Forscher am Imperial College London haben eine neue blattartige Struktur erfunden, die Photovoltaik-Solarenergie sammeln und erzeugen sowie Süßwasser produzieren kann und damit den Prozess nachahmt, der in echten Pflanzen abläuft.
Die als „PV-Platte“ bezeichnete Innovation „verwendet kostengünstige Materialien, die eine neue Generation erneuerbarer Energietechnologien inspirieren könnten.“
Studien haben gezeigt, dass Photovoltaik-Blätter „mehr als 10 Prozent mehr Strom erzeugen können als herkömmliche Solarmodule, die bis zu 70 Prozent der Sonnenenergie an die Umwelt verlieren.“
Bei effektiver Nutzung könnte die Erfindung bis 2050 außerdem über 40 Milliarden Kubikmeter Süßwasser pro Jahr produzieren.
„Dieses innovative Design hat großes Potenzial, die Leistung von Solarmodulen erheblich zu verbessern und gleichzeitig Kosteneffizienz und Praktikabilität zu bieten“, sagte Dr. Qian Huang, emeritierter Forscher am Department of Chemical Engineering und Autor der neuen Studie.
Die künstlichen Blätter sollen Pumpen, Ventilatoren, Steuerkästen und teure poröse Materialien überflüssig machen.Es liefert außerdem Wärmeenergie, passt sich an unterschiedliche Sonnenbedingungen an und verträgt Umgebungstemperaturen.
„Die Umsetzung dieses innovativen Plattendesigns kann dazu beitragen, die globale Energiewende zu beschleunigen und gleichzeitig zwei drängende globale Herausforderungen anzugehen: den steigenden Bedarf an Energie und Süßwasser“, sagte Christos Kristal, Leiter des Clean Energy Processes Laboratory und Autor der Studie.sagte Markides.
Photovoltaik-Blätter sind echten Blättern nachempfunden und ahmen den Prozess der Transpiration nach, sodass die Pflanze Wasser von den Wurzeln zu den Blattspitzen transportieren kann.
Auf diese Weise kann sich Wasser durch die PV-Blätter bewegen, verteilen und verdunsten, während die Naturfasern die Aderbündel der Blätter nachahmen und das Hydrogel die Zellen eines Schwamms nachahmt, um Wärme effizient von den Solar-PV-Zellen abzuleiten.
Im Oktober 2019 entwickelte ein Wissenschaftlerteam der Universität Cambridge ein „künstliches Blatt“, das nur aus Sonnenlicht, Kohlendioxid und Wasser ein reines Gas namens Synthesegas erzeugen kann.
Dann, im August 2020, entwickelten Forscher derselben Institution, inspiriert von der Photosynthese, schwimmende „künstliche Blätter“, die Sonnenlicht und Wasser nutzen können, um sauberen Kraftstoff zu produzieren.Den damaligen Berichten zufolge wären diese autonomen Geräte leicht genug, um zu schwimmen, und eine nachhaltige Alternative zu fossilen Brennstoffen, ohne wie herkömmliche Solarpaneele Land zu beanspruchen.
Können Blätter die Grundlage für die Abkehr von umweltschädlichen Kraftstoffen und hin zu saubereren, umweltfreundlicheren Optionen sein?
Der Großteil der Sonnenenergie (>70 %), die auf ein kommerzielles PV-Modul trifft, wird als Wärme abgegeben, was zu einem Anstieg der Betriebstemperatur und einer erheblichen Verschlechterung der elektrischen Leistung führt.Der Solarenergiewirkungsgrad kommerzieller Photovoltaikmodule liegt typischerweise unter 25 %.Hier demonstrieren wir das Konzept eines Hybrid-Polygenerations-Photovoltaikflügels mit einer biomimetischen Transpirationsstruktur aus umweltfreundlichen, kostengünstigen und weit verbreiteten Materialien für eine effektive passive Temperaturkontrolle und Polygeneration.Wir haben experimentell gezeigt, dass biomimetische Transpiration etwa 590 W/m2 Wärme aus Photovoltaikzellen abführen, die Zelltemperatur bei 1000 W/m2 Beleuchtung um etwa 26 °C senken und zu einer relativen Steigerung der Energieeffizienz um 13,6 % führen kann.Darüber hinaus können die PV-Rotorblätter die zurückgewonnene Wärme synergetisch nutzen, um in einem einzigen Modul gleichzeitig zusätzliche Wärme und Frischwasser zu erzeugen, wodurch die Gesamteffizienz der Solarenergienutzung von 13,2 % auf über 74,5 % erheblich gesteigert und über 1,1 l/h erzeugt wird ./ m2 reines Wasser.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 29. August 2023