Thermalbatterien sollen Solarstrom viel effizienter machen

Die Stromgewinnung aus Solaranlagen ist wegen der wechselnden Wetterbedingungen schwer vorherzusagen. Zu viel erzeugter Strom lässt sich auch nur unzureichend speichern. Thermalbatterien können eine Lösung für dieses Problem bieten.

Dabei wird überschüssige Energie verwendet, um Material auf hohe Temperaturen zu erhitzen. Diese Energie wird nach Bedarf angezapft, indem die gespeicherte Wärme mithilfe von Photonen wieder in Strom umgewandelt wird.

Das Problem ist allerdings, dass bei der Umwandlung viel Energie verlorengeht. Seit die Technologie in den 1960er Jahren erfunden wurde, kam die Effizienz über 30 Prozent nicht hinaus.

Effizienzsprung

Ein Forschungsteam des Massachusetts Institute of Technology (MIT) und des US National Renewable Energy Laboratory hat vor kurzem einen Effizienzsprung von fast ein Drittel bei thermophotovoltaischen Energieumwandlung erzielt, berichtet Science.

Dem Team um den MIT-Ingenieur Asegun Henry gelang es, bei der Umwandlung der gespeicherten Wärme in Energie eine Effizienz von 41,1 Prozent zu erreichen.

Dazu hat das Forschungsteam um Henry eine thermophotovoltaische Zelle entwickelt, die für Temperaturen bis zu 2.400 Grad Celsius ausgelegt ist. Sie soll Energie in Form von heißem Graphit speichern.

Dabei wurden aus 24 dünnen Schichten verschiedener Halbleiter 2 Zellen geschaffen, die übereinander gestapelt und mit einer dünnen Goldfolie unterlegt wurden. Durch die obere Zelle wurden sichtbare und ultraviolette Photonen absorbiert, die untere Zelle absorbierte hauptsächlich Infrarot. Niedergenetische Photonen, die üblicherweise verlorengehen, werden von der Folie reflektiert und von der Wärmequelle wiederaufgenommen.

Ihre Forschungsergebnisse haben die Wissenschaftler*innen in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.

Noch mehr Effizienz möglich

Laut einer Studie von 2019 würde schon eine solche Thermal-Batterie mit einer Effizienz von 35 Prozent ausreichen, damit sie rentabel ist. Die Forscher*innen sehen auch Möglichkeiten, die Effizienz weiter zu steigern. "Wir sehen einen klaren Weg zu 50 Prozent Effizienz", sagte der MIT-Ingenieur zu Science. Er hat auch bereits ein Unternehmen gegründet, die Thermal Battery Corp., das die Technologie kommerzialisieren soll.

Das Unternehmen geht davon aus, mit Thermal-Batterien Energie zu einem Zehntel der Kosten speichern zu können, die eine vergleichbare Lösung auf Basis der gängigen Lithium-Ionen-Technologie kosten würde. Weil diese thermischen Speichersysteme gut modulierbar sind, könne man sie für kleine Photovoltaik-Anlagen, etwa für die Versorgung von Dörfern, genauso einsetzen, wie bei riesigen Solarstrom-Farmen.

Durch den günstigeren Preis, könnten viel mehr Solarkraftanlagen mit entsprechenden Energiespeichern ausgestattet werden. Derzeit wird oft auf Energiespeicher verzichtet, weil die Lithium-Ionen-Akku mit entsprechender Kapazität zu teuer sind. Eine Solaranlage mit Akku kann dann auch nachts und bei Schlechtwetter Strom abgeben. Das erhöht die Netzstabilität. Zudem ist es immer günstiger, die Energie einer Solaranlage selbst zu konsumieren, anstatt den Überschuss zu verkaufen, indem er ins allgemeine Stromnetz eingespeist wird.