Solarzellen in der Nacht. (itman__47/iStock/Getty Images) Herkömmliche Solartechnologie absorbiert die Strahlen des einfallenden Sonnenlichts, um eine Spannung zu erzeugen. So seltsam es auch erscheinen mag, einige Materialien sind in der Lage, rückwärts zu laufen und Strom zu erzeugen, während sie Wärme zurück in den kalten Nachthimmel abstrahlen.
Ein Team von Ingenieuren in Australien hat nun die Theorie in die Tat umgesetzt und dabei die Art von Technologie eingesetzt, die üblicherweise in Nachtsichtbrillen zu finden ist, um Strom zu erzeugen.
Bislang erzeugt der Prototyp nur eine geringe Menge Strom und dürfte allein wahrscheinlich nicht zu einer konkurrenzfähigen erneuerbaren Stromquelle werden – aber in Verbindung mit der bestehenden Photovoltaik-Technologie könnte er die geringe Menge an bereitgestellter Energie nutzen Solarzellen kühlen nach einem langen, heißen Arbeitstag .
„Photovoltaik, die direkte Umwandlung von Sonnenlicht in Elektrizität, ist ein künstlicher Prozess, den Menschen entwickelt haben, um Sonnenenergie in Strom umzuwandeln“, sagt Phoebe Pearce, eine Physikerin von der University of New South Wales.
„In diesem Sinne ist der thermoradiative Prozess ähnlich; „Wir leiten im Infrarotbereich fließende Energie von einer warmen Erde in das kalte Universum um.“
Indem Sie Atome in einem beliebigen Material vor Hitze vibrieren lassen, zwingen Sie deren Elektronen, niederenergetische Wellen elektromagnetischer Strahlung in Form von Infrarotlicht zu erzeugen.
So glanzlos dieses Elektronenflimmern auch sein mag, es hat immer noch das Potenzial, einen langsamen Stromstrom auszulösen. Alles, was benötigt wird, ist ein Einweg-Elektronenverkehrssignal, eine sogenannte Diode.
Eine Diode besteht aus der richtigen Kombination von Elementen und kann Elektronen über die Straße transportieren, während sie ihre Wärme langsam an eine kühlere Umgebung abgibt.
In diesem Fall besteht die Diode aus Quecksilber-Cadmiumtellurid (MCT). Die Fähigkeit von MCT, mittel- und weitreichendes Infrarotlicht zu absorbieren und es in Strom umzuwandeln, wird bereits in Geräten verwendet, die Infrarotlicht erkennen.
Was nicht ganz klar ist, ist, wie dieser spezielle Trick effizient als tatsächliche Stromquelle genutzt werden könnte.
Auf rund 20 Grad Celsius erwärmt, einer der getesteten MCT-Photovoltaikdetektoren erzeugte eine Leistungsdichte von 2,26 Milliwatt pro Quadratmeter.
Zugegeben, es reicht nicht aus, morgens einen Krug Wasser zum Kochen zu bringen Kaffee . Für diese kleine Aufgabe benötigen Sie wahrscheinlich genügend MCT-Panels, um ein paar Stadtblöcke abzudecken.
Aber das ist auch nicht der eigentliche Punkt, da das Feld noch in den Kinderschuhen steckt und das Potenzial für eine deutliche Weiterentwicklung der Technologie in der Zukunft besteht.
„Im Moment ist die Demonstration, die wir mit der Thermostrahlungsdiode haben, relativ energieeffizient. „Eine der Herausforderungen bestand darin, es tatsächlich zu entdecken“, sagt der leitende Forscher der Studie, Ned Ekins-Daukes.
„Aber die Theorie besagt, dass diese Technologie letztendlich etwa ein Zehntel der Leistung einer Solarzelle produzieren kann.“
Bei solchen Wirkungsgraden könnte es sich lohnen, MCT-Dioden in typischere Photovoltaiknetze einzubinden, damit sie die Batterien noch lange nach Sonnenuntergang aufladen.
Um es klar auszudrücken: Die Idee, das zu verwenden Abkühlung des Planeten als Quelle von niederenergetischer Strahlung ist eines der Ingenieure schon seit einiger Zeit unterhaltsam . Verschiedene Methoden haben zu unterschiedlichen Ergebnissen geführt, alle mit ihren eigenen Kosten und Vorteilen.
Doch indem wir die Grenzen jeder einzelnen Technologie austesten und ihre Fähigkeiten optimieren, um mehr von der Infrarotbandbreite zu absorbieren, können wir eine Reihe von Technologien entwickeln, die in der Lage sind, jeden Tropfen Energie aus nahezu jeder Art von Abwärme herauszuholen.
„Auf lange Sicht könnte diese Technologie möglicherweise diese Energie gewinnen und die Notwendigkeit von Batterien in bestimmten Geräten überflüssig machen – oder dabei helfen, sie wieder aufzuladen.“ sagt Ekins-Daukes.
„Das ist nicht etwas, wo konventionelle Solarenergie unbedingt eine praktikable Option wäre.“
Diese Forschung wurde veröffentlicht in ACS Photonik .