«Nacht-Solartechnik» kann jetzt auch im Dunkeln Strom liefern

publiziert: Mittwoch, 25. Mai 2022 / 13:57 Uhr
Das UNSW-Solarteam bei Nacht, aufgenommen mit einer Infrarotkamera.
Das UNSW-Solarteam bei Nacht, aufgenommen mit einer Infrarotkamera.

Ein Team von Forschern an der University of New South Wales (UNSW) in Sydney hat gezeigt, dass man die Infrarot-Strahlungswärme der Erde zur Stromerzeugung nutzen kann, auch wenn die Sonne bereits untergegangen ist.

UNSW-Solarteam im Infrarotbereich

UNSW-Forscher haben einen wichtigen Durchbruch in der Technologie für erneuerbare Energien erzielt, indem sie Strom aus so genannter «nächtlicher» Solarenergie erzeugten.

Das Team der «School of Photovoltaic and Renewable Energy Engineering» erzeugte Strom aus Wärme, die in Form von Infrarotlicht abgestrahlt wird, so wie sich die Erde nachts durch Abstrahlung ins All abkühlt.

Ein Halbleiterbauelement, eine so genannte thermo-radiative Diode, die aus Materialien besteht, die in Nachtsichtbrillen zu finden sind, wurde verwendet, um Strom aus der Emission von Infrarotlicht zu erzeugen.
Obwohl die erzeugte Energiemenge zum jetzigen Zeitpunkt noch sehr gering ist - etwa 100.000 Mal geringer als die eines Solarpanels - glauben die Forscher, dass das Ergebnis in Zukunft verbessert werden kann.

«Wir haben eindeutig nachgewiesen, dass eine thermo-radiative Diode elektrischen Strom erzeugt», so der Leiter des Teams, Ned Ekins-Daukes, Associate Professor.

«Mit Wärmebildkameras kann man sehen, wie viel Strahlung in der Nacht vorhanden ist, allerdings nur im Infrarotbereich und nicht im sichtbaren Wellenlängenbereich. Wir haben ein Gerät entwickelt, das aus der Emission von Wärmestrahlung im Infrarotbereich elektrischen Strom erzeugen kann.»

Fluss der Energie

Laut Prof. Ekins-Daukes handelt es sich bei dem Verfahren letztlich immer noch um die Nutzung der Sonnenenergie, die tagsüber in Form von Sonnenlicht auf die Erde trifft und den Planeten erwärmt.

Nachts strahlt dieselbe Energie in Form von infrarotem Licht in die weite, kalte Leere des Weltraums zurück, und die thermo-radiative Diode ist nun nachweislich in der Lage, unter Ausnutzung dieses Prozesses Strom zu erzeugen.

«Wann immer es einen Energiefluss gibt, können wir ihn in verschiedene Formen umwandeln», sagte er. «Die Photovoltaik, also die direkte Umwandlung von Sonnenlicht in Elektrizität, ist ein künstlicher Prozess, den der Mensch entwickelt hat, um die Sonnenenergie in Strom umzuwandeln. In diesem Sinne ist der thermo-radiative Prozess ähnlich; wir leiten Energie, die im Infrarotbereich fliesst, von der warmen Erde in das kalte Universum um», fügte Dr. Phoebe Pearce, eine der Mitautorinnen der Studie, hinzu.

«So wie eine Solarzelle Strom erzeugen kann, indem sie das von einer sehr heissen Sonne ausgestrahlte Sonnenlicht absorbiert, erzeugt die thermoradiative Diode Strom, indem sie Infrarotlicht in eine kältere Umgebung aussendet. In beiden Fällen ist es der Temperaturunterschied, der uns Strom erzeugen lässt.»

Der Durchbruch des UNSW-Teams ist eine aufregende Bestätigung eines zuvor theoretischen Prozesses und ist der erste Schritt zur Herstellung spezieller und viel effizienterer Geräte, die eines Tages die Energie in viel grösserem Massstab einfangen könnten.

Prof. Ekins-Daukes vergleicht die neue Forschung mit der Arbeit der Ingenieure der Bell Labs, die 1954 die erste praktische Silizium-Solarzelle vorführten.

Diese erste Silizium-Solarzelle hatte nur einen Wirkungsgrad von etwa 2 %, während moderne Zellen heute in der Lage sind, etwa 23 % des Sonnenlichts in Strom umzuwandeln.

Und Dr. Michael Nielsen, Mitverfasser der Studie, sagte: «Auch wenn die Kommerzialisierung dieser Technologien noch in weiter Ferne liegt, ist es für uns als Forscher sehr spannend, ganz am Anfang einer sich entwickelnden Idee zu stehen.»

Das Forschungsteam ist der Ansicht, dass die neue Technologie in der Zukunft eine Reihe von Anwendungen haben könnte, indem sie dazu beiträgt, Strom auf eine Weise zu erzeugen, die derzeit nicht möglich ist.

Strom aus Körperwärme

So könnten bionische Geräte wie Kunstherzen mit Strom versorgt werden, die derzeit mit Batterien betrieben werden, die regelmässig ausgetauscht werden müssen.

A/Prof. Ekins-Daukes sagte: «Im Prinzip ist es möglich, dass wir auf die von uns demonstrierte Art und Weise Strom nur aus Körperwärme erzeugen - die man durch eine Wärmekamera leuchten sehen kann. Auf lange Sicht könnte diese Technologie diese Energie nutzen und Batterien in bestimmten Geräten überflüssig machen - oder sie wieder aufladen helfen. Das ist etwas, wo konventionelle Solarenergie nicht unbedingt eine praktikable Option wäre.» 

(fest/pd)

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