Solarenergie wird durch Graphen-Schicht extrem effektiv eingefangen

Von Christian Kahle am 26.03.2020 11:03 Uhr
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Die Energiegewinnung aus Sonnenlicht kann mit einer neuen Entwicklung sehr stark gesteigert werden. Forscher aus Australien haben eine Ober­fläche aus Graphen entwickelt, die sehr stark absorbiert und kaum Ver­luste durch Streustrahlung entstehen lässt.

Beim Auffangen von Sonnenenergie müssen zur Effizienzsteigerung beide Faktoren im Blick behalten werden. Materialien, die gut absorbieren, gibt es reichlich. Die Kunst der Ma­te­rial­for­scher besteht darin, auch zu verhindern, dass ein Teil der aufgenommenen Energie gleich wie­der als Infrarotstrahlung freigesetzt wird. Die neue Graphen-Schicht, die an der Swin­burne University of Technology in Melbourne entwickelt wurde, soll rund 90 Prozent der Wär­me­ener­gie aus dem Sonnenlicht aufnehmen und nahezu keine Streustrahlung freisetzen.

Um das zu schaffen, genügt es nicht, einfach eine flache Graphen-Oberfläche zu verwenden. Stattdessen wird das Material in eine dreidimensionale Struktur gebracht, bei der zahlreiche Erhebungen und Spalten dafür sorgen, dass die Absorption gesteigert und der Strah­lungs­ver­lust reduziert wird. Die fragliche Schicht ist dabei lediglich 30 Nanometer dick und kann bei­spiels­weise auf einem Kupfer-Träger dafür sorgen, dass die Wärme ihrer Bestimmung zu­ge­führt wird.

Temperatur regelbar

In einer offenen Umgebung erhitzte sich die Schicht in Experimenten umgehend auf 83 Grad Celsius, teilten die Forscher laut einem Bericht des Spectrum-Magazins mit. Durch eine Kom­bi­na­tion mehrerer Layer oder anderer Ober­flä­chen-Struk­tu­ren lassen sich aber auch an­de­re Tem­pe­ra­tu­ren erzeugen, die besser zu den je­wei­li­gen Anwendungen passen. Mit einer 90 Na­no­me­ter dicken Schicht kam man bei­spiels­weise auf bis zu 160 Grad Celsius.

Die Produktion entsprechender Panels für die Solarthermie ist vergleichsweise einfach. Im Ge­gen­satz zu anderen Optionen ist es hier beispielsweise nicht notwendig, die Graphen-Ab­la­ge­rung in einem Vakuum zu vollziehen. Die Forscher arbeiten bereits mit einem lokalen Un­ter­neh­men an Verfahren zu einer Produktion in größerem Stil.

Ein Einsatzgebiet ist naheliegenderweise die Erwärmung von Heiz- und Nutzwasser. Die For­scher selbst erproben ihr Material aber in erster Linie am Beispiel der Wasseraufbereitung. Re­la­tiv einfache Systeme können hier in die Sonne gestellt werden und durch Destillation sau­be­res Wasser aus verschmutzen Abwässern oder aus dem Salzwasser der Meere er­zeu­gen. Der Prozess ist dabei in seinem Umfang gut skalierbar und kann so auch für grö­ße­re Be­darfs­men­gen genutzt werden.

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