News Flexible Solarzellen aus Siliziumdrähten

[Booby]

Genau einfach einen weiteren Kreislauf einführen, der die Nutzbarkeit wieder halbiert... Umwandlungen sind stets stark verlustbehaftet, hinzu kommen Kosten für die Herstellung der Brennstoffzellen. Wiederum müssen riesige Brennstoffzellenkraftwerke irgendwohin gebaut werden -> mehr Energieaufwand, weniger Nutzenergie, mehr Herstellungskosten. Das sind alles keine Lösungen. Falsche Ansätze kann man nicht gesundoptimieren.

Hoffe ich finde den Artikel noch, dort wurde vorgerechnet, dass die Herstellung und Verwertung von Wasserstoff energetisch gleich zu einem Liter Benzin, etwa 4 Liter Benzin benötigt.

Elektrische Heizungen (Boiler, Herdplatte) haben einen Wirkungsgrad von fast 100%
Da kann man nichts mehr verbessern.
Elektrische Energie wird zu Wärme umgewandelt, keine Reibungsverluste, da Reibung auch Wärme

 

[Onkelhitman]

Kannst du mal bitte auch erklären wie hoch die Verluste bei Kraftwerken bis zum Verbraucher sind?

Und wo will man optimieren in Zeiten in denen jeder Hanswurst 3000KWh in einem normalen Haushalt verbraucht? Völlig utopsiche Werte weil man einfach nicht darauf achtet. Wenn jeder darauf achten würde was er da verpulvert bräuchten wir auch keine neuen Kraftwerke. Aber so ist das eben nicht.

Da kauf ich mir lieber ne Solaranlage, verkaufe den Strom an den Staat und später kann ich mit der Anlage ohne zu verkaufen diesen selber nutzen.

 

[Hypn0]

@Booby

Da du soviel Wert auf Zahlen und Wirkungsgrade legst, möchte ich hinzufügen, dass der Wirkungsgrad eine sehr willkürliche Größe ist. Meist als thermischer Wirkungsgrad angegeben bezeichnet er den Quotienten von elektrischer Nutzenergie : thermischen Aufwand. Als Beispiel sei hier ein Kohlekraftwerk angegeben, welche einen Wirkungsgrad von 40 - 45 % besitzen. Es wird bei dieser Rechnung jedoch nicht auf die Beschaffung der Ressource eingegangen.
Man könnte nun die Rechnung ein wenig umgestalten, um die Entstehung der Ressource zu berücksichtigen. Welche Energie wird für die Beschaffung der Kohle verbraucht? Wieviel für den Transport? Welche Menge an Sonnenenergie war notwendig, um die Kohle entstehen zu lassen (Stichwort: Photosynthese)?
Du siehst also, dass diese Einflüsse nicht in die Rechnung miteinfließen.
Sonnen- und Windenergie ist vorhanden ohne dass wir etwas dafür tun müssen. Es scheitert also nur an den jetzigen Investitionskosten, welche weitaus höher liegen.
Natürlich ist eine Elektrolyse sehr Energieintensiv, doch musst du bedenken, dass ein wichtiger Rohstoff wie Erdöl und Erdgas dadurch eingespart wird. Es ist also immer eine Kostensache.

P.S.: Brennstoffzellen können heutzutage als platzsparende kleine "Kraftwerke" für den Haushalt erworben werden. Natürlich auch in einer größeren Ausgabe als Blockkraftwerk für industriellen Energiebedarf.

PPS: Elektrische Heizleistung liegt weit ab von den 100%. Schon alleine die Erzeugung von Energie hat einen Verlust von ca. 60% (siehe oben; Kohlekraftwerk). Darüberhinaus noch ein paar Verluste für Transport und Umwandlung.
Was du aber nicht bedenkst ist, dass bei einer Herdplatte auch ein Energieverlust von ca. 60 % (geschätzt) stattfindet. Alleine schon durch den Wärmetransport von Herdplatte, Wärmedurchgang durch Topf und Wärmetransport zum Wasser im Topf. Hier geht vieles an die Umgebung verloren. Somit dürfte die Heizleistung wahrscheinlich bei 20 - 30 %, vielleicht auch weitaus weniger, liegen.

