Die Forscher der Stanford University: Sonnenkollektoren....
Die Forscher der Stanford University: Sonnenkollektoren, die nachts Strom produzieren können, durch die Nutzung von Strahlungskühlung
Die Nutzung von Solarenergie ist ein entscheidender Schritt in Richtung einer nachhaltigeren Energiezukunft. Allerdings gibt es eine der größten Herausforderungen bei der Nutzung von Solarenergie: Solaranlagen produzieren nur tagsüber Strom, wenn die Sonne scheint. Nachts oder an bewölkten Tagen wird keine Energie mehr erzeugt, was die Effizienz von Solaranlagen stark einschränkt. Doch Forscher der Stanford University haben nun eine bahnbrechende Technologie entwickelt, die dieses Problem lösen könnte: Sonnenkollektoren, die auch nachts Strom erzeugen können. Dies wird durch die Nutzung eines natürlichen Phänomens namens Strahlungskühlung ermöglicht.
1. Die Grundidee: Strahlungskühlung als Energiequelle
Strahlungskühlung ist ein Phänomen, bei dem ein Objekt Wärme in Form von Infrarotstrahlung an den Himmel abgibt. Dies passiert, wenn die Oberflächentemperatur des Objekts niedriger ist als die Umgebungstemperatur der Atmosphäre. Diese Form der Kühlung ist der Grund, warum zum Beispiel Nächte oft kühler sind als der Tag – die Erde gibt kontinuierlich Wärme an den Himmel ab.
Das Prinzip der Strahlungskühlung hat Forscher dazu inspiriert, zu untersuchen, ob dieser Mechanismus nicht auch zur Energieerzeugung genutzt werden kann. In der Vergangenheit wurde Strahlungskühlung vor allem für Kühltechnologien genutzt, doch nun haben Wissenschaftler von Stanford entdeckt, dass sie auch zur Stromerzeugung verwendet werden kann. Hierbei handelt es sich um eine Form der sogenannten „thermoelektrischen Energieerzeugung“, bei der Temperaturunterschiede in elektrischen Strom umgewandelt werden.
2. Die Stanford-Innovation: Solarzellen, die Nachts Energie liefern
Im Jahr 2021 präsentierten Forscher der Stanford University eine revolutionäre Entwicklung: Sie hatten eine Technologie entwickelt, mit der es möglich ist, nachts Strom zu erzeugen, indem Sonnenkollektoren das Prinzip der Strahlungskühlung nutzen. Dies ist eine außergewöhnliche Neuerung, da bisherige Solaranlagen nur tagsüber arbeiten.
Funktionsweise der Technologie
Die Forscher verwendeten spezielle Materialien, die als sogenannte „Thermoelektrische Generatoren“ bezeichnet werden. Diese Materialien können Temperaturunterschiede direkt in Strom umwandeln. Das Team von Stanford baute eine Art „Solarkollektor“, der speziell für den nächtlichen Betrieb entwickelt wurde. Dabei nutzt der Kollektor die kalte Umgebung der Nacht und die Wärme des darunter liegenden Bodens.
Schritt 1: Tagsüber absorbieren die Sonnenkollektoren wie gewohnt Sonnenstrahlung und erzeugen Strom.
Schritt 2: Nach Sonnenuntergang, wenn keine Sonnenstrahlung mehr vorhanden ist, beginnt der Kollektor, Wärme in Form von Infrarotstrahlung an den Himmel abzugeben. Dies führt zu einer Abkühlung des Kollektors.
Schritt 3: Diese Abkühlung schafft einen Temperaturunterschied zwischen dem Kollektor und dem Boden, der zu einer Umwandlung von Wärme in elektrischen Strom führt – selbst in der Nacht.
Das Besondere an dieser Technologie ist, dass sie die normalerweise verschwendete Wärmeenergie nutzt, die in der Nacht abgegeben wird, und sie in nützlichen Strom umwandelt. Die Forscher wiesen nach, dass diese Form der Energieerzeugung eine konstante, wenn auch relativ geringe Stromproduktion auch nach Sonnenuntergang gewährleisten kann.
