Hybride Strom-Wärme-Erzeugung

Neuartiges Parabolrinnen-Solarmodul entsteht an TU Graz.

Mittels Hohlspiegel auf Photovoltaik-Zellen gebündelte Sonnenstrahlen liefern nicht nur Strom, sondern auch thermische Energie zum Heizen oder Kühlen. Drei technologische Innovationen verringern die Kosten erheblich.

Ein internationales Team unter der Leitung von Armin Buchroithner vom Institut für Elektrische Messtechnik und Sensorik der TU Graz hat einen Parabolrinnenkollektor und kostengünstige Photovoltaikzellen entwickelt, mit denen sich Solarstrom und thermische Energie zugleich gewinnen lässt.

Der Parabolspiegel bündelt das Sonnenlicht auf die in der Brennlinie angeordneten Photovoltaikzellen. (c) EMS – TU Graz

Das Solarmodul besteht aus einem rinnenförmigen Hohlspiegel, der die Sonnenstrahlen auf die in der Brennlinie angeordneten Photovoltaikzellen bündelt. Die Abwärme der Solarzellen wird an eine Kühlflüssigkeit abgegeben, die in einem Röhrensystem an der Rückseite der Zellen entlangfließt. Die so gewonnene thermische Energie kann zum klimaneutralen Heizen und Kühlen von Gebäuden oder für industrielle Zwecke genutzt werden.

Sonneneinstrahlung wird auf das 60-Fache verstärkt

Die Idee, Strom und Wärme gleichzeitig aus Sonnenstrahlung zu gewinnen, gibt es seit den 1970er-Jahren, hat sich wegen hoher Kosten und technologischer Probleme aber nicht durchgesetzt. Das könnte sich nun ändern, denn Buchroithners Team sind im Laufe des Forschungsprojektes „ECOSun – Economic COgeneration by Efficiently COncentrated SUNlight“ mehrere technologische Innovationen geglückt.

In Kooperation mit dem Partner IMK Solarmirrotec werden die Parabolrinnenkollektoren nun mittels industrieller Fertigungsmethoden wie Spritzgusstechnik wesentlich effizienter hergestellt. Die mit dem türkischen Forschungszentrum GÜNAM entwickelten Silizium-Solarzellen sind kostengünstig und so robust, dass sie den hohen Temperaturen von konzentriertem Sonnenlicht standhalten. Ein wichtiger Faktor, schließlich verstärken die Parabolrinnenspiegel die Lichteinstrahlung um das 60-Fache. Außerdem haben die Forschenden die Kühlung der Solarzellen optimiert, womit die Abwärme besser für weiterführende Anwendungen nutzbar wird.

Einsatz auch in Österreich sinnvoll

„Dieser Ansatz hat das Potenzial, einen wesentlichen Beitrag zur Energiewende zu leisten“, sagt Armin Buchroithner. Parabolrinnenkraftwerke stehen bislang fast ausschließlich in besonders sonnenreichen Regionen wie Spanien oder am Persischen Golf. „Unsere Versuche haben aber gezeigt, dass ein Einsatz auch hier in Österreich sinnvoll sein kann, um fossile Energie in Industrieprozessen zu substituieren“, sagt Buchroithner. „Eigenständige, effiziente und kostengünstige Lösungen zur Strom- und Wärmeversorgung werden angesichts gestiegener Energiepreise und des Bestrebens nach Versorgungsunabhängigkeit im Energiesektor weiter an Bedeutung gewinnen.“

Zum ECOSun-Forschungskonsortium gehören neben der TU Graz das Center for Solar Energy Research and Application in Ankara, das Heat and Mass Transfer Technological Center der Universitat Politècnica de Catalunya in Barcelona sowie die Industriepartner IMK GmbH Solarmirrortec aus Seitenstetten und iTech Solar aus Ankara. Das Forschungsvorhaben wurde je zur Hälfte aus Mitteln der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft und der Europäischen Union finanziert.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Armin BUCHROITHNER
Dipl.-Ing. Dr. techn.
TU Graz | Institut für Elektrische Messtechnik und Sensorik
Tel. +43 316 873 30514
armin.buchroithner@tugraz.at

Weitere Informationen:

https://www.tugraz.at/forschung/forschungsschwerpunkte-5-fields-of-expertise/sus… Diese Forschung ist im Field of Expertise „Sustainable Systems“ verankert, einem von fünf strategischen Forschungsschwerpunkten der TU Graz.