US-amerikanische Forscher der University of Wisconsin-Madison haben unter Professor Song Jin eine Solarzelle mit einer Redox-Flow-Batterie kombiniert. Die Technologie wandelt der Universität zufolge Sonnenlicht direkt in chemische Energie um und gibt bei Bedarf Strom frei, teilte die Universität mit. „Wir sprechen von einem ganzen Zyklus“, sagte Jin. „Unser erstes Proof-of-Concept-Gerät vor zwei Jahren erreichte einen Wirkungsgrad von 1,7 Prozent. Jetzt haben wir unser Design verbessert und erreichen 14 Prozent, was die höchste gemeldete Zahl für ein integriertes Solarstrom- und Batteriesystem ist.“
Solarzellen werden typischerweise nach dem Wirkungsgrad der Umwandlung von Sonnenenergie in Strom bewertet, und die besten kommerziell erhältlichen großflächigen Solarmodule erreichen einen Wirkungsgrad von etwa 24 Prozent. Der 14-prozentige Wirkungsgrad in Jins System misst jedoch viel mehr und deckt den gesamten Prozess vom Sonnenlicht bis zum Strom ab, der zu jeder Tages- und Nachtzeit aus dem Speicher geliefert wird. Da die fluktuierende Einspeisung erneuerbarer Energien zunimmt, sei ein Maß für den gesamten Prozess von der Sonne bis zum Strom aus der Speicherung wichtig. „Wir nennen es Solar-to-Output-Elektrizitätseffizienz“, sagte Jin.
Neuer Ansatz erhöht System-Effizienz
Die Forscher kombinierten eine effiziente Redox-Flow-Batterie mit einer Hochleistungs-Solarzelle, die unter der Leitung von Professor Jr-Hau He an der King Abdullah University of Science and Technology in Saudi-Arabien entwickelt worden war. Die Kombination der Funktionen getrennter Geräte in einem einzigen Gerät ermöglicht es, den Zwischenschritt der Stromerzeugung zu umgehen, was zu einem effizienteren, kompakteren und kostengünstigeren Ansatz für die Nutzung der Solarenergie führe. Je nach Situation könnte das gleiche Gerät auch Strom direkt zum Endverbraucher leiten und dabei den Speicher umgehen, so Jin.
Hocheffiziente Solarzelle könnte durch günstigere Zelle ersetzt werden
Obwohl die im aktuellen Experiment verwendete hocheffiziente Solarzelle teuer sei, „versuchen wir zu zeigen, was möglich ist“, sagte Doktorandin Wenjie Li. „Wenn wir mit unserer Technologie trotz der hocheffizienten Solarzelle keinen hohen Wirkungsgrad erreicht hätten, wäre es nicht sinnvoll gewesen, sie weiter zu verfolgen. Aber wir fanden das Gegenteil – eine beispiellose Effizienz, mit Spielraum zur Feinabstimmung“, sagte Li. Die teure hocheffiziente Solarzelle sei möglicherweise nicht notwendig. „Wenn wir eine Solarzelle mit niedrigerem Wirkungsgrad verwenden, die gut zur Redox-Flow-Batterie passt, könnte der Gesamtwirkungsgrad immer noch ziemlich hoch und die Kosten niedriger sein.“
Spannungen von Solarzelle und Batterie müssen harmonisiert werden
Zukünftige Anstrengungen werden sich darauf konzentrieren, die Spannung der Solarzelle besser an die Spannung der Oxidationsreduktionsreaktionen in der Redox-Flow-Batterie anzupassen. Jin vergleicht die Notwendigkeit, die Spannung anzupassen mit einem Aufzug. „Sagen wir, du willst vom ersten in den sechsten Stock, aber der Aufzug kann dich nur in den achten Stock bringen. Egal, wie man zwei Stockwerke runterkommt, der Aufzug verschwendet Energie.“ Ähnlich verhalte es sich bei dem entwickelten Gerät, das 2,4 Volt erzeugt, die Batterie aber nur 1,3 Volt benötigt. Wie beim Aufzug werde ein Teil der Energie verschwendet.
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