03/10/2016 - Schmelze Silizium, ein neuer und revolutionärer Weg zur Speicherung von Energie

Menéame

Ein Team von Forschern aus der Institut für Solarenergie (IES-UPM) Polytechnische Universität Madrid (UPM) entwickelt ein neues System, das die Speicherung von Energie in geschmolzenes Silicium, das reichste Element der Erdkruste.

Das System, das vor kurzem in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Energie und befindet sich in den Vereinigten Staaten im Patentverfahren, soll eine neue Generation von Niedrige Wärmekraftwerke, sowie neuartige Systeme zur Speicherung von Strom und KWK für städtische Ballungszentren.

Der unaufhaltsame Fortschritt bei den erneuerbaren Energien, insbesondere bei den Wind- und Photovoltaikenergien, hat eine neue Herausforderung im globalen Energiesektor geschaffen: die Speicherung dieser Art von verstreuten und fluktuierenden Energie. In den letzten Jahren wurden eine Vielzahl von Geräten für diesen Zweck entwickelt. Einige haben bereits eine fortgeschrittene Demonstrationsphase und sogar die Vermarktung erreicht, wie etwa die vernetzte Lagerung mit Lithium- oder Natriumsulfid-Batterien. Dies ist auch der Fall bei der thermischen Energie, die direkt in Form von Wärme in ausgeschmolzenen Salzen gespeichert wird, um dann Elektrizität auf Nachfrage mit einem Wärmegenerator zu erzeugen.

Es gibt jedoch Probleme mit den bestehenden Lösungen: von hohen Kosten bis hin zu Sicherheitsproblemen und möglichen Problemen mit dem Mangel an materiellen Ressourcen in der Zukunft. Daher suchen Forschungseinrichtungen und Unternehmen in der ganzen Welt nach alternativen Lösungen, die viel, kostengünstiges Material verwenden und keine großen Risiken für die Sicherheit von Menschen bergen.

Die Forschungsarbeiten der IES-UPM entwickeln ein neues Energiespeichersystem, in dem Eingangsenergieentweder direkt Solarenergie oder Stromüberschuss eines Kraftwerks für erneuerbare Energien, wird in Form von Wärme aus geschmolzenem Silizium bei sehr hohen Temperaturen bei etwa 1400 Grad Celsius gelagert. Silizium besitzt einzigartige Eigenschaften, die ihm die Fähigkeit verleihen, mehr als 1 Megabatio-Stunde Energie in einem Kubikmeter zu speichern, d.h. etwa zehnmal so viel wie die Salze, die derzeit in Wärmekraftwerken verwendet werden. Silizium bleibt geschmolzen, indem es die Umgebung hitzebehandelt, bis diese Energie beansprucht wird, wobei die Umwandlung der in Elektrizität gespeicherten Wärme erfolgt. Und hier kommt der Trick, wie uns Alexander Datas zeigt, Forscher, der dieses Projekt fördert. "Bei diesen so hohen Temperaturen glänzt Silizium intensiv, so wie es die Sonne tut, und so können Photovoltaikzellen - die hier als thermofotovoltaische Zellen bezeichnet werden - eingesetzt werden, um diese Strahlung in Elektrizität umzuwandeln. Die Verwendung von thermofotovoltaischen Zellen ist der Schlüssel zu diesem System, da jede andere Art von Generator kann kaum bei so extremen Temperaturen arbeiten. Darüber hinaus erzeugen diese Zellen in der Größenordnung von 100-mal mehr elektrische Leistung pro Flächeneinheit als eine konventionelle Solarzelle und sind in der Lage, höhere Umwandlungseffizienzen zu erzielen, theoretisch sogar mehr als 50%."

Das Endergebnis ist ein extrem kompaktes System ohne bewegliche Teile, geräuschlos, in der Lage, bis zu zehnmal mehr Energie als die vorhandenen Lösungen zu speichern und mit reichlich und kostengünstigen Materialien.

Die erste Anwendung dieser Geräte wird im Bereich der Solarenergie erwartet, wo komplexe Systeme, die derzeit mit Wärmeübertragungsflüssigkeiten, Ventilen und Turbinen zur Stromerzeugung eingesetzt werden, vermieden würden. Durch die Vereinfachung der Konfiguration können die Kosten für die erzeugte Energie drastisch gesenkt werden, was zusammen mit einer höheren Speicherkapazität zu einer der kostengünstigsten aller erneuerbaren Energieerzeugungsalternativen werden kann. Mittel- bis langfristig könnten diese Systeme auch für die Speicherung von Strom im Wohnsektor und für die Steuerung des gesamten Energiebedarfs (Strom und Heizung) der städtischen Ballungszentren eingesetzt werden.

Vor kurzem hat das Forscherteam der UPM eine Finanzierung über ein Projekt "Exploration" des Ministeriums für Wirtschaft und Wettbewerbsfähigkeit erhalten, mit dem sie den ersten Prototyp auf Laborebene herstellen werden. Parallel dazu starten Forscher ein Unternehmensprojekt (Silstore), mit dem sie diese Entwicklungen industrialisierung umsetzen wollen. Das Projekt wurde bislang als eines der besten Start-ups im Jahr 2015 in der UPM anerkannt.

Ref.

DATAS, A.; RAMOS, A.; MARTI, A.; DEL CANIZO, C.; LUQUE, A. “Ultra high temperature latent heat energy storage and thermophotovoltaic energy conversión”. Energy 107: 542-549. DOI: 10.1016/j.energy.2016.04.048. JUL 15 2016 .

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UPM

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