chopp
Meister
3D-Solar-Panels haben höhere Ausbeute
Genetische Algorithmen führen zu 3D-Strukturen, die flach angeordnete Solarzellen weit übertreffen
Erscheinungsdatum: 11 April 2010
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Solarzellen auf Dächern von Einfamilienhäusern gehören mehr und mehr zum normalen Erscheinungsbild. Die hierbei eingesetzten flachen Solar-Panels weisen allerdings einen entscheidenden Nachteil auf: Ihre Abgabeleistung schwankt sehr mit der Tageszeit und somit dem Sonnenstand bzw. dem Winkel, in dem die Sonnenstrahlung auf die Panels auftrifft. Das ist jedenfalls dann so, wenn keine hochkomplexe, teure und aufgrund des Aufwands selten anzutreffende nachführende Systeme installiert werden.
Jeffrey Grossman von der Abteilung Materialwissenschaften des Bostoner MIT ging dieses Problem auf eine ungewöhnliche Weise an. Inspiriert von der Art, wie Bäume ihre Blätter ausrichten, um ein Maximum der Sonnenstrahlung einzufangen, fragte er sich, ob sich die Energieausbeute mit einer dreidimensionalen Anordnung von Solarzellen gegenüber der üblichen flachen Ausführung nicht steigern ließe. Zusammen mit dem Studenten Marco Bernardi entwickelte er ein Computer-Programm, das ausgehend von grundlegenden Formen einen evolutionären Optimierungsprozess durchführte, bei dem aus etlichen kleinen Veränderungen die mit der besten Lichtausbeute für den nächsten Variationsschritt ausgewählt wurde. Als Ergebnis entstanden dabei Formen, bei denen die Lichtausbeute fast über den gesamten Tag nahezu konstant blieb. Dabei wurden die Formen nicht nachgeführt, sondern fix montiert simuliert. Ein weiteres und noch wesentlich interessanteres Ergebnis war, dass die so optimierte Form über einen Tag gerechnet sehr viel mehr an Energie erzeugen konnte als eine flache Anordnung. Der Gewinn liegt hierbei nicht im Bereich von wenigen, eher akademisch relevanten Prozenten, sondern kann durchaus das 2,5-fache gegenüber der flachen Version betragen.
Zur Zeit wird noch weiter an verbesserten und praktikablen Formen gearbeitet, mit denen sich Prototypen einfach aufbauen lassen. Angestrebt wird eine Form, die sich für den Transport zusammenklappen lässt und erst am Aufstellungsort bei der Montage ihre dreidimensionale Struktur bekommt. Eine unten verlinkte Diashow zeigt einige dieser bei den verwendeten evolutionären Simulationen entstandenen Formen.
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Erscheinungsdatum: 11 April 2010
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Solarzellen auf Dächern von Einfamilienhäusern gehören mehr und mehr zum normalen Erscheinungsbild. Die hierbei eingesetzten flachen Solar-Panels weisen allerdings einen entscheidenden Nachteil auf: Ihre Abgabeleistung schwankt sehr mit der Tageszeit und somit dem Sonnenstand bzw. dem Winkel, in dem die Sonnenstrahlung auf die Panels auftrifft. Das ist jedenfalls dann so, wenn keine hochkomplexe, teure und aufgrund des Aufwands selten anzutreffende nachführende Systeme installiert werden.
Jeffrey Grossman von der Abteilung Materialwissenschaften des Bostoner MIT ging dieses Problem auf eine ungewöhnliche Weise an. Inspiriert von der Art, wie Bäume ihre Blätter ausrichten, um ein Maximum der Sonnenstrahlung einzufangen, fragte er sich, ob sich die Energieausbeute mit einer dreidimensionalen Anordnung von Solarzellen gegenüber der üblichen flachen Ausführung nicht steigern ließe. Zusammen mit dem Studenten Marco Bernardi entwickelte er ein Computer-Programm, das ausgehend von grundlegenden Formen einen evolutionären Optimierungsprozess durchführte, bei dem aus etlichen kleinen Veränderungen die mit der besten Lichtausbeute für den nächsten Variationsschritt ausgewählt wurde. Als Ergebnis entstanden dabei Formen, bei denen die Lichtausbeute fast über den gesamten Tag nahezu konstant blieb. Dabei wurden die Formen nicht nachgeführt, sondern fix montiert simuliert. Ein weiteres und noch wesentlich interessanteres Ergebnis war, dass die so optimierte Form über einen Tag gerechnet sehr viel mehr an Energie erzeugen konnte als eine flache Anordnung. Der Gewinn liegt hierbei nicht im Bereich von wenigen, eher akademisch relevanten Prozenten, sondern kann durchaus das 2,5-fache gegenüber der flachen Version betragen.
Zur Zeit wird noch weiter an verbesserten und praktikablen Formen gearbeitet, mit denen sich Prototypen einfach aufbauen lassen. Angestrebt wird eine Form, die sich für den Transport zusammenklappen lässt und erst am Aufstellungsort bei der Montage ihre dreidimensionale Struktur bekommt. Eine unten verlinkte Diashow zeigt einige dieser bei den verwendeten evolutionären Simulationen entstandenen Formen.
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