Die Technology-to-Business Center (TTB) von Siemens
in Berkeley und Shanghai
bieten jungen Unternehmen finanzielle und fachliche Unterstützung. Hoch im Kurs stehen Technologien zur Energieeinsparung und zur Verbesserung der Lebensqualität, wie einige
der neuesten Ideen und Start-up-Unternehmen zeigen.
TTB China: LEDs für jedermann
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Stern am Lichthimmel: Die weltweit hellste LED-Lam pe von Ahmed Shuja und Praveen Medis soll herkömmliche Großlampen in den Schatten stellen: mit 15.000 Lumen und niedrigem Verbrauch.
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Dass Leuchtdioden (LED) sich im Betrieb kaum erhitzen, ist einer ihrer großen Vorzüge. Zwängt man jedoch Dutzende zusammen auf engen Raum, können auch LEDs so heiß werden, dass sie in Sekundenschnelle durchbrennen. Progressive Cooling, ein vom Siemens Technology to-Business Center (TTB) in Kalifornien finanziertes Start-up, hat nun eine Lösung entwickelt, mit der über 80 weiße LEDs – die hellsten überhaupt – auf eine Leiterplatte von einem Quadratzoll (ca.6,5 cm²) Größe gepackt werden können. Das Ergebnis: Eine Lichtquelle, die wesentlich heller und viel energieeffizienter ist als die Metalldampf- oder Natriumlampen, die heute zur Beleuchtung von Fabriken, Warenhäusern, Straßen und Flughafengeländen eingesetzt werden. „Allein in den USA gibt es 100 Millionen große Strahler in Gewerbebauten mit etwa 60 Millionen Lampenwechseln pro Jahr“, erklärt Dr. Ahmed Shuja, Technischer Leiter und Gründer von Progressive Cooling.
Bei seiner Erfindung verhindert ein spezielles Bauteil für das Mikro-Wärmemanagement, dass sich der LED-Cluster aufheizt. Es besteht aus einem Siliziumträger mit etwa 60 Millionen vertikalgeätzten, gleichförmigen Poren pro Quadratzentimeter. Der Kapillareffekt der Poren sorgt dafür, dass die Hitze über Kühlrippen, die die Lichtquelle umgeben, wirksam abgeleitet wird. Das zu Grunde liegende Konzept wurde an der Universität von Cincinnati entwickelt und sollte ursprünglich den Kühlbedarf von Mikrochips in Satelliten verringern. Später wurde es dann auch in Server-Farmen von Rechenzentren angewandt (siehe Artikel „Pioniere für Umwelttechnologien“, Pictures of the Future 1/2008), und Progressive Cooling konzentriert sich nun auf den LED-Markt, denn „komplett integrierte LED-Flächenleuchten haben große Vorteile gegenüber traditionellen Lampen“, erklärt Shuja.
Dabei setzt er die neue lichtstarke Oslon-LED von Osram ein, die eine Lichtmenge von fast 200 Lumen liefert. Die Leuchte mit diesen LEDs strahlt rund 15.000 Lumen ab – über einen Winkel von 80 Grad aus einer Höhe von fünf bis neun Metern. Auf Arbeitshöhe entspricht das dem Idealwert von 323 Lux (ein Lux ist ein lm/m2). Dr. Praveen Medis von Progressive Cooling erklärt: „Zum Vergleich: Eine 100-Watt-Glühlampe produziert normalerweise 1.200 Lumen. Wir haben also die Leistung von zwölf solchen 100-Watt-Lampen auf eine Fläche von einem Quadratzoll gepackt – damit haben wir die hellste LED-Lichtquelle der Welt geschaffen.“
Die Leuchte verbraucht nur 40 Prozent der Energie, die Metalldampflampen benötigen. Ihr Stromverbrauch kann zudem bei wechselndem Lichtbedarf um weitere 20 bis 25 Prozent reduziert werden, denn sie lässt sich einfach per Funkbefehl dimmen.
Die geringeren Wartungskosten sind ebenfalls ein großes Plus. Metalldampflampen haben eine typische Lebensdauer von zwölf bis 18 Monaten – die Leuchte von Progressive Cooling soll dagegen fünf Jahre halten und kann in bestehende Halterungen eingeschraubt werden. „Das ist eines der wichtigsten Merkmale“, erklärt Shuja, „denn für den Austausch von Hallenstrahlern in fünf Metern Höhe braucht man eine Hebevorrichtung und zwei erfahrene Arbeiter.“ Progressive Cooling will seine LED-Flächenleuchte noch 2010 auf den Markt bringen.
