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Nanoparticle based direct absorption oscillating heat pipes for solar thermal systems

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Nanotechnologien für effizientere Umwandlung von Solarenergie

Die Solarbranche muss bei der Stromerzeugung an Effizienz und Innovation zulegen, um konkurrenzfähig zu bleiben. Forscher entwickelten daher Solaranlagen weiter und arbeiteten dabei mit modernsten Nanotechnologien und Wärmerohren.

Energie
Grundlagenforschung

Fortschritte bei nachhaltiger Solartechnik werden für die künftige Energieerzeugung immer wichtiger. Mit den zur Neige gehenden fossilen Brennstoffen und der steigenden Erderwärmung sind nachhaltige und erneuerbare Energietechniken wie Solaranlagen gefragt, um den Energiebedarf zu decken. Das EU-finanzierte Projekt NANODAOHP (Nanoparticle based direct absorption oscillating heat pipes for solar thermal systems) sollte Nachteile derzeitiger Photovoltaiksysteme ausräumen und hierfür Nanotechnologien und Phasenänderung nutzen. So sollte systematisch die Effizienz des Prototypen verbessert werden, etwa über Nanofluide mit direkter Absorption bis zu oszillierenden Wärmerohren mit besserer Leistung. Bei der innovativen Technologie verbessern direkt absorbierende Nanopartikel die oberflächenabhängige Wärmeübertragung, damit die Sonnenenergie direkt vom Arbeitsmedium absorbiert werden kann. Hierfür arbeitete NANODAOHP mit direkt absorbierenden Gold-(Au), Silber- und Kupfer-(Cu)-Nanopartikeln, da die Materialien eine starke lokale SPR (Oberflächenplasmonresonanz) haben. Für den Flüssigkeitstransport wurden Pumpen durch oszillierende Dampfblasen (in oszillierenden Wärmerohren) ersetzt. Um alle Aufgaben im Zusammenhang mit dem neuen Konzept zu lösen, etwa Nanofluidformulierung für direkte Absorption bis hin zur Leistung des oszillierenden Wärmerohrs, führte das Team eine Studie durch. Die Forscher beobachteten, dass hybride Au-Cu-Nanofluide die Absorption wesentlich effektiver machen und auch die photothermische Umwandlung von Sonnenstrahlung im sichtbaren Lichtbereich verbessern. Bei konzentrierter Sonnenstrahlung wurde eine starke Verdampfung beobachtet, was für Inbetriebnahme und Dauerbetrieb oszillierender Wärmerohre vorteilhaft ist. NANODAOHP produzierte transparente oszillierende Wärmerohre und Rohre aus Metall, wobei die Leistung des neuen Systems stark von der Art, Morphologie und Konzentration der Nanopartikel abhängt. Im Rahmen des Projekts wurden mehrere potenziell langfristige Kooperationen zwischen China und Europa aufgebaut, was den Wissenstransfer nach Europa beschleunigen wird, vor allem im Bereich Wärmerohrsysteme.

Schlüsselbegriffe

Solarenergie, NANODAOHP, direkte Absorption, oszillierende Wärmerohre, Nanofluidformulierung

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