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Cleantech-Startup UbiQD entwickelt transparentes Solarfenster

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Quantenpunkte lenken Licht Richtung Fensterrahmen, wo Solarzellen zur Stromerzeugung integriert sind.

Das amerikanische Cleantech-Unternehmen UbiQD hat ein vollständig transparentes Solarfenster entwickelt. Die Innovation basiert nicht darauf, ein Halbleitermaterial zwischen zwei Glasscheiben zu laminieren. Für die Entwicklung hat der in New Mexico beheimatete Hersteller stattdessen das eigene Know-How in der Entwicklung von luminiszierendem Glas genutzt. Allerdings: Noch ist der Wirkungsgrad des Sonnenfensters schwach.

Konkret werden bei der Basistechnologie extrem kleine Nanopartikel, sogenannte Quantenpunkte, zwischen die Glasscheiben einlaminiert. Mit einem Kern aus Kupfer-Indium-Sulfid und einer Hülle aus Zink-Sulfid sind diese Quantenpunkte winzige Halbleiter, die Licht manipulieren können. Sie verstärken das einfallende Sonnenlicht und sorgen so dafür, dass mehr Licht in die Räume gelangen kann. Bislang wird die Technologie hauptsächlich in Gewächshäusern eingesetzt.

Die Quantenpunkte sind so kleine Nano-Teilchen, dass etwa 100.000 von ihnen notwendig wären, um einen Fingernagel abzudecken. Aufgrund ihrer geringen Größe sind diese Materialien besonders vorteilhaft, da sie eine bemerkenswert hohe Effizienz und eine größenabstimmbare Photolumineszenz (PL, Lichtemission) über ein breites Farbspektrum aufweisen.

Solarzellen im Fensterrahmen erzeugen Energie

Die Solarfenster funktionieren nach dem gleichen Prinzip: Der Unterschied liegt darin, dass die Quantenpunkte das verstärkte Sonnenlicht nicht in das Innere des Gebäudes leiten, sondern auf den Fensterrahmen. Dort befinden sich die Solarzellen, die aus dem abgelenkten Sonnenlicht Strom erzeugen. Damit das Fenster transparent bleibt, wird nur ein kleiner Teil des Sonnenlichts umgelenkt.

Testinstallationen mit ein Quadratmeter großen Paneelen sind in Gebäuden in den USA und den Niederlanden installiert worden. Der Wirkungsgrad des vollständig transparenten Solarfensters liegt nach Angaben von UbiQD derzeit bei 3,6 Prozent. Klassische Solarzellen schaffen 15 bis mehr als 20 Prozent.

UbiQD Transparentes, energieerzeugendes Solarfenster
UbiQD Transparentes, energieerzeugendes Solarfenster

Die Sicht wird – anders als bei anderen Technologien – nicht durch Drähte oder Solarzellen behindert. Werden die Quantenpunkte mit Farbstoffen kombiniert, sind auch unterschiedliche Farben der Fenster möglich.

UbiQD hat gerade in einer Studie, die im The Journal of ACS Applied Energy Materials veröffentlicht wurde, den Stand der Technologie vorgestellt. Demnach soll die Entwicklung und Verbesserung der Lösung beschleunigt werden, damit sie schnell in energieeffizienten Gebäuden zum Einsatz kommen kann.

Kostengünstige Herstellung möglich

Der Anteil der Quantenpunkte auf dem Polymer liegt bei lediglich 1,7 Volumenprozent. Die Nanopartikel sind ungiftig und relativ günstig herstellbar.

Luminiszierende Quantenpunkte von UbiQD in verschiedenen Farben
Leuchtende Quantenpunkte von UbiQD in verschiedenen Farben

Besonders interessant ist die Technologie, weil sich die Transparenz des Glases individuell anpassen lässt. Je dunkler die Tönung ist, um so größer ist die Energieabgabe. Gerade für Hochhäuser mit großen Glasflächen, kann das eine relevante Lösung sein, um die Energieeffizienz des Gebäudes insgesamt zu verbessern.

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