3. Der experimentelle Nachweis und die Herausforderungen
Die Forscher von Stanford konnten ihre Theorie zunächst in Experimenten mit kleinen Prototypen bestätigen. Die Prototypen bestanden aus dünnen Schichten von speziellen Materialien, die auf der Grundlage von Strahlungskühlung Strom erzeugen konnten. Diese Materialien wurden so konstruiert, dass sie nachts effizient Wärme an den Himmel abstrahlen, während sie gleichzeitig den Temperaturunterschied zu ihrer Umgebung maximieren.
Das Experiment zeigte, dass der Kollektor in der Lage war, eine messbare Spannung zu erzeugen, auch wenn keine Sonnenstrahlen auf die Solarpanels trafen. Die Technologie könnte somit das Potenzial haben, eine konstante Energiequelle für den gesamten Tag und die Nacht bereitzustellen, die mit herkömmlichen Solarzellen kombiniert werden könnte, um eine 24/7-Stromversorgung zu gewährleisten.
Jedoch ist es wichtig zu betonen, dass die erzeugte Menge an Strom momentan noch recht gering ist. Der Energieertrag aus der Strahlungskühlung ist bei weitem nicht so hoch wie bei der direkten Sonneneinstrahlung, und das Umwandeln von Wärme in Strom bei niedrigen Temperaturen ist immer noch eine große technische Herausforderung. Die Forscher arbeiten jedoch intensiv daran, die Effizienz zu steigern und diese Technologie in größerem Maßstab nutzbar zu machen.
4. Potenziale und Auswirkungen auf die Zukunft der Solarenergie
Die Entwicklung von Sonnenkollektoren, die auch nachts Strom erzeugen können, hat weitreichende Implikationen für die Zukunft der Solarenergie. Diese Technologie könnte dazu beitragen, die Lücke zu schließen, die durch den täglichen Zyklus von Sonnenauf- und -untergang entsteht, und eine kontinuierliche Stromversorgung sicherzustellen.
Die Vorteile dieser Technologie wären vor allem in Regionen mit hohem Sonnenaufkommen, aber auch in Gebieten mit begrenztem Zugang zu Strom von entscheidender Bedeutung. Sie könnte nicht nur die Effizienz von Solaranlagen verbessern, sondern auch eine kostengünstige und umweltfreundliche Lösung für die Stromversorgung in abgelegenen Gebieten bieten.
Ein weiterer potenzieller Vorteil liegt in der Tatsache, dass diese Technologie relativ einfach in bestehende Solaranlagen integriert werden könnte. Künftig könnte eine Kombination aus klassischen Photovoltaikanlagen und Strahlungskühlungstechnologie eine kontinuierliche Stromproduktion gewährleisten und so die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen weiter verringern.
5. Fazit und Ausblick
Die Entdeckung der Stanford-Forscher, dass Solarzellen auch nachts Strom erzeugen können, indem sie Strahlungskühlung ausnutzen, stellt einen faszinierenden Durchbruch in der Solarenergieforschung dar. Obwohl die Technologie derzeit noch in den Kinderschuhen steckt, hat sie das Potenzial, die Art und Weise, wie wir über die Nutzung von Solarenergie nachdenken, grundlegend zu verändern. Indem wir die Abkühlung von Objekten in der Nacht nutzen, könnte diese Innovation dazu beitragen, eine kontinuierliche, erneuerbare Energiequelle zu schaffen, die rund um die Uhr verfügbar ist.
Die nächsten Jahre werden entscheidend sein, um die Effizienz und Skalierbarkeit dieser Technologie zu verbessern und sie für den breiten Einsatz in der globalen Energieversorgung nutzbar zu machen. Wenn diese Technologie weiterentwickelt wird, könnte sie einen bedeutenden Beitrag zur Reduzierung des CO2-Ausstoßes leisten und einen wichtigen Schritt hin zu einer nachhaltigeren Energiezukunft darstellen.
