Solarzelle aus Jamun Beeren

Wissenschaftler schaffen eine kostengünstige farbstoffsensibilisierte Solarzelle aus leckeren indischen Beeren

Eine lecker weit verbreitete Beere, die in Südostasien vorkommt, könnte dazu beitragen, Solarzellen in Zukunft günstiger werden zu lassen. Die Jamun Beeren könnten sogar dazu beitragen eine Lösung für den chronischen Strommangel Indiens zu sein.

Eine Gruppe von Forschern am indischen Institut für Technologie (IIT) hat festgestellt, dass ein Pigment in der Janun Beere große Teile des Sonnenlichts absorbiert. Wissenschaftler haben mit dem Pigment, Anthocyanin, experimentiert und glauben, dass es für die Massenproduktion genutzt werden könnte. So können die Produktionskosten für Solarzellen senken.

Die Forscher haben genau geprüft, warum die Janusbeeren schwarz sind. Dabei wurde das Pigment mit Ethanol extrahiert und festgestellt, dass Anthocyanin ein großer Absorber von Sonnenlicht ist. Anthocyanin findet sich auch in Früchten wie Heidelbeeren, Preiselbeeren, Himbeeren und Kirschen.

Jamun Bäume wachsen bis zu 30 Meter und können über 100 Jahre alt werden. Die Frucht wird viel von Indern gegessen und man bekommt sie in Indien günstig an jeder Straßenecke.

Die gängigen Solarzellen werden heutzutage aus einem Einkristall-Silizium oder polykristallinem Silizium hergestellt.

Forscher verwendeten die natürlich vorkommende Pigmente, die in Janunfrucht als preiswerter Photosensibilisator für farbstoffsensibilisierte Solarzellen (DSSCs) oder Gratzel-Zellen genannt

Gratzel-Zellen sind Dünnschicht-Solarzellen. Diese werden aus einer porösen Schicht aus Titandioid beschichteten Fotoanoden, einer Schicht Farbschottmolekühle die das Sonnenlicht absorbieren, einem Elektrolyten zur Regenerierung des Farbstoffes und einer Kathode zusammen gesetzt.

Die Komponenten bilden eine sandwichartige Struktur, wobei das Farbstoffmolekül oder der Photosensibilator durch seine Fähigkeit Licht aufzunehmen eine zentrale Rollen spielt. Der genauen Bericht wurde im Journal of Photovoltaics Journal of Photovoltaics veröffentlicht.

Die Solarzellen arbeiten nach einem einfachen Prinzip. Photonen von der Sonne werden in der Solarzelle aufgefangen. Die Solarzellen enthalten elektronenreiches Silizium oder Farbstoff. Trift das Licht auf die Elektronen erzeugen sie einfach gesagt Strom. Mehr dazu gibt es im Aufbau einer SolarzelleJe effizienter eine Solarzelle ist um so mehr Photonen kann sie auffangen und somit auch mehr Strom produzieren.

Indien will seine Solarzustrom Erzeugung von 10 Gigawatt auf 100 Gigawatt bis 2022 erhöhen.

Obwohl, Silizium auf der Erde reichlich vorhanden ist, ist die Herstellung von Siliziumzellen sehr teuer.

Die Forscher hoffen durch die natürlich vorkommenden Farbstoffen wie dem aus der Janun Beeren, die farbstoffsensiblisierten Solarzellen effizienter zu machen. Und so die Kosten eines Solarspanes um 40% zu senken.

Es ist aber noch ein langer Weg, der zu gehen ist. Die Solarzellen, die bisher gebaut wurden haben nur eine Effizienz von 0,5 % im Vergleich zu kommerziellen Solarzellen. Die mehr als 15 % Effizienz erreichen.

Obwohl farbstoffsensibilisierte Zellen schon 1988 erfunden wurden gibt es bis heute keinen großen kommerziellen Absatzmarkt dafür. Das liegt auch an der schlechten Effizienz der Zellen.

 

Inspiriert von der Natur

Schmetterlingsflügel inspirieren, um ein Weg zu finden das Licht in den Sonnenkollektoren besser zu absorbieren.

Inspiriert von der Natur

Ein sehr häufe Anblick in den Wäldern und Wiesen Indiens ist der gemeine Rosenschmetterling. Bekannt ist er für seine samtig schwarzen Flügel und farbenfrohen Körper. Die Flügel des Schmetterlings haben Forscher für eine neue Art von Solarzellen inspiriert.

