Smarte Solarfenster reagieren dynamisch auf Lichtbedingungen

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Ein Fenster, das sich bei starker Sonneneinstrahlung und Hitze von selbst abdunkelt und gleichzeitig Strom produziert – das klingt nach der perfekten Mischung aus Komfort und Effizienz. Genau das haben Forscher des National Renewable Energy Laboratory (NREL) nun geschafft. Bereits einige Jahre hatten sie an Solarfenstern gearbeitet, die Sonnenlicht in Strom umwandeln. Jedoch waren sie daran gescheitert, dass diese Fenster immer zu dunkel waren und man kaum durchschauen konnte. Wenn die Fenster hell genug waren, haben sie dagegen kaum Strom produziert. Nun wurde dieses Problem endlich gelöst. Das smarte Solarfenster nämlich kann beides: Bei hellem Sonnenlicht dunkelt sich das Fenster ab, schützt somit vor zu viel Hitze und Licht und kann zudem in dieser Zeit sehr viel Strom gewinnen. Wenn die Sonneneinstrahlung schwach ist, hellt sich das Fenster automatisch wieder auf, so dass genügend Licht und Wärme durch die Strahlen reinkommt.

Anpassungsfähig und Effizient

Während bisherige Solarfenster in der Regel nicht auf Veränderungen des Sonnenlichts reagieren, passt sich der NREL-Prototyp immer den aktuellen Gegebenheiten an und reagiert dynamisch auf die Lichtbedingungen. Gerade im Sommer kann diese Funktion sehr nützlich sein. Zusätzlich zur Stromgewinnung verhindert das Fenster, dass sich bei starker Sonneneinstrahlung der Raum hinter dem Fenster zu stark aufheizt. Das wiederum führt zu Stromersparnissen, da so die Klimaanlage weniger stark genutzt werden muss. Zudem sind die smarten Solarfenster sehr effizient. Sie erzielen in abgedunkeltem Zustand einen Wirkungsgrad von 11% bei der Erfassung von Solarenergie und deren Umwandlung in Elektrizität.

“There is a fundamental tradeoff between a good window and a good solar cell. This technology bypasses that. We have a good solar cell when there’s lots of sunshine and we have a good window when there’s not.”, so der Wissenschaftler Lance Wheeler. Übersetzt heisst das in etwa, dass eine negative Verbindung zwischen einem guten Fenster und einer guten Solarzelle besteht. Eine produktive Solarzelle arbeitet dann besonders gut, wenn die Sonne scheint, ein Fenster ist dann immer effektiv, wenn die Sonne nicht scheint.

Einsatz in Elektroautos

Nicht nur in Häusern und anderen Gebäuden können die smarten Fenster zum Einsatz kommen. Gerade auch in Elektro-Autos sind sie optimal geeignet. Als Autoscheiben auf den Rücksitzen schützen sie die Mitfahrer vor zu starker Sonneneinstrahlung und Hitze und produzieren gleichzeitig sauberen Solarstrom um die Batterie aufzuladen. Ebenfalls soll das smarte Solarfenster zum Laden von mobilen Geräten und integrierte Elektronik wie Ventilatoren, Regensensoren und Motoren verwendet werden können. Das „Smart Window“ soll 80 Prozent des Strombedarfs in den USA decken.

So funktioniert das smarte Solarfenster

Die Funktionalität des intelligenten Fensters hängt von fortschrittlichen Materialien ab, wie Perowskit. Hierbei handelt es sich um ein Calciumtitanoxid-Mineral, das Sonnenlicht absorbieren und Elektrizität erzeugen kann. Die Verdunklung der smarten Fenster geschieht durch die Absorbierung von Methylamin-Molekülen durch das Sonnenlicht. Diese bewegen sich je nach den Umständen in das Fenster hinein und aus ihm heraus. So wird das Fenster abgedunkelt und gleichzeitig Strom produziert. Ohne Sonneneinstrahlung werde die Moleküle ausgestoßen und das Fenster wird wieder transparent.

Kommerzielle Vermarktung ist geplant

Noch ist das Fenster nicht auf dem Markt, dies ist jedoch in Planung. Bis dahin wird weiter an einer Version für den Endverbraucher gearbeitet. Das NREL ist das wichtigste nationale Labor des US-Energieministeriums für Forschung und Entwicklung im Bereich erneuerbare Energien und Energieeffizienz.

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