Die Spanische Erfindung die Solarmodule leistungsstärker macht

Wissenschaftler der Universität von Alcalá de Henares haben ein ausgeklügeltes System entwickelt, um die Paneele zu kühlen und ihre Effizienz zu verbessern.

Derzeit liegt im europäischen Umfeld die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien bei ca. 20 %, ein Prozentsatz, der noch weiter reduziert wird, wenn die Energie in allen Bereichen wie Heizung oder Verkehr berücksichtigt wird. Und für einen schnellen und effektiven Übergang stehen wir vor einem immer drängenderen Hindernis: der geringen Effizienz der derzeitigen Systeme.

Um hier Abhilfe zu schaffen, hat ein Forscherteam der Universität Alcalá de Henares (UAH) eine ausgeklügelte Lösung entwickelt, mit der sich die Produktion von Solarmodulen dank eines Kühlsystems steigern lässt. Und obwohl es widersprüchlich erscheint, verringert die Überhitzung der Platten ihre Energieaufnahmeeffizienz drastisch.

Photovoltaik-Solarenergie, die billigste, sicherste und am wenigsten umweltschädliche erneuerbare Energie (unter Berücksichtigung ihres gesamten Lebenszyklus), muss das Effizienzproblem noch lösen: aktuelle Siliziummodule, die üblicherweise sowohl auf den Dächern von Häusern als auch auf großen installiert werden Solarparks wandeln nur zwischen 20 und 25 % der empfangenen Sonnenstrahlung in Energie um, Zahlen, die noch weiter sinken, wenn das Panel überhitzt.

„Dieser Prozentsatz an Effizienz kann in Umgebungen wie in Spanien mit wenig Bewölkung und hoher Sonneneinstrahlung an vielen Tagen im Jahr um bis zu 15 % oder mehr reduziert werden “, erklärt Ignacio Valiente Blanco, einer der Autoren, aus Forschungsergebnissen, die im Journal of Solar Energy Engineering veröffentlicht wurden.

„Es betrifft auch trockene oder halbtrockene Gebiete, in denen das Potenzial dieser Energie noch größer ist. In diesen Gebieten können sich die Paneele auf bis zu 70 Grad erhitzen, was ihre Effizienz weiter verringert.“ Dieser Temperaturüberschuss verringert nicht nur die Effizienz, sondern erzeugt auch zusätzliche Probleme im Zusammenhang mit thermischen Zyklen und baut die Paneele schneller ab, wodurch ihre Nutzungsdauer verkürzt wird.

Die Herausforderung für das Team der Abteilung für Signaltheorie und Kommunikation der UAH Polytechnic School bestand darin, ein System zu finden, mit dem die Paneele gekühlt werden können, ohne dass ihr Stromverbrauch die zusätzlich erzeugte Energiemenge begrenzt. Die Antwort fanden sie in einer nachhaltigen Lösung, die den Untergrund als Mittel zur Wärmeabfuhr nutzt. Nach dem Bau eines Prototyps und dessen Betrieb über ein Jahr sind sie überzeugt, eine technisch und wirtschaftlich tragfähige Lösung gefunden zu haben. 

“Was wir getestet haben, ist ein handelsübliches Standardpanel, dem wir einen Wärmetauscher auf der Rückseite hinzugefügt haben.” Es besteht im Wesentlichen aus einer Reihe von U-förmigen Rohren, die mit einem industriellen Epoxidkleber verklebt sind. „Durch diese Rohre zirkuliert eine Flüssigkeit, die Wärme entzieht. Das kann Wasser sein oder, in dem Fall, in dem wir in Alcalá de Henares testen, wo die Temperaturen im Winter unter 0 Grad fallen können, Glykolwasser (das normalerweise als Wärmequelle verwendet wird). Kühlmittel und industrielles Frostschutzmittel).

Diese zusätzliche Wärme muss irgendwo abgeführt werden, und die Idee von Valiente und seinem Team ist es, ein Loch in den Boden zu bohren, in einer Tiefe von etwa 15 Metern und mit einem kleinen Durchmesser von 0,1 Metern. So etwas wie die Testbrunnen, die normalerweise gemacht werden, um herauszufinden, ob sich Wasser unter der Oberfläche eines Grundstücks befindet. „Dort bringen wir einen zweiten Wärmetauscher ein, denn der Untergrund hat eine ganz wichtige Eigenschaft: In relativ geringer Entfernung, etwa 5 Meter, ist die Temperatur stabil, rund 15 Grad das ganze Jahr über. Dort haben wir eine Kältequelle mit hoher Wärmekapazität.“ , perfekt zum Absorbieren überschüssiger Wärme von Sonnenkollektoren”.

