Es ist eine ausgemachte Sache, dass, wenn die Menschheit beabsichtigt, das sogenannte „ Anthropozän „Wir müssen uns von fossilen Brennstoffen und anderen Methoden, die nicht nachhaltig sind, abwenden und unsere Auswirkungen auf den Planeten verstärken. Dabei wird viel Forschung und Entwicklung auf „Erneuerbare Energien“ ausgerichtet. Von den vielen Methoden, die entwickelt werden, ist und war die Solarenergie der größte Konkurrent.
Leider hat Solarstrom eine Reihe von Nachteilen, wie die Tatsache, dass er nur tagsüber verfügbar ist und günstige Wetterbedingungen. Jedoch a neue Studie von Forschern der Institut für Forschung in Elektronik und Angewandter Physik (IREAP) zeigt, wie eine spezielle Art von Photovoltaikzelle nachts Strom erzeugen könnte. Diese „Anti-Solar“-Zellen könnten erneuerbare Energien revolutionieren und sie weitaus leistungsfähiger machen.
Die Studie, die kürzlich in der Januar-Ausgabe 2020 von ACS Photonics erschienen ist, wurde von Tristan Deppe geleitet, einem graduierten Forschungsassistenten an der University of California Davis, der sich auf nachhaltige Energiegewinnung spezialisiert hat. Er wurde von Prof. Jeremy Munday, einem Professor am Department of Electrical and Computer Engineering an der University of California Davis, unterstützt, der kürzlich dem IREAP beigetreten ist.
Künstlerische Darstellung von Solarzellen vs. Antisolarzellen bei der Arbeit. Bildnachweis: Tristan Deppe/Jeremy Munday
Im Wesentlichen funktioniert diese neue Art von Photovoltaikzelle genauso wie eine normale Solarzelle, jedoch in umgekehrter Richtung. Bei herkömmlichen Solarzellen nutzt eine Substratschicht (typischerweise Silizium) Temperaturunterschiede, um Licht von der Sonne zu absorbieren und in elektrische Ladungen umzuwandeln. Da die Solarzelle kühler ist als das Sonnenlicht, dem sie ausgesetzt ist, absorbiert sie grundsätzlich Sonnenenergie, um elektrischen Strom zu erzeugen.
Ebenso strahlen Objekte, die heißer als ihre Umgebung sind, diese Wärme auf natürliche Weise nach außen ab. Seit Jahrhunderten macht sich der Mensch dieses Phänomen zunutze, indem er Objekte nachts in Richtung Himmel richtet, um sie bei stabilen Temperaturen zu halten. Ein Gerät, das dies tut, um Strom zu erzeugen, wird als thermoradiative Zelle bezeichnet.
In den letzten fünf Jahren, sagt Prof. Munday, sei das Interesse an diesen Geräten groß gewesen, insbesondere an solchen, die dies tagsüber tun können, indem sie Sonnenlicht herausfiltern oder von der Sonne wegzeigen. Wissenschaftler forschen seit Jahren an diesem Konzept für verschiedene Anwendungen (z. B. die Abwärme von Motoren).
Der PS10 in Spanien ist der weltweit erste kommerzielle konzentrierende Solarstromturm. Bildnachweis: Wikimedia Commons/afloresm
Für ihre Studie haben Prof. Munday und Deppe überlegt, wie ein solches Gerät auch als erneuerbare Energiequelle genutzt werden könnte. Wie Prof. Munday kürzlich in einer Pressemitteilung der UC Davis erklärte, würde diese auf den Nachthimmel gerichtete Wärmestrahlungszelle Infrarotlicht emittieren, da sie wärmer als der Weltraum ist:
„Wir dachten, was wäre, wenn wir eines dieser Geräte nehmen und es an einem warmen Ort aufstellen und auf den Himmel richten… Eine normale Solarzelle erzeugt Strom, indem sie Sonnenlicht absorbiert, wodurch eine Spannung über dem Gerät auftritt und Strom fließt fließen. Bei diesen neuen Geräten wird stattdessen Licht emittiert und Strom und Spannung gehen in die entgegengesetzte Richtung, aber Sie erzeugen trotzdem Strom. Sie müssen unterschiedliche Materialien verwenden, aber die Physik ist dieselbe.“
Das gleiche Gerät könnte auch währenddessen funktionieren, wenn Schritte unternommen würden, um direktes Sonnenlicht zu blockieren oder die Zelle von der Sonne weg zu richten. Neben dem Rund-um-die-Uhr-Betrieb in Verbindung mit konventioneller Photovoltaik könnten Antisolarzellen also potenziell jederzeit Strom erzeugen. Diese Technologie könnte daher einen der größten Nachteile der Solarenergie überwinden, indem sie Solarstromnetze über den Tag-Nacht-Zyklus ausgleicht.
Vielleicht müssen wir nicht warten weltraumgestützte Solaranlagen immerhin rund um die Uhr Solarstrom zur Verfügung stellen!
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