Sonnenstrahlen für Strom, Wärme, Kälte, Wasser

Wie IBM mit Beton-Sonnenblumen vier Umweltprobleme zugleich lösen will

| Redakteur: Peter Koller

(IBM Research)

Mit einem Solaranlagen-Design, das frappierend an Sonnenblumen erinnert, will IBM neben der Stromgewinnung auch eine kostengünstige Versorgung mit Wärme, Kälte und Wasser realisieren.

Der im Tessin ansässige Anbieter von Solarkrafttechnologie Airlight Energy und IBM Research Zürich planen bis 2017 die Markteinführung eines gemeinsam entwickelten kostengünstigen Solarkonzentrator-Systems. Das so genannte High Concentration PhotoVoltaic Thermal (HCPVT)-System kann durch 2000-fache Konzentration des Sonnenlichts und innovative Heisswasserkühlung 80 Prozent der einfallenden Strahlung in nutzbare Energie umwandeln. An einem sonnigen Tag werden so 12 Kilowatt elektrische Energie und 20 Kilowatt Wärme erzeugt – genügend um mehrere durchschnittliche Haushalte zu versorgen.

Herzstück des zehn Meter hohen HCPVT-Systems ist eine 40 Quadratmeter große Parabolschüssel aus speziell von Airlight Energy entwickeltem und patentiertem Beton. Die faserhaltige Mischung härtet in weniger als vier Stunden in jeder beliebigen Form aus und verfügt dann über ähnliche mechanische Eigenschaften wie Aluminium – bei nur einem Fünftel des Preises. Ein Tracking-System richtet die Parabolschüssel immer optimal zur Sonne aus.

In der Schüssel selbst befinden sich 36 elliptische Spiegel, die aus einer 0.2 Millimeter dicken, mit Silber beschichteten, recyclebaren Plastikfolie bestehen. Das Material ist damit nur geringfügig dicker als die Verpackungsfolie von Schokolade.

57 Watt pro Quadratzentimeter

Die Spiegelflächen, die durch einen kontrollierten Unterdruck verformt werden, konzentrieren das Sonnenlicht sehr präzise auf mehrere heisswassergekühlte Photovoltaik-thermische Multizellen-Empfänger mit so genannten Multi-Junction-Zellen. Im Laufe eines durchschnittlichen sonnigen Tages kann jede der 1×1 cm großen Zellen bis zu 57 Watt elektrische Leistung produzieren.

Mikrokanäle unter den Zellen bringen 85 bis 90 Grad heißes Wasser bis auf wenige Zehntelmillimeter an diese heran. Die Betriebstemperatur wird so unter 105 Grad gehalten.

Ohne Kühlung würden die Zellen sich auf über 1.500 Grad erhitzen und verglühen. Wasser ist für diesen Zweck besonders geeignet, da es die Wärme zehnmal effektiver abtransportiert als Luft. „Inspiration für diese Kühltechnologie, die für den Transport des Wasser nur eine sehr geringe Pumpleistung benötigt, war das hierarchisch verzweigte Blutsystem des menschlichen Körpers“, erkleutert Dr. Bruno Michel, Manager der Advanced Micro Integration-Gruppe bei IBM Research Zürich und Erfinder der Technologie.

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