Banyan: Die Sonne im Fokus. Die wahrscheinlich größte Hürde für eine breite Anwendung der Photovoltaik sind die hohen Kosten der Silizium-Module. Um hier Abhilfe zu schaffen, haben fünf Absolventen der University of California in Berkeley und der Universität Stanford das Start-up-Unternehmen Banyan Energy gegründet:
Ihre patentierte Technologie verspricht eine 90-prozentige Reduzierung der benötigten Siliziumfläche in Solarmodulen – bei gleichbleibender Stromproduktion.
Darüber hinaus kalkulieren die Erfinder, dass die Kosten einer Produktionsstätte für solche Module 75 Prozent unter denen heutiger Werke liegen.
Banyan Energy wird von einer von Siemens geführten Investorengruppe finanziert und wurde vom US Department of Energy bereits mit der Technologieentwicklung beauftragt. Außerdem arbeitet die Firma mit dem US National Renewable Energy Laboratory zusammen. „Das TTB von Siemens hat sich nicht nur frühzeitig zu einer Investition entschieden, sondern den Prozess selbst vorangetrieben und die Due-Diligence-Prüfung durchgeführt“, sagt Shondip Ghosh, CEO von Banyan. „Wir helfen Banyan dabei, den Nachweis zu führen, dass die Technologie ihre Stärken auch in der praktischen Anwendung voll entfalten kann“, erklärt Dr. Ayman Fawaz, Direktor für Technologiebeteiligungen beim TTB. „Im nächsten Schritt wird dann geprüft, ob Siemens die Technologie übernehmen möchte.“
Banyan hat sich zum Ziel gesetzt, die teuren Siliziumzellen durch günstigere optische Lösungen zu ersetzen. Diese Idee ist zwar nicht neu, doch die Umsetzung geriet bislang oft etwas klobig. Banyans Konzept verwendet dagegen ein optisches Modul von nur einem Zentimeter Dicke, das den Effekt der Totalreflexion nutzt. „Die Lichtstrahlen, die auf die Optik treffen, werden gebündelt und an das photovoltaische Material im Fokusbereich weitergeleitet. Letztlich übernimmt die optische Schicht den Lichtsammelprozess und nicht die Siliziumzellen“, führt Ghosh aus.
Da die Technologie in die Standardabmessungen moderner Solarmodule integriert werden kann, bietet sie zahlreiche weitere Vorteile, unter anderem gleichbleibende Anforderungen im Hinblick auf Transport, Handhabung, Installation und Reinigung. Doch der größte Vorteil ist, dass der Investitionsaufwand für die Herstellung selbst gesenkt wird.
Heute sind Photovoltaik-Module mit Silizium-Wafern bestückt. Diese werden aus Blöcken geschnitten, bearbeitet und montiert. „Wer eine Fabrik bauen möchte, in der pro Jahr Panels mit einer Nennleistung von einem Gigawatt gefertigt werden können, der musste bisher rund 1,2 Milliarden US-Dollar investieren“, erklärt Ghosh. „Doch mit unserem System kann man die Anlagengröße für die Bearbeitung der Blöcke, Wafer und Zellen um den Faktor zehn verringern. Das Ergebnis: Ein Werk mit einer Jahreskapazität von einem Gigawatt Nennleistung kostet dann nur noch rund 300 Millionen US-Dollar. Wir können den Investitionsaufwand für die Herstellung also wesentlich reduzieren – oder anders gesagt: Für jeden Dollar, den ein solches Unternehmen investiert, erhält es nun eine viermal größere Kapazität.“
Banyan interessiert sich vor allem für den Markt großer Solarfelder mit Nachführsystemen – eine Anwendung, die die Ausbeute der einzigartigen Optik maximiert. „Photovoltaik-Nachführsysteme produzieren ungefähr 25 Prozent mehr Energie als statische Installationen“, sagt Ghosh. „Das gleicht die Kosten für ein Nachführsystem mehr als aus. Darüber hinaus ist die Wachstumsrate im Marktsegment der großen Solarfelder doppelt so hoch wie in der restlichen Branche.“ Insgesamt liegt der Weltmarkt für Solarpanels momentan bei fünf Gigawatt im Jahr – bei stark wachsender Tendenz.