PPPS: Auch wenn die Rechnung (4 Liter Benzin für 1 Liter Wasserstoff; oder wie auch immer; Wasserstoff hat übrigens einen höheren Heizwert und benötigt weniger Zusätze (Anti-Klopfmittel, etc..)) hinkommt. Dann gebe ich lieber mehr Geld aus und spare dafür 1 Liter des Rohstoffs Erdöl (der sehr vielfältig einsetzbar ist, fernab der Autoindustrie), als weiterhin für ca. 40 Jahre diese Politik fortzusetzen und im nachhinein alles zu verbrauchen.
Erst wenn dieser Gedanke beim Menschen angekommen ist (Geld ist eine regenerative Ressource; Erdöl nur sehr bedingt), kann es erst zu Veränderungen kommen!

 

[john carmack]

"...Von den eingefangenen Photonen werden wiederum zwischen 90 und 100 Prozent in Strom umgewandelt..."


Ja, wie jetzt?
Dachte immer das in Licht mehr Energie steckt!

Wenn jetzt schon 90%-100% in Strom umgewandelt werden dann sind keine weiteren Steigerungen in Sicht.

Für mich ist das ganz schön wenig.

Schade das 1qm Solarzelle "LICHT" in einer std. nicht so viel energie erzeugt wie ich dachte!

 

[Sherman123]

Das Problem der Energiespeicherung könnte gelöst werden indem man Wasserstoff durch Elektrolyse herstellt,

Genau Wasserstoff eignet sich zur Speicherung überhaupt nicht. Du hast ständige Verluste, da die winzigen H Atome überall durchdiffundieren. Außerdem muss Wasserstoff sehr sehr stark gekühlt werden, um überhaupt Lagerfähig zu sein.

Ich danke dir für den Anstoß in Richtung Wasserstoff, da wollen doch welche tatsächlich den Wirkungsgrad auf 100% bringen. Biomasse genauso.

Die Elektrolyse hat in beide Richtungen schon einen Wirkungsgrad von 90-95%. Viel geht hier nicht mehr.

Zwar nicht mehr soviel durch Niedrigenergiehäuser, aber einen Brennstoff zum Heizen werden wir immer brauchen, außer der Wirkungsgrad für die elektrische Heizung steigt.

Eine Elektroheizung hat einen Wirkungsgrad von 100%. (auch wenn sie unwirtschaftlich bis zum geht nicht mehr ist)


@Bobby
Boiler und Herdplatte haben keine 100% Wirkungsgrad. Ein Boiler hat gewisse Strahlungs- und Konvektionsverluste. Eine Herdplatte heizt nicht nur den Topf, sondern auch den Herd(rahmen) selber.
Lediglich eine elektrische Heizung hat 100% Wirkungsgrad.

 

[em.20]

Jetzt kommen wieder die pessimistischen Internetprofis und erklären uns was wirklich Sache ist.

 

[Sherman123]

@ALL - Lest euch mal die original Quelle durch.

The silicon wire arrays created by Atwater and his colleagues are able to convert between 90 and 100 percent of the photons they absorb into electrons—in technical terms, the wires have a near-perfect internal quantum efficiency.

The silicon-wire arrays absorb up to 96 percent of incident sunlight at a single wavelength and 85 percent of total collectible sunlight.

Daraus ergibt sich für mich ein Wirkungsgrad von ca 75%. Ich verstehe den Text so. Sieht das irgendjemand anders?
Vielleicht ergibt sich dieser derart hohe Wirkungsgrad aus der speziellen Anordnung. Außerdem sind die Si Stränge sehr sehr dünn - hier könnten schon gänzlich andere Effekte zum Tragen kommen.

 

[Booby]

Ich sagte energetisch gleich, daher 1 liter benzin != 1l Wasserstoff.
Kernaussage war, durch den Umweg mit Wasserstoff viertelt sich die nutzbare Energie.

Durch deinen Studiengang bist du nicht gerade umbefangen, blieb mir auch nicht erspart, war an einem gym für umwelttechnik...

