Weltweiter Durchbruch: Das chinesische Team leistet Pionierarbeit bei der Entwicklung von Technologien zur Wärmeabfuhr für solarbetriebene Gleichstrom-Tauchpumpen und ermöglicht so die Energiewende hin zu grüner Energie.

Genf, 15. Oktober 2023 – Vor dem Hintergrund der globalen Energiewende und der Herausforderungen im Kampf gegen den Klimawandel hat ein von einem chinesischen Forschungsteam entwickelter Durchbruch in der Technologie zur Wärmeabfuhr von solarbetriebenen Tauchpumpen international große Aufmerksamkeit im Bereich Energie und Umweltschutz erregt. Dank innovativer Lösungen für das Wärmemanagement verbessert die Technologie die Betriebsstabilität und Lebensdauer von Solarpumpen unter extremen Bedingungen deutlich und bietet effiziente und nachhaltige Lösungen für die landwirtschaftliche Bewässerung in abgelegenen Gebieten, die Meerwasserentsalzung und die Katastrophenhilfe. Die Internationale Agentur für Erneuerbare Energien (IRENA) bezeichnete die Entwicklung als „entscheidenden technologischen Durchbruch für saubere Energieanwendungen in Entwicklungsländern“.

Technologischer Durchbruch: Vom „thermischen Flaschenhals“ zur „Revolution der dualen Wärmeabfuhr“

Herkömmliche Solar-Tauchpumpen weisen in Umgebungen mit hohen Temperaturen seit Langem eine geringe Wärmeabfuhreffizienz auf, was zu einer beschleunigten Alterung der Kernkomponenten und einer Reduzierung der Gerätelebensdauer um mehr als 40 % führt. Das Chinesische Institut für Wasserressourcen- und Wasserkraftforschung hat zusammen mit dem interdisziplinären Team des Fachbereichs Materialwissenschaften der Tsinghua-Universität erfolgreich das erste „Photovoltaik-Wärmerohr-Kühlsystem“** entwickelt und das weltweit erste Dual-Cycle-System mit aktiver Wärmeabfuhr und passiver Wärmespeicherung gebaut:

Technologie in Weltraumqualität für zivile Anwendungen: dreidimensionales pulsierendes Wärmerohrnetzwerk, Wärmeleitfähigkeit bis zu 15-mal höher als bei herkömmlichen Materialien, kombiniert mit einer Graphen-Phasenwechsel-Energiespeicherbeschichtung, Betriebstemperatur des Pumpenkörpers konstant unter 50℃ (herkömmliche Lösung: 85℃+).

Überprüfung unter extremen Betriebsbedingungen: Die Messung bei einer hohen Temperatur von 55 °C in der Sahara zeigt, dass sich die kontinuierliche Betriebsdauer der Geräte von 3,2 Jahren auf 8,1 Jahre verlängert und die durchschnittliche jährliche Ausfallrate von 18 % auf 6 % sinkt.

Materialwissenschaftliche Innovation: Recyceltes Aluminiumlegierungssubstrat, verschmolzen mit einer Nano-Keramik-Beschichtung, wodurch eine Gewichtsreduzierung von 35 % bei den Kühlkomponenten erreicht und gleichzeitig die Salzsprühkorrosionsbeständigkeit um 500 % erhöht wurde.

„Wir haben die Technologie zur thermischen Steuerung von Raumfahrzeugen eng mit der Materialwissenschaft verknüpft, um eine stabile Betriebsumgebung zu schaffen, die nicht vom Klima beeinflusst wird.“ „Selbst in Hochebenen, wo der Temperaturunterschied zwischen Tag und Nacht 30 °C übersteigt, kann das System noch einen Wirkungsgrad von über 92 Prozent aufrechterhalten“, sagte Professor Li Wei, leitender Wissenschaftler des Projekts.

Globale Anwendungen: Die Grüne Revolution – von den Ackerflächen der Sahara bis zu den Inseln Südostasiens

Aktuell wird die Technologie in 12 Ländern im praktischen Einsatz verwendet.