Mit einer kleinen Pumpe, die für die Zirkulation der Flüssigkeit zuständig ist, arbeitet die Kühlung ständig . Da es sich außerdem um einen geschlossenen Kreislauf handelt und das Wasser eine große Fähigkeit hat, Wärme zu entziehen, ist der Verbrauch der Pumpe sehr gering und der Wasserverbrauch ist ebenfalls nicht signifikant.

Die maximale Effizienzsteigerung liegt bei rund 14 % und wird in den Sommermonaten erzielt. „Der Rest des Jahres, unter Berücksichtigung der erzielbaren Mehrproduktion, schwankt je nach geografischen Gebieten und Wetter zwischen 5 und 10 %. Es mag wie eine kleine Zahl erscheinen, aber es stellt eine wichtigere Steigerung der Effizienz dar als das, was in den letzten 20 Jahren mit Siliziumzellen erreicht wurde”. 

Es ist nicht das erste Mal, dass man sich dem Problem stellt, wie sich Wärme auf die Effizienz der Platten auswirkt, aber bisher wurde keine Lösung in großem Maßstab angenommen, hauptsächlich aufgrund der damit verbundenen Kosten. „Es wurden viele andere Kühltechniken für Sonnenkollektoren vorgeschlagen“, sagt Valiente, „aber die meisten von ihnen haben diese Kältequelle nicht zur Verfügung und müssen dies gegen die Umwelt tun. Daher müssen sie andere Kühlmittel verwenden, die verbrauchen viel mehr Energie , sind tendenziell voluminöser und haben höhere Kosten”.

Der von den Forschern entwickelte Prototyp war zunächst ausschließlich für den Einsatz in großen Solarparks gedacht, wo Energie massenhaft produziert wird und ein effizienzsteigerndes Element eine deutliche Verbesserung der Energieerzeugung impliziert. Nach den durchgeführten Tests untersuchen Valiente und sein Team jedoch, wie es für den Einsatz in kleineren Installationen angepasst werden kann, entweder in Einfamilienhäusern oder in Hochhäusern.

„Auf technischer Ebene ist es durchaus möglich”, bestätigt der Ingenieur. Tatsächlich ist das in Alcalá installierte System klein, ähnlich dem, das in einem abgelegenen Haus installiert werden kann, um die Stromrechnung zu senken oder es der Selbstversorgung zu widmen. Verbrauch.” Auf praktischer Ebene bewerten wir noch die wirtschaftliche Machbarkeit in Abhängigkeit von jedem der Szenarien.”

Und in einigen Fällen ist es nicht möglich, den Boden bis zu 15 Meter tief zu bohren, wie bei einem bereits gebauten Gebäude im Zentrum einer Großstadt. In einem neu gebauten Haus jedoch, wenn das Projekt ausgeführt wird, „wird diese Art der Perforation im gesamten Bereich durchgeführt, um beispielsweise die strukturellen Pfähle herzustellen. Es wäre in diesen Fällen und auch in Chalets und Einfamilienhäusern durchaus praktikabel.

Was die Kosten betrifft, so sind die Berechnungen des UAH-Teams ziemlich genau, wenn es darum geht, festzustellen, wie lange es dauern würde, bis sich diese Technologie amortisiert. „Wir haben geschätzt , dass die Amortisationszeit der Anfangsinvestition unter Berücksichtigung des durchschnittlichen Energiepreises der letzten 12 Jahre etwa 10 Jahre beträgt. Wenn wir den aktuellen Energiepreis berücksichtigen, verkürzt sich diese Amortisationszeit drastisch.“

Derzeit befinden sich die Forscher bereits in Vorgesprächen mit mehreren Unternehmen, die Interesse an dem System für eine zukünftige Kommerzialisierung bekundet haben. In der Zwischenzeit müssen Valiente und sein Team die Tests fortsetzen, da es sich noch um ein Forschungsprojekt handelt, aber die Aussichten sind sehr gut, da die Effizienz von Solarmodulen verbessert werden muss.

Die Forscher blicken auch in die Zukunft, die in Richtung konzentrierender Photovoltaiksysteme zu gehen scheint . Und abgesehen von Silizium gibt es andere Materialien, die viel höhere Wirkungsgrade erreichen können , fast 50%. Sie sind jedoch teure Materialien, und für ihre Verwendung werden kleinere Zellen hergestellt und Spiegel und Lichtbündelungslinsen darauf verwendet.

Durch die Bündelung des Lichts mit einer solchen Riesenlupe wird eine höhere Leistung, aber auch eine erhebliche Temperaturerhöhung erreicht, weshalb Kühlsysteme, wie sie Valiente und sein Team entwickeln,  für deren korrekte Funktion notwendig sind. „Es handelt sich um eine vor langer Zeit entwickelte Technologie, die jedoch aufgrund solcher Probleme nicht starten kann. Deshalb evaluieren wir die Möglichkeit, unser System an diese Art von Photovoltaik-Solaranlagen anzupassen“, schließt er.