Umwandlung von elekrizität zu Wärme ist was Grundlegendes, wK nahe 100% wird dir jeder bestätigen. Natürlich gibt es Abstahlung, also nicht nutzbare Wärme beim Kochen z.B. Dies lässt sich aber nicht vermeiden, und hat überhaupt nichts mir der Erzeugung der Energie zu tun. Hier muss man ab der Steckdose rechnen. Verbessern kann man da aber rein gar nichts mehr, schon gar nicht mit Induktion, aber das wäre ein anderes Thema.

Wenn du mal richtig in der Energiewirtschaft ingetriert bist, wirst du feststellen, Effizienz ist das A und O. Sowas wie: da bezahle ich lieber etwas mehr für "saubere" Energie ist utopisch, da Energie vor allem eins sein muss: günstig und unkompliziert. Das ist der Grundpfeiler unserer Gesellschfaft. Reg. Energien werden dies jedoch niemals erreichen, zumal sie alles andere als sauber sind. Aber pseudogrün ist heute modern, verschmutzung durch schwefel und übersäuerung bocken keinen mehr, dafür aber das harmlose CO2. Und wenn es sich nicht mehr kommerziell auspressen kann, wird es fallen gelassen, so wie das Ozonloch...

Ich bin hier raus, hat alles keinen Sinn, diese Ideologien wurden Jahrzehnte lang eingehämmert, da habe ich keine Chance

@sherman123

danke, wenigstens einer mit Ahnung hier.
Aber ein Boiler hat über 95% wk, da verwette ich mein letzes Hemd drauf.
Bzgl. des wk der Zelle musst du die Leistungsanpassung bedenken.

 

[Sherman123]

Ich bin hier raus, hat alles keinen Sinn, diese Ideologien wurden Jahrzehnte lang eingehämmert, da habe ich keine Chance

Da macht es sich jemand leicht. Du weißt hoffentlich, dass wir um regenerative Energien nicht herumkommen, oder? (Erdgas, Erdöl, Kohle und Uran sind nunmal nicht unbegrenzt verfügbar - obendrein ist der Ressourcenabbau mörderschmutzig)

Alternativen sind auch: Osmosekraftwerke http://de.wikipedia.org/wiki/Osmosekraftwerk

Deine Argumentation läuft darauf hinaus, dass egal was man versucht, es wird nur wieder konventionelle Energie verbrannt und somit sollte man es gleich unterlassen - das ist ein Teufelskreis.

 

[Yanki]

Guten Tag!

Ich arbeite in der R&D abteilung eines PV unternehmens und möchte kurz zu einigen Punkten stellung nehmen (vereinfacht):

1. Zum eigentlichen Topic: Der große vorteil der vorgestellten Technologie ist die hohe absorption. Einfallendes Licht wird durch die röhrenstruktur "eingesperrt" - es wird solange im material hin und her reflektiert, bis es absorbiert wird. in standardsolarzellen gibt es meist nur den einen Weg rein und wieder raus = licht geht verloren.
Fazit der Siliziumröhrchen: 90% der einfallenden Photonen geben ihre Energie an die elektronen des siliziums ab - 90% des Lichts wird energetisch absorbiert. Aber das ist nicht der Wirkungsgrad!!!

2. der maximale wirkungsgrad einer einfachen Solarzelle aus Silizium unter Standardtestbedingungen beträgt IMMER 25%. Diese Begrenzung ist durch 2 Faktoren bedingt:
a) Die Sonne hat ein seeehr breites Spektrum, von UV bis Infrarot. Das alles zählt man als "eingestrahlte Leistung = 100%". Solarzellen können aber nur aus einem Teil dieser Strahlung sinnvoll Energie erzeugen. Infrarotstrahlung ist z.B. viel zu energiearm, macht insgesamt aber trotzdem 25% des spektrums aus.
b) Silizium hat nur EINE bandlücke, die bei 1100 nm liegt. Photonen müssen also eine Wellenlänge kleiner als 1100nm haben, damit sie genug Schwung haben, um Elektronen in das "Leitungsband" zu schießen. Das gesamte "sichtbare" Licht der Sonne hat also viel mehr Energie, als man am Ende aus der Solarzelle abgreifen kann. Bildlich gesprochen: Ein blaues Photon schießt das Elektron viel zu hoch, es fällt am Ende eh wieder auf das 1100nm Energieniveau (Nebenprodukt ist Wärme).

