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Stanford University: effizientere Solarzelle dank 3D-Druck

Am 5. August 2022 von Bianca Z. veröffentlicht

Wissenschaftler der Stanford University in Kalifornien haben vor kurzem einen neuen optischen Konzentrator für Solarzellen mittels 3D-Druck entwickelt. Diese pyramidenförmige Linse mit der Bezeichnung Axially Graded Index Lens (AGILE) wurde von der Ingenieurwissenschaftlerin Nina Vaidya entworfen und kann die Kapazität der von einem Solarmodul gesammelten Energie erhöhen. Gleichzeitig werden dank des 3D-Drucks die Produktionskosten gesenkt und das Verfahren wird praktischer und effizienter gestaltet.

Da sich viele Menschen heutzutage mehr und mehr des problematischen Zustands unseres Planeten bewusst werden, ist die Nachfrage nach umweltfreundlichen Energiequellen höher als je zuvor. Diejenigen, die auf solche Alternativen umsteigen wollen, haben bereits eine Vielzahl von Möglichkeiten. Die Solarenergie zum Beispiel ist wahrscheinlich eine der bekanntesten und  umweltfreundlichsten neuen Energiequellen, die es schon seit geraumer Zeit gibt. Und obwohl sie zweifelsohne eine gute Option ist, lassen ihre Technologien noch viel Raum für Verbesserungen und Innovationen. Eine neue Erfindung, die die Art und Weise, wie Solarenergie gesammelt wird, revolutionieren könnte, wurde kürzlich in der Juli-Ausgabe von Microsystems & Nanoengineering veröffentlicht. In dem Artikel, der von der Stanford-Absolventin und Forscherin Nina Vaidya und ihrem Doktorvater, Professor Olav Solgaard, verfasst wurde, stellen die Wissenschaftler ein brandneues 3D-gedrucktes Gerät vor, das in der Lage ist, mehr Energie zu sammeln als jede andere Solarzelle zuvor.

Die Solarzellen haben die Form umgekehrter Pyramiden (Bild: Stanford)

Die Funktionsweise der neuen Solarzelle

Herkömmliche Solarzellen funktionieren nur unter den richtigen Bedingungen am besten. Das Sonnenlicht, das bekanntlich die Energiequelle dieser Technologie ist, muss genau in die Richtung gelenkt werden, in der das Licht direkt auf die flache Oberfläche des Panels treffen kann. Da sich die Richtung des Lichts im Laufe des Tages ändert, drehen sich viele Solaranlagen aktiv in Richtung Sonne, um so viel Licht wie möglich einzufangen. Mit dem neu vorgestellten Gerät könnte dieses langwierige und umständliche Verfahren jedoch bald überflüssig sein. Das neue und innovative Panel ist in der Lage, das Sonnenlicht aus jedem Winkel einzufangen und zu bündeln, und zwar dank seiner speziellen Struktur, die wie eine spitzenlose umgekehrte Pyramide geformt ist. Das Material, eine Kombination aus Glas und Polymeren, ermöglicht es der Linse, die Sonnenenergie aus verschiedenen Winkeln auf einen Punkt zu konzentrieren, ähnlich wie wenn man mit einer Lupe Gras verbrennt.

Nina Vaidya erklärt: „Wir wollten etwas schaffen, das Licht aufnimmt und an derselben Stelle bündelt, auch wenn sich die Richtung der Quelle ändert. Wir wollen nicht ständig unseren Detektor oder die Solarzelle bewegen oder das System auf die Lichtquelle ausrichten müssen. Es ist ein völlig passives System – es braucht keine Energie, um die Quelle zu verfolgen, und hat keine beweglichen Teile. Ohne einen optischen Fokus, der seine Position verändert, oder ohne Nachführsysteme ist die Konzentration von Licht viel einfacher.“ 

Nina Vaidya at work (photo credits: Nina Vaidya)

Über die genaue 3D-Drucktechnologie, die zur Herstellung der Panels verwendet wird, ist nicht viel bekannt. Bei der Herstellung der Solarzellen mittels 3D-Druck werden jedoch verschiedene Gläser und Polymere übereinander geschichtet, die das Licht in unterschiedlichem Maße biegen und schließlich auf einen bestimmten Punkt fokussieren. Nach einer langen Phase des Ausprobierens und der Herstellung vieler verschiedener Prototypen ist Nina Vaidya nun zuversichtlich, dass ihr Entwurf bald erfolgreich in der Solarindustrie und anderen Bereichen eingesetzt werden kann. Sie fasst zusammen: „Die Möglichkeit, diese neuen Materialien, diese neuen Fertigungstechniken und dieses neue AGILE-Konzept zu nutzen, um bessere Solarkonzentratoren zu entwickeln, war sehr lohnend. Saubere Energie im Überfluss und zu erschwinglichen Preisen ist ein entscheidender Faktor bei der Bewältigung der dringenden Klima- und Nachhaltigkeitsherausforderungen, und wir müssen technische Lösungen anregen, damit dies Realität wird.“ Weitere Informationen über das Projekt finden Sie auf der Website der Stanford University HIER.

Würden Sie Solarzellen, die mit Hilfe des 3D-Drucks angefertigt worden sind, nutzen? Lassen Sie uns dazu gerne einen Kommentar da oder teilen Sie es uns auf FacebookTwitterLinkedIN oder Xing mit. Möchten Sie außerdem eine Zusammenfassung der wichtigsten Neuigkeiten im 3D-Druck und der Additiven Fertigung direkt und bequem in Ihr Postfach erhalten? Dann registrieren Sie sich jetzt für unseren wöchentlichen Newsletter!

*Titelbildnachweis: Standford University

Kommentare

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  1. Gordon sagt:

    Schön, kann aber dennoch bei weitem nicht mit dem Zugewinn einer aktiven Nachführung mithalten! Wenn man 1qm PV direkt zur Sonne ausrichtet, dann trifft dort auch 1qm, also bei Sonne ca. 1000W Einstrahlung auf. Wenn man es aus der Sonne dreht, dann wird die Einstrahlung entsprechend geringer, da die meisten Photonen „vorbeifliegen“. Was das hier vorgestellte System reduzieren kann sind Reflektionsverluste, die liegen aber ohnehin bei lediglich 1-3% des Jahresertrages. Aktive Nachführung kann je nach Standort bis zu 45% Zugewinn bedeuten.

  2. Jean Jonethal sagt:

    Wäre interessant zu erfahren, inwieweit sich diffuses Licht damit zur Energiegewinnung nutzen lässt.

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