Mohammed Ali, Energiedirektor der Weltbank für Afrika, sagte: „Diese Technologie wird den Einsatz von dezentraler Photovoltaik um 40 Prozent ausweiten und die Stromkosten in netzfernen Gebieten auf 0,08 US-Dollar/kWh senken – ein Wendepunkt für die Energieversorgung.“

Auswirkungen auf die Branche: Neugestaltung des ökonomischen Modells von Solarwasserpumpen

Laut der Internationalen Energieagentur haben 780 Millionen Menschen immer noch keinen zuverlässigen Zugang zu Elektrizität, und 45 Prozent von ihnen sind für Bewässerung und Trinkwasserversorgung auf Dieselgeneratoren angewiesen. Der Durchbruch in der Wärmeabfuhrtechnologie für solarbetriebene Tauchpumpen hat die Lebenszykluskosten der Anlagen auf ein Drittel der Kosten einer Diesellösung gesenkt. Dr. Klaus Rave, Direktor des Fraunhofer-Instituts für Solare Energieforschung in Deutschland, kommentierte: „Wenn Wärmeabfuhreffizienz und Energiespeicherkosten optimal aufeinander abgestimmt sind, wandeln sich Solarpumpen von umweltfreundlichen Alternativen zu wirtschaftlichen Lösungen.“

Wang Liqun, Generalsekretär der Chinesischen Handelskammer für den Import und Export von mechanischen und elektrischen Produkten, gab bekannt, dass Chinas Exporte von Solarwasserpumpen in die Länder der „Neuen Seidenstraße“ im ersten Halbjahr 2023 im Vergleich zum Vorjahr um 68 % gestiegen sind, wobei der Anteil der mit neuen Kühlsystemen ausgestatteten Produkte 37 % erreicht hat. Diese Technologie verändert den globalen Wettbewerb um Anlagen für saubere Energie.

Zukunftsaussichten: Von der Wärmeableitungstechnologie zum Energie-IoT-Ökosystem

Das technische Team hat den Plan „Smart Heat 2.0“ ins Leben gerufen, der 5G, KI und Nano-Selbstheilungstechnologie integrieren soll:

Betrieb und Wartung digitaler Zwillinge: Echtzeitüberwachung von über 3000 Kühlknoten über die Cloud-Plattform, Ausfallvorhersagegenauigkeit von 92 %

Selbstheilendes Material: Die neue Nanobeschichtung kann Risse von 0,1 mm Größe automatisch füllen und den Wartungszyklus auf 10 Jahre verlängern.

Energienetzwerk: In einem Pilotprojekt in Ruanda bilden 300 miteinander verbundene Wasserpumpen ein „Bewässerungs-Energie-Stromversorgungs“-System.

IRENA hebt insbesondere hervor, dass der modulare Aufbau der Technologie eine standardisierte Schnittstelle für den weltweiten Aufbau von Mikronetzen bietet. In den nächsten drei Jahren sollen voraussichtlich fünf Millionen intelligente Kühlpumpen an netzunabhängige Energienetze angeschlossen werden und so zur Erreichung des UN-Nachhaltigkeitsziels 6 (Sauberes Trinkwasser) beitragen.

Vom Labor in die Praxis: Der Durchbruch in der Technologie zur Wärmeabfuhr von Gleichstrom-Solar-Tauchpumpen unterstreicht nicht nur Chinas Aufstieg im globalen Markt für Anlagen zur Erzeugung sauberer Energie, sondern leistet auch einen wichtigen technischen Beitrag zur Erreichung des UN-Nachhaltigkeitsziels 6 („Sauberes Trinkwasser und Sanitärversorgung“). Wie der Exekutivdirektor des Umweltprogramms der Vereinten Nationen, Anderson, es formulierte: „Wenn technologische Innovation auf Klimagerechtigkeit trifft, kommen wir einer klimaneutralen Zukunft einen Schritt näher.“