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Solarenergie ohne Sonne: Neue Solarzellen liefern sogar nachts Strom

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Von: Julia Schöneseiffen

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Wissenschaftler entwickeln Solarzellen, die auch nachts Strom erzeugen. Dank eines Generators braucht es für die Stromgewinnung keine Sonne mehr.

Stanford – Die Kosten für Gas, Öl und Strom steigen aktuell enorm, daran ändert auch das Entlastungspaket 2022, auf das sich die Ampel geeinigt hat, wenig. Bei astronomischen Energiepreisen und auch angesichts Robert Habecks Osterpaket, das die Energiewende in Deutschland vorantreiben soll, freuen sich Besitzer von Solaranlagen auf dem Hausdach. Allerdings gab es bisher einen Haken: Die Solarzellen der Fotovoltaikanlagen wandeln zwar einfallendes Sonnenlicht in Strom um, allerdings nur bei Sonnenschein. Bisher, wie gesagt. Denn einem US-amerikanischen Forscher-Team ist es gelungen, Solarzellen zu entwickeln, die sogar nachts Strom erzeugen können.

Name:Stanford University
Ort:Stanford, Kalifornien, USA
Gründung:11. November 1885
Gründer:Leland Stanford, Jane Stanford
Präsident:Marc Tessier-Lavigne (seit 2016)
Studentenanzahl:16.420 (2020)
Motto:Die Luft der Freiheit weht

Neue Solarzellen erzeugen Strom ohne Sonne – sogar nachts

Die Wissenschaftler um den Elektroingenieur Sid Assawaworrarit von der kalifornischen Stanford University tüfteln an Solarzellen, die selbst im Stockdunklen Strom generieren können. Allerdings bietet eine sternenklare Nacht dafür die besten Möglichkeiten – denn dann kann Infrarotlicht von der Oberfläche der Solarmodule ungehindert in den Weltraum strahlen.

„Während des Tages kommt Sonnenlicht und trifft auf die Solarzelle, aber während der Nacht passiert so etwas wie das Gegenteil“, erklärt Assawaworrarit gegenüber dem Technik-Blog „Interesting Engineering“. „Es geht tatsächlich Licht (vom Solarpanel) aus, und wir nutzen das, um nachts Strom zu erzeugen. Die Photonen, die in den Nachthimmel hinausgehen, kühlen die Solarzelle tatsächlich ab“, so der Forscher weiter.

Stromerzeugung mit Solarzellen in der Nacht: Forscher entwickeln spektakuläre Technik

Verlassen diese Photonen die nach oben gerichtete Oberfläche des Solarmoduls, tragen sie Wärme mit sich. In der Praxis bedeutet das in einer klaren Nacht ohne Wolken, dass die Oberfläche des Solarmoduls abkühlt – und damit ein paar Grad kühler als die Umgebungsluft wird. Genau diesen Temperaturunterschied nutzen die Forscher, um Strom zu produzieren.

Windrad und Solaranlage bei Sonnenuntergang (Symbolbild)
Forscher haben Solarzellen entwickelt, die auch nach Sonnenuntergang Strom erzeugen können. (Symbolbild) © Karl-Josef Hildenbrand/dpa

Dafür wird ein gewöhnliches Solarpanel mit einem thermoelektrischen Generator ausgestattet. Dieser Generator sorgt dafür, die Wärme, die von der wärmeren Umgebungsluft zum kühleren Solarmodul fließt, aufzufangen und in Strom umzuwandeln. Ein ähnlich spektakulärer Durchbruch wie der deutscher Forscher, die ein Wasserstoff-Hybrid-Auto mit 1.000 km Reichweite entwickeln.

Neuer Generator für Solaranlagen: Stromausbeute bisher noch sehr gering

Bei einem Test erzeugte das Gerät in einer klaren Nacht zwar erstmal nur etwa fünfzig Milliwatt Strom pro Quadratmeter Solarpanel. Aber: „Die theoretische Grenze liegt wahrscheinlich bei etwa ein bis zwei Watt pro Quadratmeter“, erklärt Assawaworrarit. Zum Vergleich: Ein normales Solarmodul kann etwa 200 Watt pro Quadratmeter erzeugen. Trotz dieser geringen nächtlichen Stromerzeugung, gebe es viele Anwendungen, bei denen diese Technik nützlich wäre, so der Forscher.

Der Generator kann also nicht den Hausspeicher ersetzen, um auch in der Nacht Strom vom eigenen Dach nutzen zu können. Dafür ist die Leistung zu gering. Allerdings könnte diese Art der Stromerzeugung, die auch als Strahlungskühlung bezeichnet wird, den Bedarf an kostspieligen Batterien bei einigen Anwendungen zumindest verringern.

Solaranlagen in der Nacht: Generatoren mit unendlicher Lebensdauer

Ein großer Teil der Weltbevölkerung – etwa eine Milliarde Menschen – haben keinen Zugang zu einem Stromnetz. Diese Personen „können sich tagsüber auf die Solarenergie verlassen, aber nachts können sie nicht viel tun“, so Assawaworrarit. Hier können die neuen Solarzellen zum Einsatz klommen. Denn im Gegensatz zu Batterien, deren Leistung sich im Laufe der Ladezyklen erheblich verschlechtert, handelt es sich bei den thermoelektrischen Generatoren um Festkörpergeneratoren, bei denen „die Lebensdauer so ziemlich unendlich“ ist, erklärt der Ingenieur.

Revolutionäre Solarzellen für die Wissenschaft und Menschen ohne Stromnetzanbindung

Auch für wissenschaftliche Einsätze kann die Technologie hilfreich sein. Beispielsweise für die Stromversorgung des immensen Netzwerks von Umweltsensoren – von Wettermessstationen bis hin zu Überwachungsinstallationen von invasiven Arten in weit entfernten Ecken der Welt. Auch hier könnten Solarmodule, die nachts Strom erzeugen, den Bedarf an Batterien reduzieren. Dies würde auch Wartungs- und Austauschkosten senken. Auch den ambitionierten Plan unserer eidgenössischen Nachbarn – die Schweiz startet neue Energiegewinnung: Solardächer über Autobahnen - könnte die Neuentwicklung vorantreiben. Und in Niedersachsen, wo eine Solardachpflicht für Wohnhäuser kommen soll, würden sehr viele Menschen von den verringerten Wartungs- und Batteriekosten profitieren.

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