Solarmodule bestehen normalerweise aus dicken Solarzellen und sind meistens in einem Winkel angeordnet, um so das meiste Licht der Sonne zu absorbieren. So müssen sie sich, um effektiv zu sein, den ganzen Tag bewegen. Wissenschaftler untersuchten die schwarzen Flügel des Rosenschmetterlings und kopierten die Struktur der Flügel um dünne effizientere Solarzellen zu erzeugen. Im Gegensatz zu anderen Zelltypen können diese sehr oft und leicht hergestellt werden. Die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift Science Advances veröffentlicht.

Der Rosenfalter stammt aus Südostasien. Weil er kaltblütig ist und das Sonnenlicht zum Fliegen braucht, haben sich seine schwarzen Flügel entwickelt. Diese absorbieren Sonnenenergie sehr effizient.

Um herauszufinden, warum Schmetterlinge so effizient sind, haben Wissenschaftler von Radwanul Siddique, einem Bioingenieur am California Institute of Technology, die Flügel mit einem Elektronenmikroskop untersucht und ein 3D Modell der Nanostrukturen im Flügel erstellt. Auf den Flügeln befinden sich zufällig verteilte Löcher. Die Löscher sind weniger als ein Millionstel Meter breit und helfen, das Licht zu streuen und den Schmetterling dabei die Wärme aufzunehmen.

Die Löcher sind zufällig in Größe und Forma. Anhand von Computermodellen fand das Team heraus, dass die Position und Reihenfolge wichtig für die Absorption von Licht sind. Aber die Form spielt keine Rolle.

Das was interessant ist, ist der exzellente Ansatz, die zugrunde liegenden physiologischen Konzepte zu betrachten und sie dann in eine Struktur zu bringen. Um solche Blätter herzustellen braucht es gerade einmal 10 Minuten.

Sonnenfinsternis 2017

Totale Sonnenfinsternis am 21.08.2017

Eines der am meisten erwarteten Himmels Ereignisse in der jüngsten Geschichte ist gleich um die Ecke. Am Montag, den 21. August wird die größte amerikanische Sonnenfinsternis erwartet. Eine faszinierende Dunkelheit wird sich von Oregon nach Süden erstrecken Richtung Carolina.
Wenn du nicht gerade einer von den 12 Millionen Menschen bist die sich im etwa 112 Kilometer breiten Kernschatten der Sonnenfinsternis befinden. Gibt es die Möglichkeit das Spektakel live zu sehen.
Die NASA wird zwei Live-Streams schalten. Man folgt bei dem einen dann der Sonnenfinsternis in den USA. Der andere Livestream wird von Carbondale, Illinois, gesendet. Wo sich der Pfad der totalen Sonnenfinsternis 2017 erstreckt und auch die Sonnenfinsternis 2024 Sein wird. Die Livestream werden am Montag gestartet. Diese kann man auf der Live Science website am Montag ansehen.

Der Livestream der Sonnenfinsternis 2017 bei der NASA ist von 12 bis 16 Uhr Eastern Daylight Time zu sehen. Das ist bei ins in Deutschland 18 bis 21 Uhr. Diese Livestream bieten fantastische Ansichten aus 12 Standorten. Darunter gibt es aufnahmen, aus Flugzeugen, Boden-Teleskopen und aus Höhen Ballons.

Die USA wird die Sonnenfinsternis 2017 fast 700 Millionen Dollar durch Arbeitsausfälle kosten

Die Sonnenfinsternis 2017 wird Amerika wahrscheinlich fast 700 Millionen Dollar kosten, die durch Arbeitsausfall zustande kommen.
Es gibt nur wenig Leute die bei solch einem Himmelsereignis nicht nach draußen gehen, um zu sehen, was über ihren Köpfen passiert. Es wird geschätzt, dass 87 Millionen US-Amerikaner während der Sonnenfinsternis 2017 als Angestellte arbeiten werden.
Aber nicht nur durch den Arbeitsausfall entstehen kosten. Die Solarindustrie muss sich auf das fehlende Licht der Sonne durch die Sonnenfinsternis 2017 vorbeireiten.

Die totale Sonnenfinsternis am 21. August wird für die Solarindustrie sehr störend sein.

