Prozessorkühlung für effizientere Solarzellen

Mit einem flüssigen Metallfilm lässt sich die Ausbeute an Sonnenstrom steigern.

San Diego (USA) - Gebündeltes Sonnenlicht steigert die Effizienz von Solarzellen deutlich. Doch die mit Konzentrator-Linsen fokussierten Strahlen heizen die darunterliegenden Photovoltaik-Module auch auf, und bei Hitze geht wiederum der Wirkungsgrad von Solarzellen zurück. Daher streben Modulentwickler eine möglichst gute Kühlung an. Jetzt wollen Forscher des Chipherstellers IBM nach eigenen Aussagen die beste bisher verfügbare Technologie entwickelt haben, um dieses Ziel zu erreichen. Ihre Ergebnisse, die auf Erfahrungen mit dem hohen Kühlaufwand bei Hochleistungs-Chips beruht, stellen sie diese Woche auf der IEEE Konferenz für Photovoltaik in San Diego vor.

"Solarzellen benötigen oft die gleichen Materialien, Prozesse und wissenschaftliche Ansätzen, wie sie zur Fertigung von Computerchips nötig sind", sagt Supratik Guha vom IBM Watson-Forschungszentrum in Yorktown Heights. Seit wenigen Jahren verhindern hauchdünne Filme aus flüssigem Metall, dass schnell getaktete Prozessoren heiß laufen und zerstört werden. So gut wie kein anderes Material kann der Film aus den Metallen Gallium und Indium die Wärme an einen gerippten Kühlblock aus Kupfer weiterleiten. Genau diese Technologie testeten die Wissenschaftler an Konzentrator-Solarzellen.

Mit Linsen konnte das Sonnenlicht auf die 2000-fache Strahlungsintensität gesteigert werden. Das reicht aus, um die Solarzelle auf bis zu 1600 Grad aufzuheizen. Doch durch den sehr guten thermischen Kontakt mit dem flüssigen Metallfilm war eine Kühlung auf nur noch 85 Grad möglich. So kann der Wirkungsgrad mit gebündelten Sonnenlicht gesteigert werden, ohne Schäden am Modul durch Hitzeeffekte zu riskieren. Guha hält es für möglich, mit dieser Kühltechnik den Preis für Solarmodule auf unter zwei Dollar pro Watt drücken zu können. Wann es soweit sein könnte und wie effizient die Zellen im IBM-Labor Sonnenlicht in Strom umwandelten, verriet der Forscher jedoch nicht.

In Deutschland entwickelt das Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme seit Jahren erfolgreich Solarmodule mit Konzentrator-Technik. Mit ihren "Flatcon-Technologie", bei der Sonnenlicht mit flachen Fresnellinsen bis zu 500-fach konzentiert werden kann, erreichen sie Wirkungsgrade von etwa 35 Prozent. Eine einfache, passive Kühlung der Module reicht zum Betrieb aus. Durch eine Weiterentwicklung mit der vierfachen Lichtbündelung und den Metallfilmen aus der Prozessorenentwicklung wären weitere Steigerungen im Wirkungsgrad möglich.