. "Die theoretische Vorhersage ist, dass wir 80 Prozent Effizienz erreichen können", fügt er hinzu. Kohlenstoff-Nanoröhrchen eignen sich für diese Aufgabe, da sie Temperaturen bis zu 1.700 Grad Celsius standhalten.