Solarthermie-Forschung: Perfekter Absorber dank Laser

Unser Titelbild zeigt den Aufbau eines hochleistungsfähigen CPC-Vakuumröhrenkollektors, wie wir ihn bei uns im Unternehmen unter der Marke Paradigma herstellen. Gut zu sehen: Der Solarthermie-Absorber in Form einer speziellen Beschichtung auf der Außenseite der inneren Glasröhre.

Der Solarthermie-Absorber wird gerne als das Herzstück eines Solarthermie-Kollektors bezeichnet. Er ist quasi der Empfänger solarer Strahlung und wandelt diese in Wärme um, die zum Bereitstellen von Warmwasser und zum Beheizen von Räumen genutzt werden kann. Je besser der Absorber seinen Job macht (gemessen als sogenannter Wirkungsgrad), desto mehr Solarwärme wird von der Solarthermie-Anlage erzeugt. Forschern der University of Rochester (New York, USA) gelang es jetzt, die Ober­flä­che von Metall mit gepulsten Laserstrahlen so zu bearbeiten, dass diese sowohl ihre Farbe als auch ihre Struktur ändert. Damit wurde ein höchst effizienter Solarabsorber geschaffen.  

Die US-amerikanischen Forscher rund um Chunlei Guo, Professor für Optik an der University of Rochester, machten bereits von sich Reden, weil sie mit ihren hochleistungsfähigen Lasern metallische Strukturen erschaffen hatten, die in Wasser nicht sinken.

US-Universität entwickelt den perfekten Absorber für Solarthermie-Anlagen

Und jetzt veröffentlichten sie ihre jüngsten Forschungsergebnisse zum perfekten Solarthermie-Absorber auf dem Portal nature.com. Demnach sei es ihnen mit ihren Lasern auch gelungen, herkömmliche Metalle wie Kupfer, Stahl, Aluminium und Wolfram, zu perfekten Absorbern für Solarthermie-Anlagen zu machen. Die Wahl fiel auf diese Metalle, weil sie dank ihrer mechanischen Stärke den hohen Temperaturen der Laser trotzen könnten.

Dazu muss man Folgendes wissen: Schon vor Jahren hatte das Guo-Labor es hingekriegt, dass sich die metallisch schimmernde und Licht reflektierende Oberfläche von Metall dank Laserbestrahlung schwarz färbte. Damit hatte man eine wichtige Voraussetzung fürs Absorbieren von auftreffender Strahlung erfüllt, denn Schwarz absorbiert diese stärker und reflektiert sie weniger als eine metallische Fläche. Die schwarze Metalloberfläche absorbierte ein sehr breites Spektrum an Lichtwellen, sprich: sie selektierte nicht.

Doch für einen perfekten Solar-Absorber, so erklärt Professor Guo in der zugehörigen Presseerklärung der Universität, brauche man mehr als ein schwarzes Metall.

Das folgende kurze Video erklärt, wie die laserbehandelte Metalloberfläche zum perfekten Solarthermie-Absorber wird:

Daher habe man mit Hilfe eines Femtosenkundenlasers auch die Struktur der Metalloberfläche gezielt verändert. Ein Femtosekundenlaser sendet Lichtpulse im Femtosekundenbereich aus und ist bekannt für seine hohe Genauigkeit. Nur zum besseren Verständnis: Eine Femtosekunde entspricht 0,000 000 000 000 001 oder 10^-15 Sekunden.

Dank der exakten Lasertechnik wurden auf der Metalloberfläche neue Strukturen erzeugt, die die Sonnenenergie bestimmer Bereiche des Lichtspektrums selektiv aufnehmen und zugleich verhindern, dass die Wärmestrahlung anderer Spektralbereiche wieder reflektiert wird. Damit verbessere sich der Wirkungsgrad des Absorbermaterials deutlich, es arbeit mit einer viel höheren Effizienz.

Im Rennen um das beste Absorbermaterial soll demzufolge Wolfram im Testlabor die Nase vorn gehabt haben. Das Metall Wolfram spiele in der Solarthermie bereits eine große Rolle. Dank der speziellen Laser-Bearbeitung seiner Oberfläche steigerte Wolfram im Test seine Absorber-Effizienz um 130 Prozent.

Mehr Lesestoff zum Solarthermie-Absorber

Wir bieten euch hier auf dem Blog weitere spannende Artikelrund um den Solarthermie-Absorber. Schaut gerne mal rein:

• Solarthermie Recycling – Grundlagenwissen: Beschichtung der Absorber (2)
• AquaSolar System – alles Wissenswerte zur Solarwärme-Technologie von Paradigma
• Das ABC der Solarthermie: Alles Wissen rund um Solarwärme von A bis G (Teil 1)

Titelbild: Grafik von Paradigma