3. möchte ich Herrn Booby eine Frage stellen: Mit welcher "klassischen" Energieform möchtest du in Zukunft Strom erzeugen? Ich schlage mal einige vor (sag einfach stop):

I. Kohle (SMOG alarm, verwüstung der landschaft beim Abbau, aber dafür billig)
II. Kohle mit CO2 speicherung (sauberer, aber viel zu teuer; und wohin mit dem CO2 eigentlich?)
III. Atomenergie (CO2 neutral, aber wohin mit dem Müll? In dein Wohnzimmer? Außerdem vergessen viele, dass Uran auch begrenzt ist und sich immer schwieriger/teurer abbauen lässt!)
IV. Öl (viel zu teuer)
V. Gas (saubere Energie, eignet sich super für KWK anlagen. Aber wo kriegen wir Gas her? Alles aus Russland? Was wenn die den Hahn zudrehn?)
VI. Wasser (Wie schon vorher geschrieben, sind in Europa nahezu alle sinnvollen Standorte verbaut. Norwegen exportiert schon massig Wasserstrom, aber mehr installieren geht einfach nicht)

So, bitteschön. Such dir eins aus, damit du auch in zukunft solide Grundlast hast ohne spannungsschwankungen!
Solar/Wind/Bio/Solarthermie/Wasser müssen alle Hand in Hand arbeiten, um eine ausfallsichere Energieversorgung zu gewährleisten. Dann klappt das auch ohne Kohle und Atom! (solche intelligenten Lösungen sollten auch teil deines Studiums sein!)

grüße aus berlin

 

[Sejaar]

@Booby:

du weißt schon, dass CO2 für die versauerung der meere verantwortlich ist?!


die energiebilanz einer elektroheizung ist katastrophal und reine energieverschwendung. der strom kommt zum großteil aus dem nächsten kohlekraftwerk. die effiziens liegt bei ca. 40% (wenns hoch kommt!). wenn ich nun eine gasheizung habe, dann ist es nicht nur billiger sondern von der ernergiebilanz weitaus sauberer. ganz zu schweigen von der CO2-bilanz

zum thema speicherung: es gibt viele konzepte wie man energie speichern kann, vorallem für zeiten wenns gar keine sonne gibt (z.b. in der nacht) oder kein wind weht. einmal kann man unserer europäisches netz nutzten und den strom in stausee speichern (stichwort Pumpspeicherwerke). dann kann man es mittels Druckluft speichern, wobei das wohl nicht sehr effizient sein soll. Wärmeenergie kann man auch speichern. neben Speicherung mittels Wasserstoff gibts noch so viele andere ideen, wie akkumulatoren in elektrofahrzeugen. das meiste geht nicht weils zu viel kostet und sich nicht rentiert -.-. daran wirds letztendlich scheitern, dass es nix kosten darf

 

[Hypn0]

Also jetzt mal langsam. Es ist SEHR wichtig nicht ab der Steckdose zu rechnen. Ich möchte das mal kurz erklären:
In einem Kohlekraftwerk wird Kohle verbrannt. Die entstehende Wärmeenergie verdampft einen Wasserkreislauf, welcher in Turbinen entspannt wird. Hierdurch wird elektrische Energie erzeugt. Diese elektrische Energie wird an die Haushalte weitergereicht.
Es ist also ein erheblicher Unterschied ob ich mit einem Heizstrahler die Wohnung beheize (an sich ja 100 % Wirkungsgrad; Jedoch Verluste durch verfahrentechnische Umwandlungen im Kohlekraftwerk) oder ob ich mir ein Lagerfeuer in der Wohnung anzünde . Laut deiner Rechnung hätte das Lagerfeuer einen Wirkungsgrad von über 100 %, denn 1 Stück Kohle erzeugt weitaus mehr Wärme als elektrische Energie!!!
Das ist auch der Grund warum jeder bei sich einen Erdgastank oder ähnliches stehen hat.
Wie oben schon erwähnt ist der Wirkungsgrad sehr willkürlich, man sollte sich da nicht zu sehr darauf versteifen.

