Photovoltaik-Strom bei Nacht: mit der Anti-Solarzelle

Photovoltaik-Strom bei Nacht mit der „Anti-Solarzelle“

Der Anteil der durch Sonnenlicht erzeugten Energie an der gesamten Stromproduktion steigt von Jahr zu Jahr. Das grösste Problem dabei ist, dass dadurch ein Überschuss am Mittag entsteht und während den Morgen und Abendstunden eine Photovoltaik-Anlage nicht genügend Strom produziert. Dies lässt sich bisher nur mit Batteriespeichern lösen.

Stromverbrauch morgens bis abends
Abbildung 1: Der Stromverbrauch ist morgens bzw. abends am grössten, die Produktion durch Photovoltaik jedoch am Mittag. Daher muss ein Teil des Stroms gespeichert werden, um abends zur Verfügung zu stehen.
Forscher der Universität von Kalifornien stellen jedoch ein neues Konzept vor, genannt Anti-Solarzelle. Diese soll durch den Temperaturunterschied zwischen Erde und Weltall Strom erzeugen. 

Herkömmliche Solarzellen nutzen die Temperaturdifferenz der Sonne und des Photovoltaik-Panels zur Stromerzeugung. Die Sonne gibt Energie in Form von Strahlung ab, welche auf der Erde auftrifft. Die Photonen werden von der Solarzelle absorbiert, jedoch nur ein Teil davon wieder emittiert. Die restlichen Photonen erzeugen eine Spannung in der Solarzelle und somit einen Strom. Aus Silizium bestehende Solarzellen nutzen dazu hauptsächlich das sichtbare und kurzwellige infrarote Licht. Dies ist energiereicher als langwellige Wärmestrahlung. So kann eine Leistung von rund 200 W/m² erzielt werden.

Funktion einer herkömmlichen Solarzelle
Abbildung 2a: Normale PV-Zellen nutzen das Licht der Sonne zur Stromerzeugung

Bei der Anti-Solarzelle, ist die Erde der warme Körper und das Weltall der kalte. Die Anti-Solarzelle sendet Wärmestrahlung in Form von langwelligem Infrarot Licht in Richtung Weltall. Diese Strahlung kann genutzt werden, um Strom zu erzeugen. Um die langwellige Wärmestrahlung einzufangen, wird statt Silizium eine Quecksilber-Legierung verwendet. Die physikalisch maximale Leistung wird von den Forschern auf 54 W/m² beziffert, was einem Viertel einer herkömmlichen Solarzelle entspricht. Da auf der Erde jedoch die Atmosphäre im Weg ist und das Weltall die Wärmestrahlung nicht direkt aufnimmt, kann dieser theoretische Wert nicht erreicht werden. Unter realistischen Umweltbedingungen (Wolken, Luftfeuchtigkeit etc.) reduziert sich die Leistung auf etwa 10 W/m².

Funktion einer Anti-Solarzelle
Abbildung 2b:  Die Anti-Solarzelle nutzt die Wärmestrahlung der Erde zur Stromerzeugung

Obwohl der Prototyp wohl nicht mehr dieses Jahr fertig wird, bleiben wir gespannt, ob in Zukunft auch in der Nacht mittels Photovoltaik Strom produziert werden kann. In Kombination mit normalen Photovoltaik-Zellen könnte der Strombedarf dann rund um die Uhr mit einer Photovoltaik-Anlage vom eigenen Dach gedeckt werden.

Bis es soweit ist, beraten wir Sie gerne zu den Themen Energiespeicher sowie ZEV (Zusammenschluss zum Eigenverbrauch).

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Quellen:

Titel-/Beitragsbild:
American Chemical Society (https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsphotonics.9b00679#, 20.02.2020)
Abbildung 1:
VARTA (https://www.varta-storage.com/to-do/, 20.02.2020)
Abbildungen 2:
American Chemical Society (https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsphotonics.9b00679#, 20.02.2020)

Text:   
American Chemical Society (https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsphotonics.9b00679#, 20.02.2020)
Inverse (https://www.inverse.com/innovation/this-researcher-is-working-on-anti-solar-panel-prototype, 20.02.2020)

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