Schweizer und chinesische Wissenschaftler entwickeln Unterwasser-Solarmodule
Die auf Perowskit basierenden Zellen erzeugten Strom in zehn Metern Tiefe im Südchinesischen Meer. Forscher sagen, die Technologie könnte Sensoren, Kameras und Unterwasserroboter ohne Kabel oder Batteriewechsel mit Energie versorgen.
Solarmodule sind nicht länger auf Dächer beschränkt. Sie säumen Straßen, schwimmen auf Alpenseen und sitzen zwischen Bahngleisen. Jetzt könnten sie sich an einen völlig neuen Ort begeben: unter die Meeresoberfläche.
Forscher der Yunnan-Universität in China haben in Zusammenarbeit mit einem Team des Schweizerischen Bundesinstituts für Technologie ETH Lausanne Solarzellen entwickelt, die in zehn Metern Tiefe unter Wasser Strom erzeugen können. Die ETH-Gruppe wurde von Michael Grätzel geleitet, einem der weltweit führenden Forscher im Bereich Photovoltaik. Die Arbeit wurde in der Fachzeitschrift Joule veröffentlicht.
Solarenergie unter Wasser zu erzeugen, ist alles andere als einfach. Je tiefer das Wasser, desto mehr Sonnenstrahlung absorbiert es, und das Lichtspektrum ändert sich mit der Tiefe. Die Forscher lösten dies, indem sie ein Material verwendeten, das das Verhalten eines kristallinen Minerals namens Perowskit nachahmt. Dies ermöglichte es ihnen, die Wellenlängen zu nutzen, die auch in solche Tiefen vordringen können.
Perowskit ist ursprünglich ein natürliches Mineral auf Basis von Calciumtitanat. In der Photovoltaik bezeichnet der Begriff synthetische Materialien, die seine Kristallstruktur nachahmen. Ihre Zusammensetzung kann geändert werden, um bestimmte Teile des Lichtspektrums zu absorbieren, was sie für Solarzellen besonders vielseitig macht.
Im Labor erreichten die Zellen unter Licht, das dem in zehn Metern Tiefe entspricht, einen Wirkungsgrad von fast 35 Prozent. Das ist ein sehr hoher Wert, obwohl er nicht direkt mit dem Wirkungsgrad normaler Solarmodule unter Sonnenlicht verglichen werden kann, da Spektrum und Intensität des verwendeten Lichts unterschiedlich sind.
Die Forschung ging über Simulationen hinaus. Die Module wurden auch unter realen Bedingungen im Südchinesischen Meer getestet und zeigten, dass sie unter Wasser Strom erzeugen können. Ein großes Modul, das zwei Stunden lang in zehn Metern Tiefe beleuchtet wurde, produzierte 324 Milliwattstunden Energie, die zum Laden von Lithium-Ionen-Batterien und zum Betreiben von LEDs verwendet wurde.
Auch die Haltbarkeit ist vielversprechend. In beschleunigten Tests zeigten die Zellen eine sehr geringe Degradation. Die Forscher schätzen einen T80-Wert – die Zeit, in der die Leistung auf 80 Prozent ihres Ausgangswertes sinkt – von etwa 48.000 Stunden, was 5,5 Jahren unter simulierten Bedingungen in zehn Metern Tiefe entspricht.
Die Technologie könnte dazu verwendet werden, Sensoren, Kameras, Unterwasserroboter, Kommunikationssysteme und Aquakultur-Überwachungsgeräte energieautark zu machen. Dies sind Geräte, die heute oft regelmäßige Batteriewechsel oder lange, mit der Oberfläche verbundene Kabel erfordern.
Vorläufig sind die Module ein Laborerfolg mit vielversprechenden Feldtests im Rücken. Die Frage ist, ob sie im rauen Umfeld des offenen Ozeans skaliert, eingesetzt und gewartet werden können. Aber das Potenzial ist enorm. Wenn Solarenergie unter den Wellen funktionieren kann, erweitert sich die Anzahl der Orte, an denen saubere Energie erzeugt werden kann, dramatisch. Das Meer, so stellt sich heraus, könnte die nächste Grenze für die Photovoltaik sein.
Verfasst von Sandy van Dongen sandy.vandongen@alpineweekly.com