Durchbruch bei Alternativen Energien: Solarzellen erzeugen nachts Strom - wie funktioniert das?
Autor: Susy Bergmann
Deutschland, Dienstag, 03. Januar 2023
Solarstrom zu gewinnen, war bisher nur tagsüber möglich. Wissenschaftler der Universität Stanford stellen jetzt ein Verfahren vor, um auch nachts Strom mit Solarmodulen zu erzeugen.
- Solarmodul mit thermoelektrischem Generator
- Das Prinzip: Nutzen der Strahlungskühlung
- Ziel: Geld sparen und Elektroschrott vermeiden
Photovoltaikmodule sind eine nachhaltige Stromquelle, die in vielen Gegenden der Welt unabhängig von Netzanschlüssen genutzt wird. Sie liefern aber nur tagsüber Strom. Vor allem in den Mittagsstunden erzeugen sie Spitzenwerte an Energie. Oft wird aber gerade in den Abendstunden Strom benötigt. Der musste bisher mithilfe von Batterien gespeichert werden. Verschiedene Entwickler*innen arbeiten an der Frage, wie Solarstrom noch effizienter gespeichert oder sogar nachts erzeugt werden kann. Einem Wissenschafts-Team ist es jetzt gelungen, aus der Wärmeenergie, die Solarmodule nachts abstrahlen, Strom zu gewinnen.
Nachts Strom mit Solarmodulen erzeugen
Veröffentlicht wurden die Forschungs-Ergebnisse von Sid Assawaworrarit, Zunaid Omair und Shanhui Fana kürzlich in einer Studie der Universität Stanford. Das Team entwickelte und erprobte "... ein Gerät, das einen thermoelektrischen Generator enthält, der Strom aus dem Temperaturunterschied zwischen der PV-Zelle und der Umgebung erntet."
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Solarmodule nehmen tagsüber das Licht der Sonne auf und strahlen nachts (für Menschen nicht sichtbares) Infrarotlicht ab. Die abgehenden Lichtteilchen (Photonen) nehmen von der Oberfläche des Moduls Wärme mit. So werden die Solarpaneels einige Grad kühler als die sie umgebende Luft. Diesen kleinen Temperaturunterschied zwischen Luft und Solarmodul wollte das Forscherteam der Universität Stanford nutzen. Sie entwickelten ein Solarpaneel mit thermoelektrischem Generator. Der Generator kann einen Teil der Wärme, die von der wärmeren Umgebung zum kühleren Solarmodul strömt, in Strom umwandeln. Die Solarzellen werden dabei direkt auf einer Aluminiumplatte angebracht, welche die Energie effizienter leitet.
Die Ausbeute in Stanford betrug etwa fünfzig Milliwatt pro Quadratmeter Sonnenkollektor. Zum Vergleich: Tagsüber erwirtschaftet ein Photovoltaik-Paneel bei voller Sonne etwa 200 Watt pro Quadratmeter. Der nächtliche Ertrag ist also erstmal gering. Elektroingenieur Sid Assawaworrarit meint aber, mit einigen Optimierungen und geeignetem Standort diesen Wert noch verdoppeln zu können. Er schätzt den maximal möglichen Ertrag des thermoelektrischen Generators bei ein bis zwei Watt pro Quadratmeter Solarmodul ein. Als mögliche Anwendungen schlagen die Forscher beispielsweise nächtliche Beleuchtungen oder das Aufladen von Geräten vor. Auch der Betrieb von Sensoren und Überwachungsgeräten sei denkbar.
Den Effekt der Strahlungskühlung nutzen
Eine Oberfläche kann nachts kälter werden, als ihre Umgebung. Jedes Objekt, das Richtung Himmel gerichtet ist, strahlt nachts infrarote Wärmeenergie ins All und kühlt so ab. Diesen Effekt, die sogenannte Strahlungskühlung (Radiative Cooling) nutzen Menschen schon seit langer Zeit. So kannten die Menschen im alten Persien und in Indien eine Methode des Eismachens, die darauf beruht. Auch wenn sie damals vermutlich das Prinzip "Strahlungskühlung" noch nicht erklären konnten: Sie stellten abends flache Schalen mit Wasser draußen auf.
Vor Sonnenaufgang konnten sie dann auch bei Plus-Graden Eis aus den Gefäßen herausholen. Heute versuchen wir, diesen Vorgang beispielsweise zum Kühlen von Gebäuden zu nutzen. Du kannst das Phänomen morgens übrigens selbst beobachten, allerdings nur bei klarem Himmel, da Wolken die Infrarotstrahlen zurück zur Erde reflektieren.
