Solarmodule bewegen sich wie Sonnenblumen

Madison (USA) - Sonnenblumen richten ihre Blüte ganz von allein nach der Sonne aus. Genau dieses Prinzip übertrugen nun amerikanische Materialforscher auf Solarzellen und konnten mit einem Prototyp die Stromausbeute um etwa zehn Prozent steigern. Ganz ohne elektrische betriebene Mechanik, die heute Solarzellen nach dem Tagesgang der Sonne ausrichten können, funktioniert das neue System völlig autark. Verantwortlich dafür ist ein spezieller lichtaktiver Kunststoff, den die Forscher genauer im Fachblatt „Advanced Functional Materials“ beschreiben.

„Wir konnten eine passive, solare Nachführung über den kompletten Winkelbereich realisieren“, sagt Hingrui Jiang von der University of Wisconsin-Madison. Möglich wurde diese mit einer Aufhängung für Solarzellen, die aus einem sogenannten flüssigkristallinen Elastomer bestand. Dieser Kunststoff hat die besondere Eigenschaft, sich über einen Phasenwechsel in seinem Aufbau bei Wärme zusammenzuziehen. Kühlt der Werkstoff dagegen ab, dehnt er sich wieder aus. Um die Wärme des einfallenden Sonnenlichts gut aufnehmen zu können, fügten Jiang und Kollegen dem Kunststoff noch Nanoröhrchen aus Kohlenstoff zu.

Für ihren Prototypen setzten die Wissenschaftler nun eine Solarzelle auf insgesamt sechs Säulen aus dem lichtaktiven Kunststoff. Je nach Richtung des einfallenden Lichts zogen sich einige dieser Standbeine teilweise zusammen, andere blieben unverändert. Wanderte die Sonnen weiter, dehnten sich die vorher gestauchten Säulen wieder aus. Durch diese Bewegung konnte die Solarzelle über einen weiten Winkelbereich von 180 Grad immer genau zur Sonne ausgerichtet werden.

Besonders für sehr hochwertige und teure Solarzellen werden heute bereits Nachführ-Systeme genutzt, die auf Lichtsensoren und einer komplexen Mechanik beruhen. Doch diese benötigen selbst auf Strom für die antreibenden Elektromotoren, wodurch der Gesamtwirkungsgrad eines nachgeführten Solarmoduls wieder sinkt. Der lichtaktive Kunststoff dagegen funktioniert völlig autark und benötigt auch keine Regelungselektronik. Für ein Pilotprojekt mit großflächigen Solarmodulen arbeiten Jiang und Kollegen nun an einem stabileren und größeren Nachführsystem aus den lichtaktiven Kunststoffen. Gelingt es dazu, das neue Material kostengünstig zu produzieren, könnten die Stromausbeute von ganzen Solarparks signifikant erhöht werden.