Anti-Solarzellen können nachts Strom liefern

Was wäre, wenn Solarzellen nachts arbeiten würden? „Das ist kein Witz“, so Jeremy Munday, Professor des Fachbereichs Elektro- und Computertechnik an der University of California Davis. Tatsächlich könnte eine speziell entworfene Photovoltaik-Zelle unter idealen Bedingungen nachts bis zu 50 Watt pro Quadratmeter Leistung erzeugen. „Das ist etwa ein Viertel dessen, was ein herkömmliches Solarpanel am Tag erzeugen kann“, so ein Konzeptpapier von Munday und dem Doktoranden Tristan Deppe. Ihre Ergebnisse stellten die Forscher in der Januar-Ausgabe 2020 von ACS Photonics vor.

Munday, der vor kurzem von der University of Maryland zu UC Davis kam, entwickelt Prototypen dieser Nacht-Solarzellen, die kleine Mengen an Strom erzeugen können. Die Forscher hoffen, die Leistungsabgabe und den Wirkungsgrad der Geräte zu verbessern.

Munday sagte, dass der Prozess ähnlich wie die Funktionsweise einer normalen Solarzelle ist, nur umgekehrt. Ein Objekt, das im Vergleich zu seiner Umgebung heiß ist, strahlt Wärme als Infrarotlicht ab. Eine herkömmliche Solarzelle ist im Vergleich zur Sonne kühl, also absorbiert sie Licht.

„Das Universum ist wirklich, wirklich kalt, wenn Sie also ein warmes Objekt haben und es in den Himmel richten, strahlt es Wärme in Richtung Himmel ab. Die Menschen nutzen dieses Phänomen seit Hunderten von Jahren zur nächtlichen Kühlung. In den letzten fünf Jahren“, so Munday. Es habe ein großes Interesse an Geräten gegeben, die dies tagsüber tun könnten – indem sie das Sonnenlicht blockieren oder von der Sonne wegzeigen.

Stromerzeugung durch Wärmestrahlung

Es gibt noch eine andere Art von Gerät, die als Wärmestrahlungszelle bezeichnet wird, die Strom erzeugt, indem sie Wärme an ihre Umgebung abgibt. Wissenschaftler haben erforscht, wie man damit die Abwärme von Motoren einfangen kann.

„Wir dachten, wie wäre es, wenn wir eines dieser Geräte in eine warme Gegend bringen und es in den Himmel richten würden“, sagte Munday. Diese thermoradiative Zelle, die auf den Nachthimmel gerichtet ist, würde infrarotes Licht aussenden, weil sie wärmer ist als der Weltraum.

„Eine gewöhnliche Solarzelle erzeugt Strom, indem sie Sonnenlicht absorbiert, wodurch eine Spannung über dem Gerät entsteht und Strom fließt. Bei diesen neuen Geräten wird stattdessen Licht emittiert, und Strom und Spannung gehen in die entgegengesetzte Richtung, aber man erzeugt trotzdem Strom“, sagte Munday. „Man muss verschiedene Materialien verwenden, aber die Physik ist die gleiche.“

Das Gerät würde auch tagsüber funktionieren, wenn man Maßnahmen ergreife, um entweder direktes Sonnenlicht zu blockieren oder es von der Sonne wegzuleiten. Da dieser neue Solarzellentyp potenziell rund um die Uhr arbeiten könnte, ist es eine interessante Option, das Stromnetz über den Tag-Nacht-Zyklus auszugleichen, so die Forscher. (UC/ts)