Wissenschaftlern haben Solarzellen entwickelt, die sogar nachts Strom erzeugen. Allerdings funktioniert das anders als bei herkömmlichen PV-Zellen. Dabei spielt der Temperaturunterschied eine große Rolle.
Einem Forscher-Team der US-amerikanischen Stanford Universität ist es gelungen, Solarzellen so zu verändern, dass Strom auch dann fließt, wenn keine Sonne scheint. Ganz im Gegenteil, sie funktionieren quasi im Dunkeln, berichtet der US-Technik-Blog interestingengineering.com.
Eine klare Nacht bietet dabei die besten Möglichkeiten, um im Dunkeln Strom mittels PV-Zellen zu generieren. „Tagsüber kommt ein Licht von der Sonne und trifft auf die Solarzelle, aber während der Nacht passiert so etwas wie das Gegenteil“, sagt Sid Assawaworrarit vom Forscher-Team.
Eine klare Nacht bedeutet, dass Infrarotlicht von der Oberfläche von Solarmodulen ungehindert in den Weltraum zurückstrahlen kann. „Es geht tatsächlich Licht aus vom Solarpaneel, und wir nutzen das, um nachts Strom zu erzeugen. Die Photonen, die in den Nachthimmel hinausgehen, kühlen die Solarzelle ab“, erklärt der Wissenschaftler.
Temperaturunterschied sorgt für Stromerzeugung
Wenn diese Photonen die nach oben gerichtete Oberfläche des Solarmoduls verlassen, tragen sie Wärme mit sich. In der Praxis bedeutet das, in einer klaren Nacht ohne Wolken, die das Infrarotlicht zurück zur Erde reflektieren würden, ist die Oberfläche eines Solarmoduls ein paar Grad kühler ist als die Luft um es herum. Just diesen Temperaturunterschied machen sich die Forscher zunutze, um Strom zu produzieren.
Dieser Energiefluss ermöglicht es einer speziellen Apparatur, das Assaworrarit und seine Kollegen entwickelt haben, mit einem handelsüblichen Solarmodul eine kleine Menge Strom aus dem geringen Temperaturunterschied zwischen der Umgebungsluft und der Oberfläche des Solarpaneels zu erzeugen. Das Modul muss dazu allerdings mit einem thermoelektrischen Generator ausgestattet sein. Dieser ist dafür zuständig, die Wärme, die von der wärmeren Luft zum kühleren Solarmodul fließt, aufzufangen und in Strom umwandeln.
Energieausbeute ist vergleichsweise gering
In einer klaren Nacht erzeugt die auf dem Dach von Stanford getestete Apparatur etwa fünfzig mW pro Quadratmeter. „Die theoretische Grenze liegt wahrscheinlich bei etwa ein bis zwei Watt pro Quadratmeter“, sagt Assaworrarit. „Das ist keine große Zahl, aber es gibt viele Anwendungen, bei denen diese Art von Nachtenergie nützlich wäre. Wenn Sie bis zu einem Watt pro Quadratmeter erreichen können, wäre das aus Kostensicht sehr attraktiv“, so der Wissenschaftler weiter. Zum Vergleich: Ein normales Solarmodul kann etwa 200 Watt pro Quadratmeter erzeugen.
Das System kann also auch bei großen Fortschritten künftig keinen Hausspeicher ersetzen, um auch in der Nacht Strom vom eignen Dach nutzen zu können. Dafür ist die Leistung einfach zu gering. Aber diese Art der Stromerzeugung, die auch als Strahlungskühlung bezeichnet wird, könnte den Bedarf an kostspieligen Batterien bei einigen Anwendungen trotzdem zumindest verringern.
Beispielsweise haben aktuell etwa eine Milliarde Menschen keinen Zugang zu Stromnetz. Tagsüber können sie zwar Sonnenstrom über Solarzellen nutzen, aber nachts können sie nicht viel tun, außer auf Batteriespeicher zurückzugreifen, so der Forscher. Im Gegensatz zu Batterien, die sich beim Gebrauch immer mehr verschlechtern, handelt es sich bei den in diesen Solarmodulen verwendeten thermoelektrischen Generatoren um Festkörpergeneratoren, die eine fast unendliche Lebensdauer haben“, sagt er. Das könnte die Nutzung und den Verschleiß von Batterien wenigstens etwas abfedern, hofft er.
15.04.2022