 

[bensen]

Photovoltaik ist schön und gut, was aber für die Haushalte mehr Sinn machen würde, wäre Solarthermie.

Da würde schon mal einiges an Energie, die für die Herstellung der Halbleiter draufgeht, eingespart werden.
Der Wirkungsgrad ist mit Vakuumröhrenkollektoren sogar in unseren Breiten gut.

Nur die Politik verhindert das. Ökonomisch ist für den Nutzer nur die Einspeisung von Strom ins Netz. Denn das wird mit extremen Preisen vergütet.
Mit Solarthermie hingegen kann man nur die eigenen Energiekosten reduzieren. Dadurch amortisieren sich die Anlagen erst deutlich später. Das gleiche Problem haben Wärmepumpen.

Wenn nur der Gedanke Umweltschutz zählt, muss man die Politik überdenken. Denn so wird nur punktuell das Potential ausgeschöpft.

 

[Hypn0]

@bensen

Solarthermische Anlagen in unserer Umgebung ist so eine Sache. Was passiert im Winter und Herbst? Eine Erhitzung des Mediums würde nicht stattfinden.
Du weißt aber schon, dass Wärmepumpen keinen Strom erzeugen?

 

[AAS]

Eine 10m2 Anlage(15% WiGr) erzeugt im Jahr in Mitteleuropa 4400Kwh Strom, das ist der normale Verbrauch einer 4 Köpfigen Familie, wenn sie nicht mit Strom heizt.

Wir heizen auch nicht mit Strom, haben aber etwa einen Strom verbrauch von 23'000 kWh
und wenn ich hier in den Zählerraum gehe sieht es nicht viel anders aus, 17'000 kWh durchschnittlich.


Ich persönlich halte von Solaranlagen nicht viel,
obwohl ich selber im Beruflichen Solaranlagen verbaue.
Bei mir zu Hause setze ich lieber auf Atomstrom.

 

[Booby]

Nun gut ein letzter Beitrag hier:

Wie die Zukunft aussehen wird: Atomkraftwerke, Fusionskraftwerke, alternative Ideen, keine Windkraft/Solarkraft jenseits der 5%

Dass Atomkraft so verteufelt wird, ist einzig und alleine Tschenobyl zuzuschreiben und auch nur weil da rumexperimentiert wurde (Sicherheitssysteme umgangen und schnelleres Hochfahren zu erzwingen) soetwas kann rein technisch nicht mehr passieren, hier wird ständig mit dem Angsthammer geschwungen, den radioktiven Müll kann man ebenso für Wärmekraftwerke nutzen. Es wird immer das Totschlagargument Strahlung gebracht. Dabei ist Strahlung was absolut Elementäres, welche Strahlung ein Transatlantikflug auf einen Menschen einwirkt, würden die meisten nicht mal glauben.

Versteht mich nicht falsch ich bin absolut für alternative Energien, nur sind (für mich) Wind und Solar keine dieser Alternativen.

@Yanki
wenn ich am Tropf der Industrie hinge, würde ich ähnlich argumentieren. Einfach sinnlos dahinforschen, in der Hoffnung bald was zu finden, find ich nicht so erfolgsversprechend. Man soll von einem toten Pferd absteigen wenn man merkt dass es nicht weitergehen kann.

Öl ist en masse verfügbar wir schwimmen quasi drauf, aber ich gebe hier einigen recht, es vor allem in der Chemie + Mobilität eingesetzt werden sollte. Für das Stromnetz ist es eigentlich zu teuer.
Kommt mir jetzt bitte nicht mit Peakoil. Mal so als Gedankenanstoß, es ist bisher etwa die 1,5 fache Menge dessen an Erdöl gefördert worden, die maximal durch die Biomasse auf der Erde hätte jemals entstehen können.
Die Russen haben in den 60ern paar interessante Experimente gemacht, es später aber zwecks Erdölverkauf verschleiert.

