Sensation - die Super Zelle

Goodman · *** Consulter *** Anmeldungsdatum: 16.01.2002 Beiträge: 5416

DIE ZEIT Nr. 18; 28.04.2005

Die Super-Zelle

Ein Physiker-Ehepaar aus Deutschland hat ein Solarkraftwerk entwickelt, das Kohle- und Atommeiler verdrängen könnte.

Der Nachmittag des 22. Juli 2004, an dem Nikolaus Laing zum ersten Mal den roten Schalter umlegte, war wolkenlos. Bruchteile einer Sekunde später drehte sich im Garten des Reihenhauses im kalifornischen El Cajon der Propeller eines ausgeschlachteten Sportflugzeuges: Mit seinem Handgriff hatte der deutsche Physiker ein Solarkraftwerk in Betrieb genommen, dessen Strom den Rotor auf Hochtouren brachte - und die Augen einer Hand voll Tüftler zum Leuchten.

Das Team um Laing hatte diesem Augenblick zwei Jahre lang entgegengearbeitet.

In der Garage des Reihenhauses hatten das deutsche Physiker-Ehepaar Laing, drei US-amerikanische Techniker und ein britischer Enthusiast in Handarbeit den Prototyp eines Kraftwerks gefertigt, »das die Erzeugung von Elektrizität aus Sonnenstrahlung revolutionieren wird«. Davon ist jedenfalls der 82-jährige Teamchef Laing überzeugt.

Das Solarkraftwerk in El Cajon, unweit von San Diego gelegen, erzeugt zwar wie herkömmliche Fotovoltaik-Systeme Elektrizität aus Sonnenstrahlen, allerdings mit einem deutlich höheren Wirkungsgrad. Dieser Effekt wird durch die Bündelung des Sonnenlichtes, die permanente Neuausrichtung der Anlage am Stand der Sonne und spezielle Fotozellen erreicht. Gemeinsam mit Spezialisten des amerikanischen Satellitenzellen-Herstellers Boeing-Spectrolab sowie des Optik-Unternehmens Jungbecker Technology aus dem nordrhein-westfälischen Olpe entwickelte das Team Solarstrom-Generatoren, bei denen die extrem leistungsfähigen Fotozellen einer hoch konzentrierten Sonnenbestrahlung ausgesetzt werden. Diese so genannten Konzentrator-Zellen erzeugen rund 800-mal mehr Strom als gleichgroße konventionelle Solarzellen aus Silizium.

»Die Kraftwerke haben das Potenzial, künftig Kohle- und Atommeiler zu ersetzen«, verspricht Laing.

Auch hierzulande setzen Wissenschaftler Hoffnungen auf diese Technologie.

»Solarenergie aus Konzentratorzellen ist viel kostengünstiger als herkömmliche Fotovoltaik«, sagt Professor Ernst Ulrich von Weizsäcker, Vorsitzender des Umweltausschusses im Bundestag. Noch basieren mehr als 90 Prozent der am Markt verfügbaren Zellen auf dem Halbleitermaterial Silizium, noch gehören Module mit Wirkungsgraden von 15 Prozent schon zur Weltspitze.

Die Zukunft jedoch dürfte den Konzentratorzellen gehören, mit denen sich deutlich höhere Wirkungsgrade erzielen lassen. Jüngst meldete das Fraunhofer-Institut einen europäischen Rekord von 35 Prozent, erzielt mit Zellen aus Gallium- und Germaniumverbindungen. » Damit könnten fotovoltaische Systeme einen Wirkungsgrad von mehr als 25 Prozent erreichen«, glaubt Gerhard Willeke vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme.

Das Kraftwerk schwimmt in einem kreisrunden Bassin

Den Weltrekord beim Umwandeln der Sonnenstrahlung in Elektrizität hält allerdings Boeing-Spectrolab, dessen Zellen es auf 40 Prozent Wirkungsgrad bringen und die damit das 1200fache an Strom wie gleich große Siliziumzellen erzeugen können. Die Tüftler von El Cajon benutzen modifizierte Boeing-Zellen mit 37,5 Prozent Wirkungsgrad, attestiert das US-National Renewable Energy Laboratory (NREL), eine Abteilung des Washingtoner Energieministeriums.

Das 6,6-Kilowatt-Kraftwerk in El Cajon schwimmt in einem kreisrunden Bassin.

Es misst 7,5 Meter im Durchmesser und besteht aus 17 Reihen dicht nebeneinander angeordneter Brenngläser, die das Sonnenlicht bündeln und auf die darunter liegenden Fotozellen werfen. Diese Konstruktionen sind auf einer Plattform montiert, die auf der kühlenden Wasserschicht schwimmt und sich durch Drehung immer exakt zur Sonne ausrichtet. So nutzt das Kraftwerk rund 80 Prozent der auf die Brenngläser treffenden Sonnenstrahlung. An einem durchschnittlichen kalifornischen Sonnentag könnten auf diese Weise bis zu 52 Kilowattstunden Strom erzeugt werden, sagt Nikolaus Laing.

Das Ehepaar hat die Idee seines Solarkraftwerkes über zwei Jahrzehnte vorangetrieben. 1982 ließ es sich erstmals sein »System eines im Wasser schwimmenden Solarkraftwerkes, dessen Fotozellen sich nach dem Azimut der Sonne ausrichten«, patentieren. Später gründete das Physiker-Ehepaar die Firma Pyron Solar Inc., um das Fotovoltaik-System für großtechnische Anwendungen zu entwickeln. Sein vorerst letztes Patent mit der Registriernummer PCT/EP02/11309 stammt vom 14. Januar 2004. Darin bescheinigt das Europäische Patentamt, dass das Laingsche Solarstrom-Generatoren-System die Kriterien Neuheit, Erfindung und industrielle Anwendbarkeit erfüllt.