Dank der stark unterstützenden Solarpolitik und einer Füll an sonnigen Tagen ist Kalifornien ein führender Solarmarkt in den USA. Der Start ist derzeit für fast die Hälfte der Nation, die für die Solarkapazität verantwortlich ist. Allein in diesem Jahr wurden mehr als 4,8 Millionen Häuser von Solaranlagen betrieben. Dazu gehörten Großkraftwerke bis hin zu einzelnen Photovoltaik platten.
Die bevorstehende Sonnenfinsternis am 21. August 2017 verdunkelt den kalifornischen Himmel insgesamt ca. 2 Stunden. Und damit wird die Sonnenstrahlung um 70 Prozent gesenkt. Dabei ist nicht einmal der Großteil der Sonnenfinsternis in Kalifornien.
Um die Netzverlässlichkeit aufrecht zu erhalten, müssen die Solaranlagen eine komplexe Kombination aus verschiedenen Stromquellen nutzten. Dazu gehören Erdgasanlagen und Wasserkraftwerke. Diese werden dann als Alternative zu geschaltet, um die Nachfragelücke zu füllen.
Die größte Herausforderung besteht darin das genaue Timing als auch die Rampenzeiten und Änderungen der Energieproduktion zu verwalten. Bei einer Sonnenfinsternis 2017 wird die Energie der Sonne viel schneller abfallen, als es an einem bewölkten Tag wäre. Während die Sonnenstrahlen weniger werden müssen die Generatoren hochfahren. Aber sobald die Sonnenfinsternis wieder vorbei ist und die Sonne wieder zurückkommt müssen die Generatoren wieder abgeschaltet werden und die Versorgung mit der Nachfrage auszugleichen und um nicht das Stromnetz zu überlasten.

Sonnenfinsternis 2015 in Deutschland

Wärend der Sonnenfinsternis im Jahr 2015 in Europa wurden 80 Prozent des deutschen Sonnenlichtes abgeschnitten. In Deutschland war es um einiges härter da hier prozentual mehr Solarstrom ins Netz eingespeist wird als in Kalifornien.
Aber trotzt der Dramatischen Senkung der Solarenergie, gab es während der Sonnenfinsternis keine größeren Störungen. Deutschland Stabilisierte das Stromnetz mit fossilen Brennstoffen sowie Kern und Wasserkraft.

Solarstrom ohne Eigenheim

3Solarstrom kann jetzt auch von Mietern gefördert werden

Bis jetzt brauchte man immer ein Eigenheim um Solarstrom mit den dazu auf dem Dach montierten Solaranlagen zu produzieren. Das kann sich jetzt auch für Mieter lohnen. Die Koalition verabschiedet ein Gesetzentwurf, der auch Solarstrom auf Miethäusern fördern soll.

 

Dieses Jahr soll noch voraussichtlich die Förderung für Solarstrom auf Miethäusern kommen. Damit soll erreicht werden, dass mehr Vermieter auf ihren Mietshäusern Solaranlagen installieren und somit die Energiewende voran treiben. Damit es für Vermieter attraktiver wird, Solaranlagen auf den Häusern zu installieren, soll es ein Zuschuss für den Strom geben. Der Entwurf ist noch nicht ganz ausgereift und der Bundestag muss noch zustimmen. Die Branchenverbände fordern schon Nachbesserungen. Nach Ansicht der Grünen denkt die Bundesregierung mal wieder nicht weit genug. Der BDEW vermutet andererseits höhere Netzentgelte, die an viele Mieter weiter gegeben werden könnten. Der Verband kommunaler Unternehmen forderte auch das Umlagen- und Entgeltsystem grundlegend zu überarbeiten. Das soll in Zukunft eine faire Lastenverteilung sicherstellen. Das Mieterstromgesetz darf auch nicht dazu führen, dass der Wohnungswirtschaft gegenüber Energieversorgern von Unternehmen bevorzugt werden.

Die Höhe der Förderung hängt von der Größe der Solaranlage und den Solarzellen Ausbau ab. Die Zuschläge werden möglicherweise zwischen 2,75 Cent und 3,8 Cent pro Kilowattstunde liegen. Dazu soll sichergestellt werden, dass die Mieter ihren eigenen Stromanbieter zudem frei wählen können. Geplant sind Vorgeben zu den Laufzeiten und ein Verbot der Kopplung mit dem Mietvertrag. Außerdem soll es für den Strom auf Mietshäusern eine Preisobergrenze geben.

Genau so wie beim Eigenheim wird der nicht verbrauchte Strom in das Stromnetz eingespeist und vergütet.

Mit der Förderung von Mietstrom soll die Energiewende in die Städte gebracht werden und so sollen auch die Mieter an der Energiewende beteiligt werden. Voraussichtlich 3,8 Millionen Wohnungen hätten das Potenzial, das bei der Stromversorgung von großem wirtschaftlichen Interesse ist.