Ja und das böse Kohlenstoffdioxid tötet auch süße Robbenbabies!
Das CO2 Märchen ist Bullsh*t, wie damals auch das Ozonloch, das plötzlich aufkam, nachdem das U.S Patent für FCKW auslief. Lest die Dokumente die beim Klimategateskandall gehackt wurden, es geht nur um das Geld, den modernen Ablaßhandel mit Klimazertifikaten, Al Gore der CO2 Messias ist mittlerweile Milliardär. Selbst wenn das CO2 die Erderwärmung auslöst, die Meere setzen etwa sieben mal mehr CO2 frei als wir Menschen. Falls sich jemand mal mit der wahrscheinlicheren Ursache für die Klimaänderung auseinandersetzen möchte: http://www.eike-klima-energie.eu/
Insbesondere der offene Brief an die Frau Merkel.
Energie ist ein unheimlich schmutziges Geschäft!

Alles was ich sagen wollte ist gesagt, gegen eine Ideologie kann man nicht ankämpfen. Zwar bin ich noch Student, habe aber ein halbes Jahr bei der RWE gearbeitet, meine baldige Diplomarbeit werde ich ebenfalls dort machen. Also maße ich mir etwas Ahnung und Erfahrung auf dem Gebiet an.
Dass meine grundsätzliche Meinung geteilt wird, liegt nicht daran, dass wir ein Haufen verstörter, atomkraftliebender, erzkonservativer Umweltzerstörer sind. Nein die Rahmenbedingungen lassen einfach keinen anderen Schluss zu.

@bensen

Solarthermie und Wärmepumpen sind natürlich sinnvollere Anwendungen, da nutzbar

 

[bensen]

Solarthermische Anlagen in unserer Umgebung ist so eine Sache. Was passiert im Winter und Herbst?

Isolation? Das klappt gut. Sicherlich nicht so gut wie im Sommer. Der Wirkungsgrad ist dennoch gut.

Du weißt aber schon, dass Wärmepumpen keinen Strom erzeugen?

Ja sicher weiß ich das, sonst hätten sie ja nicht das gleiche Problem wie Solarthermische Anlagen.

 

[Onkelhitman]

"Wir heizen auch nicht mit Strom, haben aber etwa einen Strom verbrauch von 23'000 kWh
und wenn ich hier in den Zählerraum gehe sieht es nicht viel anders aus, 17'000 kWh durchschnittlich."

Pro was? Im Jahr? Soviel haben wir hier im Haus noch nichtmals als Stromverbrauch und wir heizen zum größten Teil mit Strom, haben Durchlauferhitzer etc. etc. .....

Also ich weiss nicht wie man auf solche Utopenwerte kommen kann ohne massiv was falsch zu machen.

 

[Sherman123]

17000kWh??
Wir (4 Leute) brauchen kaum 3000kWh.

wenn ich am Tropf der Industrie hinge, würde ich ähnlich argumentieren. Einfach sinnlos dahinforschen, in der Hoffnung bald was zu finden, find ich nicht so erfolgsversprechend.

Wieder eine Argumentationsweise, mit der man jeglichen Versuch einer Diskussion abtötet.

@Yanki
Sieh dir bitte mal #87 von mir an. Kannst du das bitte kommentieren - du kennst dich damit bestimmt besser aus.

bildlich gesprochen: Ein blaues Photon schießt das Elektron viel zu hoch, es fällt am Ende eh wieder auf das 1100nm Energieniveau (Nebenprodukt ist Wärme).

Halbleiter haben doch nur ein Leitungsband und ein Valenzband. Selbst energiereichere (kleinere Wellenlänge) Strahlung kann, sofern nicht irgendein quantenmechanischer Effekt (Compton, Rayleigh, Austritt, Auslöschung,....) wirkt, das Elektron nicht über das Leitungsband "heben", oder?

Jetzt zu dieser neuartigen Solarzelle:
Wenn 90% der einfallenden Photonen in Elektronen umgewandelt werden, dann kommt es doch fast gar nicht zur Erwärmung.

Ich verstehe den Text immernoch so.

 

[ZeT]

So jetzt fehlt nurnoch der passende Energiespeicher. Aber da sind sie auch schon dran - wir sehen energiereichen Zeiten entgegen.