»Damit haben wir uns an die Produktion gewagt«, erzählt Inge Laing auf der Terrasse ihres zur Elektro- und Optikwerkstatt umgebauten Hauses, hoch über der geschwungenen Pazifikküste vor San Diego.

Um die Finanzierung zu sichern, wurde aus Pyron Solar Inc. eine Aktiengesellschaft. » Alle, die beim Bau des ersten Kraftwerkes helfen, sollen vom künftigen Erfolg profitieren«, sagt die Physikerin. Die Anteile an Pyron Solar hält derzeit neben dem Ehepaar Laing das deutsche Unternehmen Jungbecker Technology. Edward C. Nixon, der Bruder des ehemaligen US-Präsidenten Richard Nixon, ist der Präsident von Pyron.

Das handgefertigte Prototyp-Kraftwerk in El Cajon kostete die Tüftler rund zwei Millionen Dollar. Das US-Energieministerium bezuschusste die Anschaffung der Fotozellen mit 60 000 Dollar. Den Rest finanzierten die Laings aus eigenen Mitteln - und mit Überzeugungskraft. So produzierte Jungbecker die Linsen auf eigene Rechnung und mit der Aussicht auf die Beteiligung beim Bau von großtechnischen Serienanlagen. Der Besitzer des Reihenhauses - einer von Laings Technikern - bewegte seine Familie zum vorläufigen Verzicht auf Garten und Garage und stellte beides dem Team kostenlos zur Verfügung.

Auch die Weltbank interessiert sich für die neuartige Stromfabrik

Pyron Solar kalkuliert die Kosten für ein Kraftwerk mit einer Spitzenleistung von 600 Megawatt - es würde etwa 2,5 Quadratkilometer Fläche benötigen - mit 938 Millionen Euro. » Von der Auftragserteilung bis zur Schlüsselübergabe dürfte die Produktion zwei Jahre lang dauern«, schätzt Inge Laing.

Mehr als drei Dutzend Anfragen hat die 78-jährige Physikerin bereits bekommen. Dass kürzlich sogar die Weltbank, die sich die Förderung erneuerbarer Energien in Entwicklungsländern auf die Fahne geschrieben hat, einen Vertreter nach San Diego schickte, stimmt das Team optimistisch.

Marktanalysen zufolge könnten Pyron-Solar-Kraftwerke zuerst in Nordafrika großtechnisch umgesetzt werden. Dort sei die jährlich verfügbare Energie der Sonne pro Quadratmeter mit 2820 Kilowattstunden neben Kalifornien weltweit am höchsten, beste Voraussetzungen, »um von Afrika aus ganz Europa mit Sonnenstrom zu versorgen«, schwärmt Nikolaus Laing.

Vergleichsstudien der Energieberatung Bölkow Systemtechnik in Ottobrunn bestätigen die Aussagen des Wissenschaftlers. Danach reicht für die Stromversorgung Europas durch Pyron-Solar-Generatoren eine Fläche von 12 700 Quadratkilometern in der Sahara.

Auch der SPD-Solarexperte Hermann Scheer plädiert für die neue Technologie, die aufgrund der hohen Leistungen fossil befeuerte Kraftwerke aus der Energieerzeugung verdrängen könnte. Der vergleichweise große Platzbedarf schränke den Bau von Laingschen Solarkraftwerken allerdings auf »Flächenländer« ein, so Scheer. Und wegen des hohen Gewichts der Wasserkühlung könnten die Anlagen auch nicht auf Flachdächern montiert werden.

Interesse hat auch die Industrie angemeldet. BP, der Ölmulti mit der Sonnenblume im Label, bescheinigt Konzentratorkraftwerken das Potenzial für »signifikanten Effizienzzuwachs« und testet spezielle Fotozellen auf Teneriffa und Kreta. Einige Kinderkrankheiten seien noch zu beheben, heißt es im Konzern. Dazu gehören die häufigen Kurzschlüsse in den Zellen, schnell verschmutzende Linsen und Materialprobleme mit der Isolierung.

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Gast · Pathfinder Anmeldungsdatum: 22.12.2004 Beiträge: 316

In den Top Ten!

Allgemein ein interessantes Themengebiet!
Nur so neu ist die Geschichte auch wieder nicht. Energiebündelung in Form von Licht, Solarzellenmodifizierung in jeglicher Form gibt es zur Genüge. Allerdings eine Umsetzung dieser Ideen und Konzepte wird schon von vornherein kaum Chancen eingeräumt. Dessen kann ich versichern. Zumal die derzeitige Rohstoffbasis ausreichend und neue Technologien nur bedingt effizient sind. Das größte Problem ist die Energievorhaltung. Hierbei größere Fortschritte zu erzielen würde sofort ein beachtliches Einsparpotential eröffnen, ganz ohne neue Zellentechnik.
Interessant ist hier die Investitionsbereitschaft einiger weniger die hier anscheinend gern mitwirken. Da kann man nur hoffen, das dies so bleibt oder sogar zunimmt. Letztendlich leistet die Forschung einen nicht unerheblichen Beitrag zum Wohle der Menschheit.

Mit freundlichen Grüßen,

Gast