Solarzelle arbeitet noch lange nach Sonnenuntergang
Energiegewinnung aus dem Temperaturunterschied zwischen der Solarzelle und der Umgebungsluft führt zu einer erneuerbaren Stromquelle für die Nacht
Etwa 750 Millionen Menschen auf der Welt haben nachts keinen Zugang zu Strom. Solarzellen liefern tagsüber Strom, aber um die Energie für eine spätere Verwendung zu speichern, ist eine umfangreiche Batteriespeicherung erforderlich.
Symbolbild
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Das Gerät erzeugt nachts Strom aus dem Temperaturunterschied zwischen der Solarzelle und ihrer Umgebung.
Sid Assawaworrarit
In der Fachzeitschrift Applied Physics Letters von AIP Publishing haben Forscher der Stanford University eine photovoltaische Zelle konstruiert, die tagsüber und nachts Energie aus der Umwelt gewinnt und so den Einsatz von Batterien ganz überflüssig macht. Das Gerät nutzt die von der Erde in den Weltraum zurückfließende Wärme - eine Energie, die in der gleichen Größenordnung liegt wie die einfallende Sonnenstrahlung.
Nachts strahlen die Solarzellen Wärme ab und geben sie an den Himmel ab, so dass die Temperaturen einige Grad unter denen der Umgebungsluft liegen. Das in der Entwicklung befindliche Gerät nutzt ein thermoelektrisches Modul, um aus dem Temperaturgefälle zwischen der Zelle und der Luft Spannung und Strom zu erzeugen. Dieser Prozess hängt von der thermischen Auslegung des Systems ab, das eine heiße und eine kalte Seite umfasst.
"Man möchte, dass das Thermoelektrikum sowohl mit der kalten Seite, also der Solarzelle, als auch mit der heißen Seite, also der Umgebung, einen sehr guten Kontakt hat", so der Autor Sid Assawaworrarit. "Wenn das nicht der Fall ist, wird man nicht viel Energie daraus gewinnen können.
Das Team demonstrierte die Stromerzeugung in seinem Gerät tagsüber, wenn es im Rückwärtsgang läuft und zusätzlichen Strom zur herkömmlichen Solarzelle beisteuert, sowie nachts.
Der Aufbau ist kostengünstig und könnte im Prinzip in bestehende Solarzellen integriert werden. Außerdem ist sie einfach, so dass sie auch an abgelegenen Orten mit begrenzten Ressourcen gebaut werden kann.
"Wir haben es geschafft, das Ganze aus handelsüblichen Komponenten zu bauen, einen sehr guten thermischen Kontakt herzustellen, und das Teuerste an der ganzen Konstruktion war das Thermoelektrikum selbst", sagt Autor Zunaid Omair.
Um nachts Strom für die Beleuchtung zu verwenden, werden einige Watt benötigt. Das aktuelle Gerät erzeugt 50 Milliwatt pro Quadratmeter, was bedeutet, dass für die Beleuchtung etwa 20 Quadratmeter Photovoltaikfläche benötigt werden.
"Keine dieser Komponenten wurde speziell für diesen Zweck entwickelt", so der Autor Shanhui Fan. "Ich denke also, dass es Raum für Verbesserungen gibt, in dem Sinne, dass die Leistung besser sein könnte, wenn man jede dieser Komponenten wirklich für unseren Zweck entwickeln würde."
Das Team will die Wärmeisolierung und die thermoelektrischen Komponenten des Geräts optimieren. Sie untersuchen technische Verbesserungen an der Solarzelle selbst, um die Leistung der Strahlungskühlung zu verbessern, ohne die Fähigkeit zur Gewinnung von Sonnenenergie zu beeinträchtigen.
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