Nach einer Umfrage ist das Interesse an Mietstrom sehr groß. Danach können sich über 60 Prozent der befragten Mieter vorstellen, eigenen Strom von Dach zu beziehen. Nach der Umfrage des Meinungsforschungsinstituts YouGov im Auftrag des Öko-Energieanbieters Lichtblick würde sich jeder sechste Mieter dagegen entscheiden

Solarzelle bei jedem Wetter

Solarstrom auch bei schlechtem Wetter?

Wie viel Strom meine Solarzelle liefert, hängt stark von der Umgebung und dem Wetter ab. Schieben sich Wolken vor die Sonne, dann liefert meine Solarzelle auch weniger Strom. So nützen die meisten Solarzellen also wenig. Eine Amerikanisch chinesische Forschergruppe will das Problem lösen indem sie eine Hybrid-Zelle entwickeln die sowohl aus Sonne, Wind und Regen elektrischen Strom erzeugen kann. Diese besteht aus einer Siliziumzelle und einem Nanogenerator der Windenergie in elektrische Spannung umwandeln kann. Diese Technologie kann ebenfalls für Outdoor-begeisterte oder Camper von Bedeutung sein. Da auch bei schlechtem Wetter Strom erzeugt werden kann. Diese Solarzellen liefern bei leichtem Wind 8 Milliwatt Leistung. Ein Milliwatt kann schon 100 kleine LED zum Leuchten bringen. Mit dieser Methode könne auch Akkus aufgeladen werden, wenn auch sehr langsam.

Solarzelle-bei-Regen
Solarzelle bei Regen

Neues Solarzellen Design mit einer Energieumwandlung Effizienz von über 50%

Herkömmliche Solarzellen wandeln die Energie des Lichtes in Elektrizität um. Das geschieht in dem sie Photonen in Elektronen umwandeln. Nun gibt es einen neuen Solarzellenentwurf der die Energieumwandlungseffizienz auf über 50% erhöhen kann. Das ist möglich in dem sie Spektralkomponentender längeren Wellenlängen absorbieren. Bei herkömmlichen gingen diese üblicherweise durch die Übertragung der Zelle verloren. Dieses Ergebnis wurde am 6. April in der Onlineausgabe von Nature Communications veröffentlicht

 

Diese Forschungen führte ein Team unter der Leitung von Professor KITA Takashi und Projekt Assistent Professor ASAHI Shigeo an der japanischen Kobe University Graduate School of Engineering durch.

In der Theorie ist bei normalen Solarzellen bei einer Energieumwandlungseffizienz von 30 % die Grenze nach oben. Das ist bei normalen Solarzellen so, da die meiste Sonnenenergie die Solarzelle durchdringt, ohne sie zu absorbieren. Oder die Sonnenstrahlen werden in Wärme umgewandelt. Auf der ganzen Welt wird daran gearbeitet die Effizienz der Solarzellen zu erhöhen. Dabei lag der aktuelle Weltrekord bei 46 % für eine 4-Knoten-Solarzelle. Wenn die Energieumwandlungseffizienz über 50 % steigt würden die Solarzellen einen großen Einfluss auf die Kosten für die Stromerzeugung haben.

Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass der Übertragunsverlust für Unterspalt-Photonen zur Erzeugung eines zusätzlichen Photostroms verwendet werden kann. Das wiederum die Effizienz der Solarzelle erhöhen kann. Das Team nutze zwei kleinere Photonen aus der Energie, die durch die Solarzellen mit einseitiger Verbindung übertrage wurden, um die Verluste zu reduzieren. Diese enthielten ein hetero -interface das aus Halbleitern mit unterschiedlichen Bandlücken gebildet wurde.

Die ersten Experimente sollen gezeigt haben, dass die Verlustreduktion über 100 Mal effektiver ist im Vergleich zu früheren Methoden, die Zwischenbänder verwendet haben.

Die Wissenschaftler erklärten, das die untere Lücke der Photonen für Al 0,3 Ga 0,7 As-Galliumarsenid (GaAs) anregen und Elektronen an der Hetero-Grenzfläche erzeugen. Diese Elektronen werden dann nach oben in die Al 0,3 Ga 0,7 As-Barriere durch Unterspalt-Photonen für GaAs gepumpt. So sagt Takashi wird die zweistufige Photon-Up-Conversion durch die Einführung von I ndium-Arsenid (InAs) -Quumentpunkten an der Hetero-Schnittstelle erreicht

Quelle und Genaue Vorgehensweise der Forscher kann man hier hier durchlesen.