Neue Experimente von Schweizer Forschern haben gezeigt, dass mit Solar-Konzentratoren industriell relevante Temperaturen von 1.050°C erzeugt werden können. Die Nutzung von Solarenergie für industrielle Wärme könnte dazu beitragen, die Energieerzeugung zu dekarbonisieren, ähnlich wie der Umstieg auf fossile Brennstoffe.
Aktuelle Solarwandler sind teuer und ineffizient, wenn es darum geht, Temperaturen über 1.000°C für industrielle Prozesse zu erzeugen. Die Forscher haben nun einen thermischen Falleneffekt nachgewiesen, der durch die Exposition von halbtransparenten Materialien wie Quarz und Wasser gegenüber Sonnenstrahlung ausgelöst werden kann. Dieser Effekt erhöht die Lebensfähigkeit von Solarempfängern, indem er strahlungsbedingte Verluste bei hohen Temperaturen unterdrückt.
Ein validiertes numerisches Modell zeigt, wie Empfänger, die auf thermische Fallen setzen, die gewünschten Temperaturen bei geringeren Solar-Konzentrationen erreichen können – also kostengünstiger – bei gleicher thermischer Effizienz wie hochmoderne Lösungen oder sogar bei höherer Effizienz für gleiche Konzentrationen.
Glas, Stahl, Zement und Keramik sind das Herzstück der modernen Zivilisation und unverzichtbar für den Bau von allem – vom Automotor bis zum Wolkenkratzer. Die Herstellung dieser Materialien erfordert jedoch Temperaturen über 1.000°C und ist stark auf die Verbrennung fossiler Brennstoffe zur Wärmeerzeugung angewiesen.
Die Forscher haben ein Gerät zur thermischen Falle entwickelt, indem sie eine synthetische Quarzstange an eine undurchsichtige Siliziumscheibe als Energieabsorber befestigten. Als sie das Gerät einer Energieflussdichte aussetzten, die dem Licht von 136 Sonnen entspricht, erreichte die Absorberscheibe 1.050°C (1.922°F), während das andere Ende der Quarzstange bei 600°C (1.112°F) blieb.
Simulationen zeigen, dass durch thermische Fallen das Zieltemperaturniveau mit geringeren Konzentrationen bei gleicher Leistung oder mit höherer thermischer Effizienz bei gleicher Konzentration erreicht werden kann.
Die Forscher optimieren nun den thermischen Falleneffekt und erforschen neue Anwendungen für diese Methode. Durch die Erkundung anderer Materialien konnten sie bereits noch höhere Temperaturen erreichen.
Das Potenzial halbtransparenter Materialien zur Licht- oder Strahlenabsorption ist nicht nur auf Sonnenstrahlung beschränkt.
